Time-delay control laws for innovative transportation UAV systems
Project goals
The project is focused on development of new effective control algorithms for innovative autonomous and remotely-operated transport UAV systems. One of the potential applications is the transport of suspended loads during supply and rescue missions, often with very strict requirements on the delivery accuracy and safety. The project focuses on application of novel input shaping techniques within the control systems of the UAVs with the objective to pre-compensate the oscillatory modes of the system and thus eliminate the load swaying in a feedforward manner. Once the input shapers that involve time delays are employed in the feedback loops, the system becomes infinite dimensional. In order to handle the control design task, modern methods of control synthesis of time delay systems will be allied. Next to these delays introduced for control purposes, also delays in the control and measurement system, particularly computation delays will be taken into account in the control design.
Keywords
Control theoryflight control systemstime delay systeminfinite dimensional systemunmanned aerial vehiclesdisturbance rejection methodsrobust control designspectral methodsdelay compensationinput shaping
Public support
Provider
Ministry of Education, Youth and Sports
Programme
INTER-EXCELLENCE
Call for proposals
INTER-EXCELLENCE 1 (SMSM2016LTA01)
Main participants
České vysoké učení technické v Praze / Český institut informatiky, robotiky a kybernetiky
Contest type
VS - Public tender
Contract ID
MSMT-16988/2017-1
Alternative language
Project name in Czech
Algoritmy řízení se zpožděním pro budoucí transportní bezpilotní prostředky
Annotation in Czech
Cílem projektu je návrh původních algoritmů řízení pro novou generaci moderních, autonomně či dálkově ovládaných vrtulových bezpilotních prostředků (kvadrokoptér, multikoptér, dronů) s vysokou mírou flexibility a to jak bezpilotních prostředků samotných, tak zejména v jejich spojení s přenášenými (zavěšenými) břemeny. Původnost navrhovaného společného výzkumu s pracovištěm Georgia Institute of Technology (GATECH) spočívá zejména v široké aplikaci metod tvarování signálů ve zpětných vazbách systému řízení a to v kombinaci se zpětnovazebními algoritmy pro potlačení působících externích poruch. Primárním cílem je výrazně zlepšit manévrovatelnost a zajistit robustní stabilitu celkového systému - bezpilotního prostředku se zavěšeným či flexibilně upevněným břemenem. Tohoto cíle bude dosaženo zejména kompenzací kmitavých módů soustavy aplikací tvarovačů signálu se zpožděními. Dále bude kladen důraz na robustnost řídicího systému vzhledem k časově proměnným zpožděním zpětných vazeb systému (výpočetní zpoždění, komunikační zpoždění, atd.). Potřeba řešení této problematiky vyvstává z aktuálního a populárního trendu praktického využití pilotovaných i bezpilotních prostředků pro přenos nákladů s co možná největší efektivitou a přesností.
Scientific branches
R&D category
ZV - Basic research
CEP classification - main branch
BC - Theory and management systems
CEP - secondary branch
JB - Sensors, detecting elements, measurement and regulation
CEP - another secondary branch
JD - Use of computers, robotics and its application
10201 - Computer sciences, information science, bioinformathics (hardware development to be 2.2, social aspect to be 5.8)
20201 - Electrical and electronic engineering
20204 - Robotics and automatic control
20205 - Automation and control systems
Completed project evaluation
Provider evaluation
V - Vynikající výsledky projektu (s mezinárodním významem atd.)
Project results evaluation
A control system of an unmanned aerial vehicle with compensation and damping of oscillatory modes was proposed and validated by simulations. For the straight-line motion, the mode is compensated by embedding the inverse shaper with a distributed delay to the pitch angle control loop. Control synthesis of arising infinite dimensional system is performed by frequency and spectrum optimization.
Solution timeline
Realization period - beginning
Sep 1, 2017
Realization period - end
Dec 31, 2019
Project status
U - Finished project
Latest support payment
Feb 19, 2019
Data delivery to CEP
Confidentiality
S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů
Data delivery code
CEP20-MSM-LT-U/01:2
Data delivery date
Jun 8, 2020
Finance
Total approved costs
2,022 thou. CZK
Public financial support
2,022 thou. CZK
Other public sources
0 thou. CZK
Non public and foreign sources
0 thou. CZK
Recognised costs
2 022 CZK thou.
Public support
2 022 CZK thou.
0%
Provider
Ministry of Education, Youth and Sports
CEP
BC - Theory and management systems
Solution period
01. 09. 2017 - 31. 12. 2019