بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله به طراحی خودخلبان طولی هواپیما با روش کنترل مدلغزشی تناسبی-انتگرالی در زمان محدود پرداختهایم ، این طراحی برای سیستم دارای دو ورودی و دو خروجی و از مرتبه دو و دارای %50 عدم قطعیت به صورت رندم موثر بر ضرایب آیرودینامیک یک کنترل کننده غیر خطی و مقاوم طراحی شده است ، با طراحی این کنترل کننده هواپیما قادر است مسیر مطلوب را دنبال کند و خطا را نزدیک به صفر برساند و باعث پایداری در حضور عدم قطعیتها میگردد. . جهت تضمین پایداری سیستم از طریق بررسی قضیه لیاپانوف استفاده میگردد. در این تحقیق به خاطر غیر خطی بودن زیاد ورودی سیستم و وجود عدم قطعیت کنترل کننده مد لغزشی تناسبی-انتگرالی با مدلغزشی تناسبی-انتگرالی زمان محدود مقایسه شده که علاوه بر مقاومت در برابر عدم قطعیت ها، دارای مزایای دیگری نیز از جمله عدم حساسیت نسبت به اغتشاشات خارجی، پاسخ گذرای سریع و سادگی طراحی و اجرا می باشد. در اینجا نتایج کنترلی مدلغزشی تناسبی-انتگرالی با مدلغزشی تناسبی-انتگرالی زمان محدود مقایسه شده و نتایج حاصل بهبود شرایط در حالت مدلغزشی تناسبی-انتگرالی زمان محدود را نشان میدهد.
واژگان کلیدی: مدلغزشی تناسبی-انتگرالی ،مدلغزشی تناسبی-انتگرالی زمان محدود ،ضرایب آیرودینامیک.
مقدمه
یکی از مشکلات اصلی در طراحی خلبان خودکار هواپیماها ، نتایج حاصل از نامعینی ها در پارامترهای آیرودینامیکی است. علم به ضرایب آیرودینامیکی و همچنین وابستگی آنها به سایر پارامترها - مانند زاویه حمله ،زاویه پیچ و... - با دقت پایین همراه است با این شرایط کنترل کننده نباید نسبت به تغییرات این ضرایب حساس باشد. همچنین با تغییر سرعت هواپیما - در نتیجه ی تغییر فشار دینامیکی - نیروها وگشتاورهای آیرودینامیکی دارای تغییرات هستند که منجر به یک دینامیک متغیر با زمان شده و معادلات حرکت حاکم بر رفتار هواپیما را غیر خطی و متغیر با زمان می نماید. به همین منظور در این پروژه از یک سیستم کنترل مدلغزشی استفاده شده که ازروی مدل ریاضی دکوپله و خطی سازی آن به کنترل میپردازم.
قوانین کنترل پرواز مقاوم براساس کنترل ساختار متغییر - و روش لیاپانوف برای یک مدل ساده شده هواپیمای بیان شده است. - - E. M. Jafarov and R. Tasaltin,2000این روش کنترلی از طرفی به رویکرد کنترلی کلید زنی گوشه میزند با این تفاوت که دفعات کلید زنی به طور کلی نامحدود است و از طرفی به روش کنترلی بهره بالا1 نزدیک است با این خاصیت که به جای اعمال یک سیگنال با بهره بالا، سیگنال محدودی را در زمان بسیار کوتاهی اعمال می کند که به نوعی همان سیگنال نامحدود را در ذهن تداعی می کند بنابراین مانند کنترل کننده های بهره بالا، قوام2 سیستم کنترلی را در برابر نا یقینی و اغتشاش افزایش می دهد.
مکانیزم این کنترل کننده ها بر قرار کردن یک قید با استفاده از ورودی سهمگن3 مبتنی است. به این معنا که رویه گون 4 را برای سیستم در نظر می گیریم؛ هرگاه مسیرهای سیستم بر این رویه گون قرار بگیرند قید برقرار خواهد شد و در غیر این صورت سیستم کنترل با اعمال ورودی سهمگن مناسب، مسیرهای سیستم را اجبارا بر رویه گون مذکور قرار می دهند.رویه گون مذکور را رویه گون لغزش5 و حرکت مسیرها بر رویه گون مذکور و برقرار شدن قید را مود لغزش6 می نامیم.فرآیند هدایت سیستم به رویه گون لغزش با استفاده از کنترل کننده مود لغزشی دو مرحله عمده دارد:
.1انتخاب رویه گون لغزش
.2ورودی سهمگن مناسب که بتواند مسیرها را بر رویه گون مذکور همگرا کند. - Slotine, J. J. E., and Li, - W,1991
بدنه یا سازه و پیکربندی جسم پرنده، در واقع سکویی برای چیدمان بقیه اجزاء میباشد، تا اهداف یک ماموریت را برآورده سازند. یک مساله طراحی سیستم کنترل پرواز خودکار، در واقع ساخت مکانیسمی برای کنترل حرکت بدنه یک جسم پرنده است. اگر حرکت یک جسم پرنده را بتوان با یک مساله طراحی سیستم کنترل پرواز کنترل حرکت بدنه یک جسم پرنده است. اگر حرکت یک جسم پرنده را بتوان با یک مدل ریاضی بیان کرد، مساله طراحی بسیار ساده خواهد شد. - - McLean,D .1990معادلاتی که بیانگر مدل ریاضی جسم پرنده هستند، با معادل قراردادن ممانها و نیروهای آیرودینامیکی وارده بر بدنه و عکسالعملهای داخلی آن طبق قانون دوم نیوتن حاصل میشود با استفاده از دکوپله سازی معادلات طولی هواپیما مورد بررسی قرار گرفت - Blakelock, J. H.,1992 - .از مشکلات مهم استفاده از کنترل لغزشی تناسبی-انتگرالی در این سیستمها، همگرایی خطای ردیابی مسیر مطلوب به صورت نمایی است.
یکی از روشهای حل این مشکل استفاده از کنترل لغزشی تناسبی-انتگرالی زمان محدود میباشد. نکته برجسته کنترل لغزشی تناسبی-انتگرالی زمان محدود ، مقام بودن آن در مواجه شدن با نامعینی در مدل و اغتشاشات خارجی است در حالی که همزمان میتواند همگرایی خطای ردیابی به سمت صفر را در زمان محدود تضمین کند.در این روش پایداری مجانبی قبل از رسیدن به زمان نهایی انجام میشود ، در طراحی قوانین زمان محدود برخی نتایج در پایداری زمانی مهم هستند . این روش جایگزینی موثر در برخی جهات بر بازده بالا ،پاسخ سریع ،دقت ردیابی بالا خطا است. - Yiguang Hong et al,2006 - در این روش یک مدل تخمین زده شده از سیستم باید موجود باشد. قانون کنترل در کنترل لغزشی تناسبی-انتگرالی زمان محدود همانند کنترل لغزشی تناسبی-انتگرالی ، ناپیوسته است. بنابراین یکی از مشکلات استفاده از این روش، بروز چترینگ در سیگنال کنترلی میباشد. برای حل این مشکل یک قانون کنترلی پیوسته بر اساس کنترل لغزشی نهایی ارائه شده است. با استفاده از این روش میتوان به صورت چشمگیری از ایجاد چترینگ جلوگیری کرد. - Mehdi Golestani et al,2015 -
روش تحقیق
سیستم دو ورودی و دو خروجی همراه با عدم قطعیت به صورت رندم و اغتشاش در ورودی است. ماتریس نامی سیستم در حالت طولی 3Mach و 26 kft مورد بررسی قرار گرفته است.مدل خطی سازی شده دکوپله طولی از یک نسخه اصلاح شده از هواپیما F-18 گرفته شده است که به صورت زیر است:که در آن خروجیها زاویه حمله و زاویه پیچ و ورودیها موقعیت الویتور, موقعیت سرعت تراست7 هواپیما است.ماتریس نامی به صورت زیر در این مدل است: - 2 -
