Journal of the Korean Society for Aviation and Aeronautics
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v.23
no.4
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pp.22-29
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2015
Quadrotor is widely used in variable application nowadays. Due to its inherent unstable characteristics, control system to augment the stability is essential for quadrotor operation. To design control system and verify its performance through simulation, accurate dynamic model is required. Quadrotor dynamic model is simply compared with conventional rotorcraft such as helicopter. However, the accurate dynamic model of quadrotor is not easy to develop because of the highly correlated aerodynamic effect of each rotor. In this paper, quadrotor dynamic model is identified from the flight data using frequency domain approach. Flight test of quadrotor is performed in closed loop configuration with stability augmentation system included. Frequency sweep input is applied in each of lateral, longitudinal, yaw and heave axis separately. The bare dynamic model is identified from the flight data of quadrotor responses and thrust measurement through Pulse Width Modulation(PWM) data. The frequency responses of identified model match well with those of flight data, and time responses of identified model for doublet input in each axis are also shown to agree with flight data.
This paper introduces a Feedback Linearization (FL) controller to eliminate the gyro effect on a quadrotor UAV. In order to control the attitude of the quadrotor, the second model equation was differentiated to the 4-th order to induce the control input to be revealed, and then a new control input was derived based on the attitude transformation equation with a gyro effect. For the initial quick posture control of the quadrotor, the existing yaw control was replaced with a separate controller. The simulation was conducted with an experiment in which FL control to remove the gyro effect was applied to the quadrotor and an experiment without removing the gyro effect, from the experimental results, the maximum error seen in each axial direction of the quadrotor was x = 0.22 m, y = 0.20 m, z = 0.16 m. Through the proposed method, the effect of the FL controller for controlling the gyro effect of the quadrotor was confirmed.
Journal of Advanced Information Technology and Convergence
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v.8
no.2
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pp.101-110
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2018
This paper introduces feedback linearization (FL) based adaptive sliding mode control (ASMC) effective against ground effects of the quadrotor UAV. The proposed control has the capability of estimation and effective rejection of those effects by adaptive mechanism, which resulting stable attitude and positioning of the quadrotor. As output variables of quadrotor, x-y-z position and yaw angle are chosen. Dynamic extension of the quadrotor dynamics is obtained for terms of roll and pitch control input to be appeared explicitly in x-y-z dynamics, and then linear feedback control including a ground effect is designed. A sliding mode control (SMC) is designed with a class of FL including higher derivative terms, sliding surfaces for which is designed as a class of integral type of resulting closed loop dynamics. The asymptotic stability of the overall system was assured, based on Lyapunov stability methods. It was evaluated through some simulation that attitude control capability is stable under excessive estimation error for unknown ground effect and initial attitude of roll, pitch, and yaw angle of $30^{\circ}$ in all. Effectiveness of the proposed method was shown for quadrotor system with ground effects.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.22
no.7
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pp.502-507
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2016
In this paper, we propose a tracking control method for a quadrotor equipped with a 2-DOF manipulator, which is based on the multiple sliding surface control (MSSC) method. To derive the model of a quadrotor equipped with a 2-DOF manipulator, we obtain the models of a quadrotor and a 2-DOF manipulator based on the Lagrange-Euler formulation separately - and include the inertia and the reactive torque generated by a manipulator when these obtained models are combined. To make a quadrotor equipped with a manipulator track the desired path, we design a double-loop controller. The desired position is converted into the desired angular position in the outer controller and the system's angle tracks the desired angular position through the inner controller based on the MSSC method. We prove that the position-tracking error asymptotically converges to zero based on the Lyapunov stability theory. Finally, we demonstrate the effectiveness of the proposed control system through a computer simulation.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.20
no.7
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pp.724-729
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2014
This paper presents the altitude control of a quadrotor system under the disturbance. The altitude is measured by an ultra sonic sensor attached at the bottom of the quadrotor system and the measured altitude data are used in the time-delayed controller. To test the robustness of the controller, a weight attached to the center of the system is dropped intentionally several times to cause disturbances to the system. Performances of the altitude control by the PID control and time-delayed control method are compared experimentally. Experimental studies are conducted to verify the outperformance of the time-delayed controller for controlling the altitude of the quadrotor system under disturbances.
Kim, Yongyoung;Shin, Junhee;Lee, Sunik;Lee, Hyounggon;Lim, Hyunmin;Kim, Kwangjin;Lee, Sangchul
Journal of Aerospace System Engineering
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v.4
no.4
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pp.18-27
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2010
Quadrotor is an aircraft which is possible in Vertical Take-off and Landing(VTOL). This aircraft can not only be created as an Unmanned Aerial Vehicle(UAV), but also can be easily used in various fields because of its simplicity of construction. This study is mainly conducted with two main purposes. The first goal is designing the quadrotor focusing on the lightweight and protecting the airframe. The second purpose is stabilizing the quadrotor's attitude by using the PID controller. MATLAB simulation is performed for obtaining PID gain based on equations of motion. We used the compensation filter technique for the calibration of sensor data. PID gain has been drawn out based on the MATLAB simulation. The efficiency of the attitude control is improved by calibration of sensor data.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.20
no.10
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pp.1002-1007
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2014
This paper deals with the adaptive backstepping hovering control for a quadrotor with model parameter uncertainties. In this paper, the backstepping based technique is utilized to design a nonlinear adaptive controller which can compensate for the motor thrust factor and the drag coefficient of a quadrotor. First, the quadrotor nonlinear dynamics is derived using Newton-Euler formulation. In particular, we use the ${\pi}/4$ shifted coordinate for x- and y-axis of a quadrotor. Second, an adaptive backstepping based attitude and altitude tracking control method is presented. The system stability and the convergence of tracking errors are proven using the Lyapunov stability theory. Finally, the simulation results are given to verify the effectiveness of the proposed control method.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.18
no.2
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pp.315-326
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2017
Four quadrotor UAVs are maneuvered to guide four animals into their pen within the minimum time by creating noises of predators modeled with an exponential function. The quadrotor UAVs are controlled via PID controllers, follow time optimal trajectories, and avoid collisions through altitude separations. The stability of the proposed PID controller is analyzed and verified using MATLAB/Simulink based simulations. Proposed step by step strategies would be practical solutions of actual cattle roundup problems.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.25
no.4_1
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pp.513-519
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2022
In this paper, we describe performances of P-PD controllers in the quadrotor system with steady-state error compensation by adding a corrective term to the system input. A decentralized control system using P-PD controllers was successfully implemented on a quadrotor platform. We also presented the results of a mathematical modeling analysis for control the quadrotor and experimental results for each response performance according to the heading reference value in accordance with the mathematical modeling and P-PD controller design. A control experiment with the real system was implemented for the test platform, and the results were evaluated and compared.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.48
no.5
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pp.373-381
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2020
Quadrotor is simple to model because of the symmetric structure but it has the disadvantage of being relatively sensitive to the external disturbance and system uncertainty. The PID technique applied for the attitude control of quadrotor has been applied comprehensively, but it has a disadvantage that is hard to precise control in the nonlinear system. In this work, a quadrotor attitude control law using the super twisting algorithm is studied, which has robust characteristics against disturbance and system uncertainty. To evaluate the attitude performance by the proposed technique, simulation studies and actual flight tests are carried out, and compared with the conventional PID controller.
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