بخشی از مقاله
چکیده
هواپیما بدون سرنشین - پهپاد - به وسایل پرندهای اطلاق میگردد که از راه دور و یا توسط خلبان خودکار داخلی هدایت و کنترل میگردد. آنها میتوانند انواع مختلف از لوازم جانبی از قبیل دوربینها، سنسورها و تجهیزات ارتباطی را حمل کنند این پرندهها قادر به انجام عملیاتی از قبیل رهگیری هوایی، تصویربرداری از میدان نبرد، ردیابی اهداف زمینی، هدف هوایی، جنگ الکترونیک، عملیات انتحاری و غیره هستند.
این پرندهها نسبت به هواپیماهای باسرنشین دارای هزینه ساخت و هزینه تعمیرات و نگهداری پائین تری میباشندمولتی روتور یک پرنده بدون سرنشین عمود پروازاست که قابلیت پرواز عمودی و انجام مانورهای پیچیده را داراست.این وسیله دارای ساختار شبه صلیبی می باشد که شش ملخ درشش گوشه آن قرار داشته و با تغییر سرعت ملخ ها می تواند حرکات و مانورهای مختلف را انجام دهد.این وسیله به سبب قابلیت نشست و برخاست عمودی در دسته عمود پروازها قرار می گیرد. دراین مقاله براساس مدل دینامیکی ربات پرنده مولتی روتور خلبان خودکار با کنترل کننده فازی شبیه سازی می شود که برای نشان دادن کارایی خلبان خودکار فازی با خلبان خودکار کلاسیک مقایسه شده است.
.1 مقدمه
پس از ظهور انواع وسیله های پرنده یک پدیده جدید تحقیقات و طراحی برای بشریت آغاز شدکه همه جورتحقیق و توسعه را گسترش داد. اولین نظریه درمورد ربات های پرنده درسال2003آغاز شد که جامعه رباتیک علاقه روبه رشدی را برای توسعه خودرو های هوایی آغاز کرد.ازطرف دیگربه خاطرکاربردهای فراوان دراهداف نظامی وشخصی خود مشوق این بود که پروژه های مربوط به تکنولوژی های هوایی بودجه قابل قبولی رابه سمت خودجلب کند.که درنتیجه تعداد قابل توجهی نظریه های مختلف درمورد موقعیت یابی،مسیریابی،اجتناب ازموانع و....تاکنون ارائه شده است.
پرنده های بدون سرنشین درانواع مختلفی هستند که باتوجه به نوع کاربرد به دسته بندی های مختلفی دسته بندی می شوند.استفاده عمده ازاین پرنده ها درمصارف نظامی می باشدکه ازساختار وشکل متفاوتی برخوردارهستندو به خاطرالمان های نظامی ومحرمانه بودن اطلاعات زیادی ازآنهادر دسترس نیست.
یکی از انواع پرنده های بدون سرنشین مولتی روتور - ازخانواده کوادروتور - می باشد که با توجه به ساختار منحصر به فردی که دارد استقبال زیادی در مصارف گوناگونی ازآن شده است ازجمله کارهایی که برروی پرنده های عمود پرواز انجام گرفته می توان به طراحی خلبان خودکارفازی-ژنتیک درسال2011 اشاره نمودو بهره گیری از روش Hosm در طراحی خلبان خودکارکه در انجام گرفته است. درسال 2014 از یادگیری تقویتی برای خلبان خودکار این دسته از پرنده ها استفاده کرده اند. به طور کلی استفاده از این پرنده ها برای کارهای کوچک و نقشه برداری رو به افزون می باشد زیرا هزینه ساخت و راه اندازی بسیار کمی دارند.
.2 مدل سازی دینامیکی
مولتی روتور با وجود داشتن مکانیکی ساده مجموعه ای از اثرات فیزیکی متعدد ناشی از حوزه های مکانیک و آیرودینامیک می باشد.مدل مولتی روتور باید تمامی اثرات مهم را در بر داشته باشد. جدول 1 لیستی از اثرات اصلی وارد شده به مولتی روتور را به طور خلاصه نشان می دهد
- 1 ساختار مولتی روتور و ملخ صلب می باشد
- 2 از اثرات زمین صرف نظر شده و زمین مسطح فرض می شود.
- 3 ساختار مولتی روتور متقارن فرض شده است.
4 - تراست و درگ با مربع سرعت زاویه ای متناسب می باشد.
5 - مرکز جرم و مبدا فریم متصل به مولتی روتور بر هم منطبق هستند.
- 6 محورهای فریم بدنی متصل به مولتی روتور بر محورهای اینرسی اصلی مولتی روتور منطبق هستند در این صورت ماتریس ممان اینرسی ،قطری شده و باعث ساده تر شدن معادلات می شود. به منظور به دست آوردن معادلات نیاز به دو فریم می باشد: فریم اینرسی - متصل به زمین - و فریم متصل به مولتی روتور.معادلات حرکتی به دلایلی مانند ثابت بودن ماتریس اینرسی نسبت به زمان ،مشخص بودن نیروهای کنترلی و انجام شدن اندازه گیری ها در فریم متصل به جسم، در دستگاه متصل به جسم فرمول می شود.
. 1-2 اثرات گرانشی
اولین بخش مربوط به بردار نیروی گرانشی می باشد که ناشی از شتاب جاذبه معین و معلوم زمین می باشد.از انجا که این نیرو در مرکز جرم وسیله - منطبق بر مبدا دستگاه مختصات متصل به مولتی روتور - در نظر گرفته می شود،گشتاوری تولید نمی کند و تنها خاصیت نیرویی دارد. معادله - 2 - چگونگی بازنویسی این نیرو در دستگاه نیروهای تعمیم یافته متصل به مولتی روتور را نشان می دهد.
.2-2 اثرات ژیروسکوپی
دومین بخش، اثرات ژیروسکوپی تولید شده در اثر چرخش ملخ است. چون سه ملخ در جهت عقربه ها و سه تای دیگر در خلاف جهت عقربه ها می چرخند، وقتی که جمع جبری سرعت ملخ ها صفر نباشد یک عدم تعادل سراسری به وجود می آید. اگر علاوه بر آن نرخ رول یا پیچ هم مخالف صفر باشند، مولتی روتور یک گشتاور ژیروسکوپی مطابق معادله - 3 - را تجربه می کند.
