بخشی از مقاله
چکیده- در این مقاله، یک کنترل کننده مقاوم هیبریدی با استفاده از روش کنترل مقاوم H و روش جدول بندی بهره برای خودخلبانی کانال گردش یک پرتابه هدایتشونده تاکتیکی گردش با سکان بر اساس مدل خطی شده، طراحی شده است. بدبن منظور، در ابتدا یک مدل خطی از کانال گردش پرتابههدایتشونده با وجود پارامترهای متغیر ارائه شده است. تغییرات این پارامترها ناشی از سرعت پرتابههدایتشونده، ارتفاع، زاویه حمله و…می باشد در ادامه نیز نحوه طراحی خودخلبان مقاوم هیبریدی پیشنهادی ارائه شده است. برای مقایسه عملکرد خودخلبان، دو خودخلبان دیگری نیز بر اساس روش جدولبندی بهره و PID طراحی گردیده است. نتایج شبیه سازی کارایی بیشتر روش هیبریدی مقاوم پیشنهادی نسبت به خودخلبان جدولبندی بهره و PID را نشان میدهد.
-1 مقدمه
یک پرتابه هدایتشونده برای انجام ماموریت خود یعنی انهدام هدف دارای چند زیرسامانهی اصلی است. مهمترین زیرسامانهی پرتابه هدایتشونده، سرجنگی آن است که بقیهی زیرسامانهها وظیفه دارند بهنحو مؤثری آن را به هدف رسانده و هدف را نابود نمایند. وقتی که پرتابه هدایتشونده پرتاب میشود، موقعیت، وضعیت، سرعت، شتاب و چرخش آن باید مشخص شود. زیرسامانه ناوبری این متغیرها را در طول پرواز بهروز میکند. این کار با استفاده از داده های حس گرها و الگوریتمهای ناوبری چسبیده به بدنه انجام میشود. این متغیرها به زیرسامانه هدایت ارسال میشوند. زیرسامانه هدایت خطای بین مسیر واقعی و مطلوب پرتابه هدایتشونده و نیز اصلاحات لازم را برای کاهش یا حذف این خطا برطبق قانون هدایت انتخاب شده، محاسبه مینماید.
در نهایت مطابق شکل1 فرامینی را برای خودخلبان ارسال کرده تا کنترلها برای اصلاح مسیر فعال شوند. این فرامین میتوانند شتاب عرضی، سرعت زاویهای و ... باشند. خودخلبان فرامینی را از هدایت دریافت کرده و آنها را پردازش میکند تا فرمان سطوح کنترلی را محاسبه کند. وقتی که خودخلبان فرامین هدایت را از شتاب یا سرعت زاویه ای به فرامین کنترلی تبدیل میکند، باید راهی برای تعیین تطبیق شتاب و سرعت زاویهای ایجاد شده توسط سطوح کنترلی با مقدار مطلوب خواسته شده داشته باشد. بهطور کلاسیک خودخلبان پرتابه هدایتشونده شامل سه خودخلبان مستقل است که در جهت عرضی خودخلبان های خمش و گردش و در جهت طولی خودخلبان غلتش وجود دارد.
در این مقاله به طراحی خودخلبان گردش مقاوم برای نوع خاصی از پرتابه هدایتشونده پرداخته میشود. این پرتابه هدایتشونده یک پرتابه هدایتشونده برد کوتاه، سطح به سطح، ضدتانک است. این پرتابه هدایت شونده برای برخورد با بیشینه دقت از نوع خاصی از روش هدایت ناوبری تناسبی استفاده میکند. مباحث مربوط به طراحی هدایت مرحله میانی و نهایی این پرتابه هدایتشونده در مرجع [1] آورده شده است.
شکل -1 سامانه کنترل [2]
در مرجع [3] یک کنترلکننده جدید پیشنهاد شده است که اثر تزویج را روی یک مدل کلی از پرتابه هدایتشونده بررسی میکند. در این مقاله همچنین نشان داده شده است که از طریق خطیسازی جزءیی در کنار تکنیک آشفتگی تکین، این امکان وجود دارد دینامیک غیرکمینه فاز پرتابه هدایتشونده به یک سیستم فیدبک خطیشونده ورودی- خروجی تبدیل شود و در نتیجه یک دینامیک ورودی-خروجی خطی حاصل میشود که مستقل از شرایط پروازی دیکوپل شده است. در [4] به بررسی سیستم کنترل با طرحریزی بهره پرداخته و آن را برای مساله طراحی خودخلبان یک پرتابه هدایتشونده بهکار میبرد. در [5] مقایسهای بین رویتگرهای مدلغزشی و فیلتر کالمن از طریق شبیهسازی مونت-کارلو در سامانه هدایت پرتابه هدایتشونده آشیانیاب با استفاده از قوانین هدایت مختلف انجام شده است.
مراجع [6] ، [7] و [ 8] طراحی یک خودخلبان مقاوم چند متغیره را برای سامانه پرتابه هدایتشونده ارایه میدهند . کاربردهایی از کنترل تطبیقی و شبکه عصبی در طراحی خودخلبان را در [9] میتوان یافت. تحقیقاتی نیز در حوزه روش کنترل بهینه برای طراحی خودخلبان پرتابه هدایتشونده در [10] انجام شده است. در [11] یک روش غیرخطی طراحی رویتگر برای مدل پاندول معکوس به شکل فیلتر کالمن توسعه یافته ارایه شده است.
در [12] یک رویتگر با بهره بالا برای دسته بزرگی از سامانههای غیرخطی داده شده است. این رویت گر برای کار در سامانههایی که دارای حالتهای محدود هستند، طراحی شده است. روشهای دیگری از طراحی خودخلبان پرتابه هدایتشونده در [13] گزارش شده است. این روشها برای طراحی خودخلبان از روشLPV استفاده میکنند. در این مرجع نخست دینامیک پرتابه هدایتشونده با تبدیل حالت و به دنبال آن تبدیل مختصات به شکل LPV بیان شده است.
در این مقاله، یک کنترل کننده مقاوم هیبریدی با استفاده از روش کنترل مقاوم H و روش جدول بندی بهره برای خودخلبانی کانال گردش یک پرتابه هدایتشونده تاکتیکی گردش با سکان بر اساس مدل خطی شده، طراحی شده است. بدبن منظور، در ابتدا یک مدل خطی از کانال گردش پرتابههدایتشونده با وجود پارامترهای متغیر ارائه شده است - بخش . - 2 تغییرات این پارامترها ناشی از سرعت پرتابههدایتشونده، ارتفاع، زاویه حمله و… می باشد در ادامه نیز نحوه طراحی خودخلبان مقاوم هیبریدی پیشنهادی ارائه شده است - بخش . - 3 برای مقایسه عملکرد خودخلبان، دو خودخلبان دیگری نیز بر اساس روش جدولبندی بهره و PID طراحی گردیده است. نتایج شبیه سازی کارایی بیشتر روش هیبریدی مقاوم پیشنهادی نسبت به خودخلبان جدولبندی بهره و PID را نشان میدهد - بخش . - 4 جمع بندی نتایج نیز در بخش 5 آورده شده است.
-2 مدلسازی جسم پرنده
برای مدل سازی ریاضی جسم پرنده از روابط معادلات دینامیکی حرکت پرتابه هدایت شونده و همچنین از دو دستگاه بدنه و اینرسی استفاده شده است. اما دستگاه اینرسی در هنگام پرتاب جسم پرنده منطبق بر دستگاه بدنه بوده، ولی در جای خود بر روی سامانه پرتاب ثابت مانده و نمیچرخد. با توجه به شکل2 که فرم بالکها را نشان میدهد، معادلات زاویهی بالکها بصورت - 1 - و - 2 - خواهدبود.
در اینجا باید معادلات خطی شده را ارزیابی نمود تا بتوان از درستی آنها اطمینان حاصل کرد. معیار درستی، تطبیق نتایج شبیهسازی آنها با نتایج شبیهسازی معادلات غیرخطی است. برای این کار در محیط 6LPXOLQN هر دو مدل شبیهسازی شده و با اعمال ورودی مناسب، عمل مقایسه انجام شده است . چون خطیسازی حول نقاط تعادل انجام شده است پس باید در انتخاب ورودی دقت نمود تا متغیرهای دینامیکی و هندسی از نقطه تعادل دور نشوند.
به ورودی δ یک سیگنال سینوسی با دامنه یک درجه و فرکانس یک هرتز اعمال شده است. زاویه گردش و سرعت زاویهای پرتابه هدایت شونده درشکلهای 3 و 4 و 5 نشان داده شده است. با توجه به سادهسازیهای انجام شده در ابتدای شبیهسازی، یعنی در حالت گذرا خطایی در نتایج دو شبیهسازی وجود دارد که پس از گذر این مرحله این خطا در سرعت زاویهای صفر میشود، اما در مجموع این خطا کم میباشد.
