بخشی از مقاله
چکیده - به منظور ایمن ماندن هواپیمای حامل محموله از شناسایی و هدفگیری نیاز است تا بارریزی هوایی در ارتفاع بالا و از پشت خطوط دشمن صورت پذیرد. اما قرار گرفتن در حضور بادهای ناشناخته در ارتفاعات مختلف و زمان زیاد سرش محموله سبب میشود که این سیستمها دارای خطای فاصله زیادی باشند. رهاسازی محموله از ارتفاع بالا به دلیل وجود عدم قطعیت در اتمسفر، دینامیکهای مدل نشده و همچنین عدم قطعیت در نقطه رهاسازی، دقت بارریزی هوایی را تحت تأثیر قرار میدهد.
ازاینرو قابلیت کنترلپذیری و توانایی سرش به ما اجازه میدهد که بتوانیم محموله را به سمت نقطه هدف هدایت کنیم. در این سیستمها از چترهای پارافویل با قابلیت سرش بالا و کنترلپذیری برای تحویل هوایی محموله استفاده میشود. این پارافویلها برای کنترل از عملگرهای الکتریکی بهره میبرند و برای انجام فرامین نیاز به دریافت آنها از یک کامپیوتر به عنوان کنترلر میباشند که خود قانون کنترلی پیچیدهای دارد. در این مقاله سعی بر آن شده تا با تحلیل قوانین هدایتی و کنترلی مسیر حرکت چترهای هدایت شونده در حضور باد شبیهسازی و تحلیل گردد و مراحل اولیه جهت ساخت نمونه عملیاتی مورد بررسی قرار گیرد.
منطقی رسیدن به فاصله 200 متری نیز میتواند قابل قبول باشد. به هر حال اگر هواپیما از یک ارتفاع ایمن محموله را رها کند وجود عدم قطعیت در اتمسفر، دینامیکهای مدل نشده و همچنین محاسبه نقطه رهاسازی محموله از هواپیما بر روی خطای فاصله تأثیر میگذارد. ازاینرو قابلیت کنترلپذیری و توانایی سرش4 به ما اجازه میدهد که بتوانیم محموله را به سمت نقطه هدف هدایت کنیم .[1] امروزه سیستمهای بارریزی هوایی دقیق اکثراً از پارافویلهای ram-air با قابلیت سرش بالا و قابلیت کنترلپذیری برای تحویل محموله استفاده میکنند.
این پارافویلها برای کنترل از عملگرهای الکتریکی استفاده میکنند و همچنین عملگرها برای انجام فرامین نیاز به دریافت فرامین از یک کامپیوتر به عنوان کنترلر میباشند که خود قانون کنترلی پیچیده ای دارد. خود کنترلر نیاز به سنسور برای محاسبه فرامین هدایت و کنترل میباشد که همه آنها در واحدی به نام واحد هدایت هوابردAGU 5 جای گرفتهاند و این واحد خود بین محموله و پارافویل قرار دارد. زیر سیستم کنترل و هدایت سیستمهای بارریزی دقیق هوایی باید قابلیت فرود دقیق - خطای 150 متر - در محل نقطه هدف از ارتفاع بیش از 25000 پایی از سطح دریا، مقاوم بودن الگوریتم هدایت نسبت به شرایط محیطی و عدم قطعیت در دینامیک سیستم - مخصوصا دینامیک متغیر چتر - ، قابل استفاده بودن سیستم برای پارافویلهای سایز بزرگ و کوچک و قابلیت سازگاری و یکپارچگی مناسب با نرمافزارهای طراحی مسیر را داشته باشد.[2]
-2 زیر سیستمهای بارریزی هوایی دقیق
این زیر سیستمه اشامل کانوپی یا همان چتر، واحد هدایت و کنترل - AGU - ، محموله و اتصالات بین آنها میباشد. خود اتصالات نیز شامل زیرسیستمهایی هستند که بیرون از سیستم پارافویل- محموله قرار دارند و شامل نرم افزار طراحی مسیر، بالن اندازهگیری باد، متعلقات مربوط به ارتباط بین سیستم پارافویل و محموله و هواپیمای حامل میباشد. واحد هدایت و کنترل - AGU - شامل یک میکروکنترلر حاوی الگوریتمهای هدایت و کنترل و همچنین عملگرها میباشد.
زیرسیستم هدایت و کنترل دادههای مربوط به ارتفاع از سطح دریا، موقعیت طول و عرض جغرافیایی، زاویه سمت مسیر و همچنین جداول مربوط به سرعت باد بر حسب ارتفاع را از سیستم ناوبری دریافت میکند. زیرسیستم هدایت میتواند نقاط مسیر مختلفی را از پروفیل مأموریت دریافت کند و فرمان نرخ چرخش را برای تغییر زاویه سمت مسیر محاسبه کند و به سیستم کنترل ارسال نماید. الگوریتمهای هدایت و کنترل بر روی یک برد با قدرت پردازشی و حافظه فلش بالا پیاده سازی میشود. فرامین کنترلی از این برد به دو سروموتور به عنوان عملگر انتقال مییابد و کنترل سیستم پارافویل- محموله از این طریق انجام میپذیرد.
سیستم کنترل بایستی دو هدف زیر را برآورده کند:
-1 سیستم حلقه بسته بایستی فرامین نرخ چرخش ناشی از سیستم هدایت را ردیابی کند.
-2 الگوریتم کنترل باید اغتشاشهای خارجی را حذف کند، علیالخصوص فرکانس نوسانات محموله نسبت به چتر را کنترل کند.
-3 سیستم کنترل تنها نرخ چرخش عرضی- سمتی را براساس فرامین تولید شده در سیستم هدایت تنظیم میکند و سرعت پرواز به عنوان یک پارامتر سیستم درنظر گرفته میشود. با توجه به اینکه سرعت سیستم به اندازه کافی کم میباشد می-توان سیستم را در نقاط مختلف خطی فرض کرد و کنترل کننده PID انتخاب مناسبی میباشد.[2] برای به حداقل رساندن هزینه باید سیستمهای اویونیکی انتخاب شده در نهایت سادگی باشند. اصولاً تنها سنسور ناوبری مورد استفاده، سنسور جیپیاس دوکاناله میباشد که علاوه بر موقعیت و سرعت سیستم میتواند زاویه سمت آن را نیز ارائه دهد با استفاده از سرعت زمینی6 و زاویه سمت اندازهگیری شده توسط جیپیاس به همراه یک مدل تحلیلی ساده، سیستم ناوبری سرعت باد محلی را تخمین میزند.
سرعت باد تخمین زده شده به منظور تصحیح جدول اولیه سرعت باد بر حسب ارتفاع به کار گرفته میشود. سیستم ناوبری جدول باد تصحیح شده را به سیستم هدایت ارسال میکند.[3] همچنین سنسورهای ناوبری اینرسی کوچک، ارزان قیمت و قابل اعتماد میتواند به عنوان پشتیبان نیز استفاده شود. سنسورهای آکوستیکی، مانند سنسور آشکارسازی و مسافتیابی صوتی - SODAR7 - میتواند دادههای دقیق ارتفاع و سرعت عمودی را ارائه دهد .
برای سیستمهای بارریزی دقیق هوایی، سیستم هدایت و کنترل مبتنی بر جیپیاس تنها برای هدایت عرضی کافی می باشد، چرا که عدم قطعیت اطلاعات مربوط به ارتفاع توسط جی-پیاس غیرقابل قبول است .[4] این سنسور ارتفاع زمینی را با استفاده از انتشار امواج آکوستیکی و آنالیز سیگنال برگشتی مشخص میکند و متشکل از یک اسپیکر، میکروفون، فشارسنج و سنسور دما است. الگوریتمهای تخمین پیشرفتهای در آن بر روی سیگنالهای دیجیتال اجرا میشود و ارتفاع زمینی را به صورت دادههای پیوسته تخمین میزند.
دقت این سنسور در اندازهگیری ارتفاع زمینی حدود 2 فوت میباشد که در مقایسه با خطای سنسور جیپیاس در جهت عمودی، که 60 فوت است، بسیار مناسب می باشد. این سنسور قابلیت نفود در گردوغبار، مه و پوشش گیاهی دارد و برد مؤثر آن 500 فوت می باشد. سیستم ناوبری جهت محاسبه موقعیت و زاویه سمت مسیر برای استفاده در سیستم هدایت و همچنین به منظور محاسبه زاویه سمت مسیر و نرخ چرخش آن جهت استفاده در سیستم کنترل، از اطلاعات سنسور جیپیاس دو کاناله استفاده میکند. استفاده میکند. درشکل 1 ارتباط بین سیستم هدایت و کنترل و زیرسیستم ناوبری نشان داده شده است.
-3 معادلات حرکت و طراحی الگوریتمهای هدایت و کنترل
برای انجام شبیهسازی و طراحی الگوریتمهای هدایت و کنترل نیاز داریم تا یک مدل دینامیکی مناسب برای سیستم پارافویل-محموله استفاده کنیم. به نحوی که زاویه مسیر و سرعت سرش با نرخ چرخش افزایش مییابد. معادلات حرکت یک پارافویل با فرض زمین مسطح و بدون درنظرگرفتن دوران زمین به صورت جدول 1 میباشد.[5]
