@Article{, title={Design of an Optimal Integral Backstepping Controller for a Quadcopter تصميم وحدة تحكم مثلى نوع الخطو الخلفي التكاملي لمروحية رباعية}, author={Laith Jasim Saud ليث جاسم سعود and Alaq Falah Hasan الق فلاح حسن}, journal={Journal of Engineering مجلة الهندسة}, volume={24}, number={5}, pages={46-65}, year={2018}, abstract={In this paper, an Integral Backstepping Controller (IBC) is designed and optimized for full control, of rotational and translational dynamics, of an unmanned Quadcopter (QC). Before designing the controller, a mathematical model for the QC is developed in a form appropriate for the IBC design. Due to the underactuated property of the QC, it is possible to control the QC Cartesian positions (X, Y, and Z) and the yaw angle through ordering the desired values for them. As for the pitch and roll angles, they are generated by the position controllers. Backstepping Controller (BC) is a practical nonlinear control scheme based on Lyapunov design approach, which can, therefore, guarantee the convergence of the position tracking error to zero. To improve controller capability in the steady state against disturbances, an integral action is used with the BC. To determine the optimal values of the IBC parameters, the Particle Swarm Optimization (PSO) is used. In the algorithm, the controller parameters are computed by minimizing a cost function that depends on the Integral Time Absolute Error (ITAE) performance index. Finally, different numerical simulations are provided in order to illustrate the performances of the designed controller. And for comparison purposes, a PID controller is designed and optimized using the PSO to control the quadcopter. The obtainediresults indicated a superiority in performance for the IBC over the PID controller based on some points among which are: a 13.3% and 30.5% lesser settling times for X and Y consequently, the ability to perform critical maneuvers that the quadcopter failed to do using the PID controller, and the capability of fast following up and conforming the changes of pitch (

في هذا البحث، تم تصميم وحدة تحكم ذات خطو خلفي تكاملي للتحكم الكامل في الديناميكا الدورانية والخطية لمروحية رباعية بدون طيار. قبل تصميم وحدة التحكم، يتم تطوير نموذج رياضي للمروحية الرباعية في شكل مناسب لتصميم وحدة التحكم. بسبب عدد المحركات الاقل من درجات حرية الحركة للمروحية الرباعية، فمن الممكن التحكم في موقع المروحية الرباعية في المحورالديكارتي (X، Y، Z) وزاوية الانعراج من خلال تحديد القيم المطلوبة بالنسبة لهم. أما بالنسبة لزوايا العطوف والخطران، فيتم توليدها بواسطة وحدات تحكم الموقع. المتحكم ذو الخطو الخلفي هو متحكم غير خطي مرتكز على نهج تصميم ليابونوف، هذا النهج الذي يمكن من ضمان اقتراب خطأ تتبع الموقع إلى الصفر. لتحسين قدرة وحدة التحكم في حالة الاستقرار ضد الاضطرابات، يتم استخدام إجراء تكاملي مع وحدة التحكم ذات الخطو الخلفي. لتحديد القيم المثلى لمعاملات المتحكم التكاملي ذو الخطو الخلفي، تستخدم خوارزمية سرب الجسيمات للتحسين الامثل. في هذه الخوارزمية، يتم حساب معاملات وحدة التحكم عن طريق تقليل دالة التكلفة التي تعتمد على مؤشر أداء تكامل مطلق الخطأ. ينتهي العمل بتنفيذ عمليات محاكاة رقمية مختلفة لتوضيح أداء وحدة التحكم المصممة. ولأغراض المقارنة، تم تصميم وحدة تحكم PIDوتحسينها باستخدام خوارزمية سرب الجسيمات للتحسين الامثل للسيطرة على المروحية الرباعية. وأظهرت النتائج التي تم الحصول عليها تفوق في الأداء ل المسيطر ذو الخطو الخلفي التكاملي على وحدة تحكم PID استنادا إلى بعض النقاط منها: زمن استقرار أقل بنسبة 13.3٪ و30.5٪ ل X وY على التوال ،القدرة على أداء مناورات حرجة المروحية الرباعية فشلت في القيام به باستخدام وحدة تحكم PID والقدرة على متابعة سريعة ومطابقة التغيرات في زاوية الخطران (} }