کنترل بهینه مبتنی بر برنامه ریزی مسیر حداقل انرژی برای یک کوادروتور

کوادروتور یک وسیله پرنده با 6 درجه آزادی است که قابلیت پرواز عمودی و انجام مانورهای پیچیده را داراست. کوادروتورها به سبب ساختار ذاتی خود مصرف انرژی بالایی دارند و از همین رو حداقل کردن انرژی مصرفی آنها به سبب افزایش زمان پروازی و برد عملیاتی آنها، بسیار مهم می باشد. در این مقاله به منظور بیشینه کردن زمان عملیاتی کوادروتور، الگوریتم برنامه ریزی مسیر حداقل انرژی و کنترل بهینه برای حرکت بین دو نقطه مشخص ارایه می شود. به منظور نیل به این هدف ابتدا معادلات دینامیکی کوادروتور و موتور استخراج شده، سپس با معرفی انرژی کل مصرفی باتری بعنوان تابع هزینه عملی و با استفاده از تیوری کنترل بهینه، مسیر حداقل انرژی تعیین می شود. تمامی قیود موجود نیز از طریق ضرایب لاگرانژ وارد معادلات همیلتونین شده تا مسیر حداقل انرژی بدست آمده، تمامی آنها را ارضا نماید. در انتها نتایج بدست آمده از شبیه سازی با نتایج پروفایل سرعت ذوزنقه ای مرسوم مقایسه شده که ذخیره انرژی تا چهار درصد را در مقایسه با پروفایل سرعت ذوزنقه ای مرسوم نشان می دهد. نتایج همچنین نشان می دهند که مدت زمان پرواز نسبت به طول مسیر تاثیر بیشتری در مصرف انرژی دارد. همچنین با استفاده از نتایج شبیه-سازی در وضعیت های مختلف، یک رابطه کمی بین طول مسیر و مدت زمان پرواز با میزان مصرف انرژی توسط کوادروتور استخراج شده که می تواند در تخمین حداکثر برد پرواز یا مدت زمان پرواز با توجه به میزان انرژی باتری بسیار سودمند باشد.