ON OSCILLATIONS OF A QUADROTOR-SLUNG PENDULUM WITH A CAVITY PARTIALLY FILLED WITH LIQUID

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Somente assinantes

Resumo

Dynamics of a pendulum suspended to a quadrotor and having a spherical cavity partially filled with the ideal liquid is considered. It is supposed that the system moves in the vertical plane. The drag force acting on the pendulum is taken into account. In order to simulate oscillations of the liquid inside the cavity, a phenomenological “pendulum” model is used. An algorithm for constructing the quadrotor acceleration control is proposed that ensures the transition of the system to the steady horizontal flight with the specified speed along with damping of oscillations of both the pendulum and the liquid inside it (including in the presence of a constant wind).

Sobre autores

A. Holub

Institute of Mechanics, Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia

Email: seliutski@imec.msu.ru

B. Lokshin

Institute of Mechanics, Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia

Email: seliutski@imec.msu.ru

Y. Selyutskiy

Institute of Mechanics, Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia

Email: seliutski@imec.msu.ru

Bibliografia

  1. Omar H.M., Akram R., Mukras S.M.S., Mahvouz A.A. Recent Advances and Challenges in Controlling Quadrotors with Suspended Loads // Alexandria Engineering J. 2022. V. 63. P. 253-270. https://doi.org/10.1016/j.aej.2022.08.001
  2. Estevez J., Garate G., Lopez-Guede J.M., Larrea M. Review of Aerial Transportation of Suspended-Cable Payloads with Quadrotors // Drones. 2024. V. 8. № 2. P. 35. https://doi.org/10.3390/drones8020035
  3. Xian B., Wang S., Yang S. An Online Trajectory Planning Approach for a Quadrotor UAV with a Slung Payload // IEEE Trans. Ind. Electron. 2019. V. 67. P. 6669–6678. https://doi.org/10.1109/TIE.2019.2938493
  4. De Angelis E.L., Giulietti F., Pipeleers G. Two-­Time-­Scale Control of a Multirotor Aircraft for Suspended Load Transportation // Aerosp. Sci. Technol. 2019. V. 84. P. 193–203. https://doi.org/10.1016/j.ast.2018.10.012
  5. Sun L., Wang K., Mishamandani A.H.A., Zhao G., Huang H., Zhao X., Zhang B. A Novel Tension-Based Controller Design for the Quadrotor-­Load System // Control Eng. Pract. 2021. V. 112. P. 104818.
  6. Baraean A., Hamanah W.M., Bawazir A., Quama M.M., El-­Ferik S., Baraean S., Abido A.M. Optimal Nonlinear Backstepping Controller Design of a Quadrotor-­Slung Load System Using Particle Swarm Optimization // Alexandria Engineering J. 2023. V. 68. P. 551–560. https://doi.org/10.1016/j.aej.2023.01.050
  7. Kong L., Reis J., He W., Yu X., Silvestre C. On Dynamic Performance Control for a Quadrotor-Slung-Load System with Unknown Load Mass // Automatica. 2024. V. 162. P. 111516. https://doi.org/10.1016/j.automatica.2024.111516
  8. Goodarzi F.A., Lee D., Lee T. Geometric Control of a Quadrotor UAV Transporting a Payload Connected via Flexible Cable // Int. J. Control. Autom. Syst. 2015. V. 13. P. 1486–1498. https://doi.org/10.1007/s12555-014-0304-0
  9. Chang P., Yang S., Tong J., Zhang F. A New Adaptive Control Design for a Quadrotor System with Suspended Load by an Elastic Rope // Nonlinear Dyn. 2023. V. 111. P. 19073–19092.
  10. Kaya U.C., Subbarao K. Momentum Preserving Simulation of Cooperative Multirotors with Flexible-Cable Suspended Payload // J. Dyn. Syst. Meas. Control. 2022. V. 144. P. 041007. https://doi.org/10.1115/1.4053343
  11. Wu P.X., Yang C.C., Cheng T.H. Cooperative Transportation of UAVs Without Inter-UAV Communication // IEEE/ASME Trans. Mechatron. 2023. V. 28. P. 2340–2351. https://doi.org/10.1109/TMECH.2023.3234511
  12. Bisgaard M., Bendtsen J.D., La Cour-Harbo A. Modeling of Generic Slung Load System // J. Guid. Control. Dyn. 2009. V. 32. № 2. P. 433–449. https://doi.org/10.2514/1.36539
  13. Куликов В.Е., Чукаева А.Н. Система управления квадрокоптером при транспортировке груза на внешней подвеске // Тр. Московск. ин-та электромеханики и автоматики. 2016. Т. 14. С. 2–16.
  14. Sun L., Wang K., Mishamandani A.H.A., Zhao G., Huang H., Zhao X., Zhang B. A Novel Tension-Based Controller Design for the Quadrotor–Load System // Control Eng. Pract. 2021. V. 112. P. 104818.
  15. Голуб А.П., Зудов В.Б., Локшин Б.Я., Селюцкий Ю.Д. О робастной стабилизации движения квадрокоптера с подвешенным грузом // Мехатроника, автоматизация, управление. 2024. Т. 25. № 9. С. 490–500. https://doi.org/10.17587/mau.25.490-500
  16. Охоцимский Д.Е. К теории движения тел с полостями, частично заполненными жидкостью // ПММ. 1956. Т. 20. Вып. 1. С. 3–20.
  17. Abramson H.N., Chu W.H., Ransleben G.E. Representation of Fuel Sloshing in Cylindrical Tanks by an Equivalent Mechanical Model // ARS Journal. 1961. V. 31. № 12. P. 1697–1705.
  18. Колесников К.С. Колебания жидкости в цилиндрическом сосуде. М.: Изд-во МВТУ им. Н.Э. Баумана, 1964. 97 с.
  19. Stofan A.J., Armstead A.L. Analytical and Experimental Investigation of Forces and Frequencies Resulting from Liquid Sloshing in a Spherical Tank. Washington: NASA. 1962. Technical Note D-1281.
  20. Abramson H.N., Chu W.H., Garza L.R. Liquid Sloshing in Spherical Tanks // AIAA Journal. 1963. V. 1. № 2. P. 384–389. https://doi.org/10.2514/3.1542
  21. Chu W.H. Fuel Sloshing in a Spherical Tank Filled to an Arbitrary Depth // AIAA Journal. 1964. V. 2. № 11. P. 1972–1979. https://doi.org/10.2514/3.2713
  22. Aliabadi S., Johnson A., Abedi J. Comparison of Finite Element and Pendulum Models for Simulation of Sloshing // Computers & Fluids. 2003. V. 32. № 4. P. 535–545. https://doi.org/10.1016/S0045-7930(02)00006-3
  23. Godderidge B., Turnock S.R., Tan M. A Rapid Method for the Simulation of Sloshing Using a Mathematical Model Based on the Pendulum Equation // Computers & Fluids. 2012. V. 57. P. 163–171. https://doi.org/10.1016/j.compfluid.2011.12.018
  24. Moriello L., Biagiotti L., Melchiorri C., Paoli A. Manipulating Liquids with Robots: A Sloshing-Free Solution // Control Engineering Practice. 2018. V. 78. P. 129–141. https://doi.org/10.1016/j.conengprac.2018.06.018
  25. Sayyaadi H., Soltani A. Modeling and Control for Cooperative Transport of a Slung Fluid Container Using Quadrotors // Chinese J. of Aeronautics. 2018. V. 31. № 2. P. 262–272. https://doi.org/10.1016/j.cja.2017.12.005
  26. Колесников К.С. Динамика ракет. М.: Машиностроение. 1980. 376 с.
  27. Ibrahim R.A. Liquid Sloshing Dynamics. Theory and Applications. Cambridge, 2005. 972 p.
  28. Квакернаак Х., Сиван Р. Линейные оптимальные системы управления. М.: Мир, 1977. 650 с.

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar

Declaração de direitos autorais © Russian Academy of Sciences, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».