Switching Control using Sliding Mode and Feedback Linearization for highly Nonlinear 2 DOF MIMO Twin Rotor System.

Abstract

This thesis is dealing with the problem of controlling a non-linear MIMO system called multiple input multiple output twin rotor system (TRMS). It is believed that this system is very nonlinear, so controlling such system is a very challenging control engineering task. It is assumed, that mathematical model of such system can be decomposed to linear and non-linear dynamics. Hence, the main goal of this paper is to design the most suitable control algorithm, so the proposed control algorithm is Switching Method using sliding mode controller (SMC) and Feedback Linearization method a non-linear controller for the highly non-linear system. Next, the non-linear system was linearized using the Jacobean linearization method in order to get the operating point of the proposed system and then the proposed control algorithm have been compared with other controllers. In addition, the stability and performance of the system was analyzed. Thus, the goal was achieved by meeting the minimum requirements of performance specification parameters like the settling time, the overshoot, steady state error, and the rise time. Finally, it was proved that the switching algorithm has better performance than the SMC and Feedback Linearization controller on improving the performance and stability of the system. | 이 논문은 다중 입력 다중 출력 트윈 로터 시스템(TRMS)이라고 불리는 비선형 MIMO 시스템을 제어하는 문제를 다룬다. 이 시스템은 매우 비선형적이므로 이를 제어하는 것은 매우 어려운 제어 공학적인 과제이다. 본 연구에서는 이러한 시스템의 수학적 모델이 선형 및 비선형 역학으로 분해될 수 있다고 가정한다. 주요 목표는 가장 적합한 제어 알고리즘을 설계하는 것이다. 제안된 제어 알고리즘은 스위칭 기법을 사용하여 슬라이딩 모드 제어기(SMC)와 비선형 시스템을 위한 피드백 선형화 방법에 따라 얻어지는 제어기를 결합한다. 다음으로 제안된 시스템의 동작점에서 야코비안 선형화 방법을 사용하여 비선형 시스템을 선형화하고 제안된 제어 알고리즘을 다른 제어기와 비교하였다. 또한 시스템의 안정성과 성능을 분석하였다. 제안된 제어기는 성능 매개 변수인 안정 시간, 최대 초과, 정상 상태 오차 및 상승 시간과 같은 성능 사양 요구사항을 충족하여 제어 목표를 달성하였다. 마지막으로, 시스템의 성능 및 안정성을 개선하는 데 있어서 스위칭 알고리즘이 슬라이딩 모드 제어기 또는 피드백 선형화 제어기보다 우수한 성능을 가진 것으로 입증되었다.