الرئيسية – كلية الهندسة – جامعة ميسان
Modelling and Controlling Dynamics of Tri-copter UAV for Obstacle Avoidance
ملخص المشروع
تُعدّ المركبات الجوية غير المأهولة (UAVs) من التقنيات المهمة نظرًا لاستخداماتها الواسعة في المجالات المدنية والعسكرية، خاصة في البيئات التي تتطلب قدرة عالية على المناورة وتجنّب العوائق. من هذا المنطلق، يركّز هذا المشروع على طائرة بدون طيار ثلاثية المراوح (Tri-copter) ذات هيكل على شكل Y لما تتمتع به من مرونة وقدرة مناورة عالية، مع تجنّب الاعتماد على التقريبات الرياضية الشائعة أو المستشعرات الثقيلة وعالية الكلفة.
تم تطوير نموذج رياضي غير خطي كامل للمروحية الثلاثية بالاعتماد على معادلات أويلر دون خطيّة أو تبسيط، مما استلزم تصميم متحكمات دقيقة قادرة على التعامل مع الطبيعة اللاخطية للنظام. جرى تطبيق ومقارنة ثلاثة أنواع من المتحكمات:
• المتحكم التناسبي–التكاملي–التفاضلي (PID)،
• المتحكم الكسري (FOPID)،
• المتحكم التناسبي–التكاملي–التفاضلي اللاخطي (NLPID).
تم ضبط معاملات جميع المتحكمات باستخدام خوارزمية Gray Wolf Optimization (GWO). أظهرت النتائج تفوق متحكم NLPID، حيث حقق تحسنًا بنسبة 81.69% في دالة الكلفة مقارنةً بـ PID. كما سجلت المتحكمات الثلاثة معدلات تحسن مقارنة بالأعمال السابقة بلغت 79.22% لـ PID، و 86.35% لـ FOPID، و 94.19% لـ NLPID.
في جانب تخطيط المسار وتجنّب العوائق، تم اقتراح خوارزمية هجينة ذكية تجمع بين GWO وخوارزمية Bug الذكية (GWO-IBA)، قادرة على رسم المسار آنياً وتجنّب الوقوع في القيم الدنيا المحلية. تم اختبار الخوارزمية في 12 بيئة مختلفة شملت عوائق ثابتة ومتحركة. حققت الخوارزمية تطابقًا مع المسار المطلوب بنسبة 99.07% في بيئة ثنائية الأبعاد خالية من العوائق، و 98.67% في بيئة ثلاثية الأبعاد، باستخدام MATLAB 2020a.
تم تنفيذ الجزء العملي للنظام على مروحية ثلاثية حقيقية باستخدام مجسات الموجات فوق الصوتية لاكتشاف العوائق. أظهرت النتائج نجاح النظام في تتبّع المسار وتجنّب العوائق الثابتة والمتحركة حتى في ظروف رياح قوية نسبيًا (18–24 كم/ساعة)، مما يؤكد كفاءة المنظومة المقترحة وقابليتها للتطبيق العملي في الزمن الحقيقي.
……………………………………..
المهندس صادق جواد رحيمه
المهندسة آيات ماجد حميد
