کنترل آبشاری ارتفاع ربات بال‌زن با بال‌های دوتکه و آیرودینامیک شبه‌پایا

Abstract

هدف، پایدارسازی پرواز برای کنترل ارتفاع ربات بال‌زن در مقیاس متوسط با بال‌های دوتکه می‌باشد. برای این منظور، ابتدا مدلسازی دینامیکی با استفاده از دینامیک بدن چندبخشی، که شامل بخش‌های « دو بال دو تکه‌ای، بدنه و دم» است، انجام می شود. برای بدست آوردن معادلات حرکت از معادلات لاگرانژ و برای بال زدن از مکانیزم کمپف استفاده شده‌است. این مکانیزم که الهام گرفته شده از بال پرندگان است، بال‌های داخلی و خارجی را به صورت غیرهم فاز به حرکت در می‌آورد. مدل آیرودینامیکی به کمک فرضیه مقاطع بال استخراج می‌شود که در آن هر بال به دوازده مقطع، با در نظر گرفتن تمایز بال داخلی و خارجی، تقسیم می‌شود. نیروهای حاصل از حرکت هر مقطع بر حسب فرکانس بال زدن و سرعت پرواز به صورت مجزا بدست می‌آید. با ترکیب این نیروها و لحاظ کردن زاویه‌ی مسیر و زاویه‌ی حمله موثر، نیروهای آیرودینامیکی کل بال در راستای افقی و عمودی در هر‌گام زمانی حاصل می‌شود. با ادغام مدل آیرودینامیکی با مدل دینامیکی، مدل غیرخطی متناوب ربات بدست می‌آید. با توجه به تاثیر زاویه پیچ بدنه بر ارتفاع پرواز، از کنترل آبشاری برای کنترل زوایای پیچ بدنه و پیچ دم ربات در حلقه‌های داخلی، و کنترل ارتفاع در حلقه‌ی خارجی استفاده شده‌است. برای کنترل عملکرد حلقه‌ها از کنترل تناسبی- مشتقی- انتگرالی بهره برده شده که منجر به ایجاد پرواز پایدار در ارتفاع مطلوب شده است.