رویکرد برنامه ریزی شده بهره تطبیقی به منظور کنترل مانور طولی هواپیما

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسنده

چکیده

 ناپایداری، نایقینی مدل و اختلالات موجود در سامانه یک هواپیما که در حالت پرواز مداوم و مستقیم­الخط قرار دارد و می خواهد یک مانور طولی را انجام دهد سبب می شود که انجام چنین مانوری بدون کمک یک کنترل­کننده امکان­پذیر نباشد. با توجه به آنکه معادلات دینامیکی هواپیما غیرخطی هستند، استفاده از یک کنترل­کننده خطی که بر مبنای خطی­سازی در یک نقطه کار طراحی شده باشد، کارآیی      رضایت­بخشی نخواهد داشت. به این ترتیب، لزوم استفاده از کنترل­کننده­های غیرخطی محرز می گردد. در این مقاله جهت طراحی      کنترل­کننده از روش برنامه­ریزی­شده بهره استفاده شده است. طراحی کنترل­کننده برنامه­ریزی ­شده بهره­، شامل دو مرحله متمایز است: مرحله اول، طراحی کنترل­کننده­­های خطی که اجزای کنترل­کننده برنامه­ریزی­شده بهره می­باشند. مرحله دوم، برنامه­ریزی یعنی تعیین ضابطه­ای که تحت آن، یکی از کنترل­کننده­های خطی در حلقه بسته قرار گیرند. کنترل­کننده­های خطی مورد نیاز از طریق روش­های کنترل بهینه انتخاب گردیده­اند و جهت تعیین تعداد و محل نقاط خطی­سازی­شده و تعیین معیاری برای استفاده از هر یک از کنترل­کننده­های خطی از مفاهیم حاشیه پایداری و متریک v-gap استفاده شده است. لازم به ذکر است در این تحقیق مانور طولی که به­عنوان فرمان و یا سیگنال مبنا از هواپیمای در حالت پرواز مداوم مستقیم­الخط خواسته شده، مقدار ثابت چرخش برای زاویه پیچ است. نتایج نشان داد با ترکیب کنترل­کننده غیرخطی برنامه­ریزی­­شده بهره و سامانه غیرخطی در یک حلقه بسته، مانور طولی مورد نظر به نحو مطلوبی صورت پذیرفت

کلیدواژه‌ها


  1. Kodhanda, A., Kolhe, J. P., Zeru, T., and Talole, SE. “Robust Aircraft Control Based on UDE Theory”, J. Aerospace ENG., Vol. 231, No. 4, pp. 728-742, 2017. ##
  2. Licitra, G., B¨urger, A.,Williams, P., Ruiterkamp, R.,and Diehl, M. “Optimal Input Design for Autonomous Aircraft”, J. Control ENC Practice, Vol. 77, pp.15-27, 2018.##
  3.  Fujimori, A., Terui, F., and Nikiforuk, P. N. “Fight Control   Design of an Unmanned Space Vehicle Using Gain Scheduling”, J. Guidance, Control and Dynamics, Vol. 28, No. 1, pp. 96-105, 2005.##
  4. Vinnicombe, G. “Uncertainty and Feedback , H Loop-Shaping and The ν-Gap Metric”, Imperial College Press, London , ISBN: 1-86094-163-X, 316pp, 2001.##
  5. Christen, Urs. “Is the V-Gap Metric Useful for Industrial Applications”, Proc. European Control Conf (ECC), Cambridge,UK,2003.##
  6. Georgiou, T.T. “Optimal Robustness in the Gap Metric”, IEEE Transactions on Automatic Control, Vol. 35 , No. 6, pp. 673-686, 1990.[M1] ##
  7. El-Sakkary, A. “The Gap Metric: Robustness of Stabilization of Feedback Systems”, IEEE Transactions on Automatic Control, Vol. 30, No. 3 , pp. 240-247,1985 .  [M2] ##
  8. Fujimori, A., Terui, F., and Nikiforuk, P. “Flight Control Designs Using v-Gap Metric and Local Multi-Objective Gain-Scheduling”, AIAA Guidance, Navigation, and  Control Conf, Austin, Texas, 2003.##
  9. Haj Salah , A.A., Garna ,T., Ragot, J., and Hassani, M. “Transition and Control of Nonlinear Systems by Combining the Loop Shaping Design Procedure and the Gap Metric Theory”, transactions of the Institute of Measurement and Control covers applications in instrumentation and control. pp.1–17, 2015.##

10. Roskam, J. “Airplane Flight Dynamics and Automatic Flight Control”, Published by: Roskam Aviation and Engineering Corporation, ISBN-10: 1884885179,1979.##

11. Kirk, D. E. “Optimal Control Theory: An Introduction”, Prentice-Hall,  Inc., Englewood Cliffs, New Jersey,1970.##

12. Roskam, J. “Methods of Estimating Stability and Control Derivatives of Conventional Subsonic Airplane”, ID Numbers: OL4584346M, 1977.[M3]  ##

13. Hoak, D.E. and Finck, R. D. “USAF Stability and Control Datcom Flight Control Division”, Air Force Flight Dynamics Laboratory, Irvine, CA: Global Engineering Documents, 1978.##

14. Kalman, R. E. “The Theory of Optimal Control and the Calculus of Variations”,Defense Technical Information Center, Vol .61, No. 3 of RIAS technical report ,1960##

15. Kalman, R. E. “Mathematical Description of Linear Dynamical Systems”, Journal of the Society for Industrial and Applied Mathematics, Vol. 1, No. 2, pp.152-192, 2006.##

16. Zhou, K. and Doyle, J. C. “Essentials of Robust Control”, Prentice-Hall, ISBN 0-13-525833-2, 1998.##

17.  Kalman, R. E. “Contributions to The Theory of Optimal Control”, Boletin de la Sociedad Matematica Mexicana, Vol. 5, pp. 102-119,1960.[M4] ##