LPV representation and fuzzy control design for a Two-DOF helicopter model

This thesis is concerned with both modeling and control of a 2-DOF helicopter model.The model is composed of two rotors, one main beam and one counter-balance beam. Two rotors are placed with rotational axes perpendicular to each other on the main beam. The rotors can be used to control the attitude of the beam, and their effects are coupled due to the presence of drag torques. The aim of this thesis is to briefly analyze and compare different modeling and control approaches for the 2-DOF helicopter model then systematically describe the target method, Focusing on the comparative analysis of fuzzy logic control (FLC) and proportional integral derivative (PID) control technology of 2-DOF helicopter model. To achieve this goal,the dynamical model of the helicopter model will choose from "linear timeinvariant(LTI)","data-driven" and “linear parameter varying (LPV)” techniques. Then two control approaches we will discuss, The first one consists of two PID controllers, one for the yaw motion, and the other for the pitch motion. The second approach is fuzzy logic control (FLC). The results of these experiments showcase the benefits of the LPV-based Fuzzy control approach. It not only outperforms traditional control methods in terms of tracking accuracy and disturbance rejection but also exhibits an enhanced ability to handle nonlinear and uncertain system dynamics. Additionally, the adaptability of the Fuzzy controller to varying conditions is highlighted, making it a promising solution for complex systems.

Questa tesi si occupa della modellazione e del controllo di un modello di elicottero a 2 gradi di libertà (2-DOF). Il modello è composto da due rotori, una trave principale e una trave di contrappeso. I due rotori sono posizionati con gli assi di rotazione perpendicolari l’uno all’altro sulla trave principale. I rotori possono essere utilizzati per controllare l’assetto della trave e i loro effetti sono accoppiati a causa della presenza di coppie di trascinamento. L’obiettivo di questa tesi è analizzare e confrontare brevemente diverse approcci di modellazione e controllo per il modello di elicottero a 2-DOF, per poi descrivere sistematicamente il metodo prescelto, focalizzandosi sull’analisi comparativa del controllo logico fuzzy(FLC) e della tecnologia di controllo proporzionale integrale derivativo (PID) del modellodi elicottero a 2-DOF. Per raggiungere questo obiettivo, il modello dinamico del modello dielicottero verrà scelto tra le tecniche "linear time-invariant (LTI)", "data-driven" e "linearparameter varying (LPV)". Poi discuteremo due approcci di controllo: il primo consiste in due controller PID, uno per il movimento di beccheggio e l’altro per il movimento di imbardata. Il secondo approccio è il controllo logico fuzzy (FLC). I risultati di questi esperimenti evidenziano i vantaggi dell’approccio di controllo fuzzy basato su LPV. Esso non solo supera i metodi di controllo tradizionali in termini di precisione di inseguimento e respinta delle perturbazioni, ma mostra anche una capacità migliorata di gestire dinamiche di sistema non lineari e incerte. Inoltre, viene evidenziata l’adattabilità del controllore fuzzy alle condizioni variabili, rendendolo una soluzione promettente per sistemi complessi.