کنترل آبشاری ارتفاع ربات بال زن با بال های دوتکه و آیرودینامیک شبه پایا

در این مقاله، هدف، پایدارسازی پرواز برای کنترل ارتفاع ربات بال زن در مقیاس متوسط با بال های دوتکه می باشد. برای این منظور، ابتدا مدلسازی دینامیکی با استفاده از دینامیک بدن چندجسمی، که شامل بخش های « دو بال دو تکه ای، بدنه و دم» است، انجام می شود. برای بدست آوردن معادلات حرکت از معادلات لاگرانژ و برای بال زدن از مکانیزم کمپف استفاده شده است. این مکانیزم که الهام گرفته شده از بال پرندگان است، بال های داخلی و خارجی را به صورت غیرهم فاز به حرکت در می آورد. مدل آیرودینامیکی به کمک فرضیه مقاطع بال استخراج می شود که در آن هر بال به دوازده مقطع، با درنظرگرفتن تمایز بال داخلی و خارجی، تقسیم می شود. نیروهای حاصل از حرکت هر مقطع بر حسب فرکانس بال زدن و سرعت پرواز به صورت مجزا بدست می آید. با ترکیب این نیروها و لحاظ کردن زاویه ی مسیر و زاویه ی حمله موثر، نیروهای آیرودینامیکی کل بال در راستای افقی و عمودی در هرگام زمانی حاصل می شود. با ادغام مدل آیرودینامیکی با مدل دینامیکی، مدل غیرخطی متناوب ربات بدست می آید. با توجه به تاثیر زاویه ی پیچ بدنه بر ارتفاع پرواز، از کنترل آبشاری برای کنترل زوایای پیچ بدنه و پیچ دم ربات در حلقه های داخلی، و کنترل ارتفاع در حلقه ی خارجی استفاده شد ه است. برای کنترل عملکرد حلقه ها از کنترل تناسبی- مشتقی- انتگرالی بهره برده شده که منجر به ایجاد پرواز پایدار در ارتفاع مطلوب شده است.