شبیه‌سازی 6-درجه آزادی و روش هدایت ترکیبی برای سامانه پارافویل- محموله در حضور باد و قیدهای عوارض زمینی

نوع مقاله : گرایش دینامیک،ارتعاشات و کنترل

نویسندگان

1 دانشکده پرواز- دانشگاه هوایی شهید ستاری

2 دانشکده مهندسی برق، دانشگاه علوم و فنون هوایی شهید ستاری، تهران، ایران

3 دانشگاه صنعتی شریف

4 استادیار، دانشگاه فرماندهی و ستاد آجا، تهران، ایران

چکیده

در این مقاله، روش هدایت ترکیبی برای فرود دقیق سامانه پارافویل-محموله در حضور باد و قیود عوارض زمینی ارائه شده است. در این راستا، یک شبیه­ساز دقیق 6-درجه آزادی با در نظر گرفتن اثرات جرم و اینرسی ظاهری مورد بررسی قرار گرفته است. در روش هدایت ترکیبی، از بهینه­سازی مسیر در فاز آشیانه­یابی و هدایت تقرب T اصلاح­یافته در فاز مدیریت ارتفاع و فرود بهره گرفته­ شده است. بهره­گیری از دقت بالای فرود هدایت تقرب T و مقاوم بودن آن در برابر باد به همراه قابلیت جلوگیری از برخورد با قیود عوارض زمینی در روش بهینه­سازی مسیر از دلایل توسعه هدایت ترکیبی می­باشد. برای جبران کردن اثرات نامساعد باد در دقت فرود، روش حداقل مربعات بازگشتی برای شناسایی باد تنها با استفاده از داده­های جی­پی­اس ارائه شده است. به منظور بررسی صحت عملکرد مدل پیشنهادی، مدل‌سازی ریاضی انجام شده است و از نرم‌افزار متلب برای استخراج نتایج شبیه‌سازی استفاده شده است.

کلیدواژه‌ها


Goodrick, T., “Wind Effect on Gliding Parachute Systems with Non-Proportional Automatic Homing Control”, Army Natick Labs. Technical Rept. TR 70-28-AD, Natick, MA, 1969.##
1.
Goodrick, T., A. MURPHY, JR, and A.  PEARSON. “Analysis of various automatic homing techniques for gliding airdrop systems with comparative performance in adverse winds”, 4th Aerodynamic Deceleration Systems Conference, Palm Springs,CA, U.S.A., 21 May 1973 - 23 May 1973.##
2.
Goodrick, T., “Hardware Options for Gliding Airdrop Guidance Systems”, Proceedings of the 6th AIAA Aerodynamic Decelerator and Balloon Technology Conference, AIAA, New York, 1979.##
3.
Jann, T. “Advanced features for    autonomous parafoil guidance, navigation and control”,  18th AIAA Aerodynamic Decelerator Systems Technology Conference and Seminar, 2005.##
4.
Rademacher, B., Lu, P., Strahan, A., and Cerimele, C., “Trajectory design, guidance and control for autonomous parafoils”, In AIAA Guidance, Navigation and Control Conference and Exhibit, p. 7417, 2008.##
5.
Slegers, N. and Yakimenko, O., “Optimal control for terminal guidance of autonomous parafoils”, In 20th AIAA Aerodynamic Decelerator Systems Technology Conference and Seminar, p. 2958, 2009.##
6.
Carter, D., Singh, L., Wholey, L., McConley, M., Tavan, S., Bagdonovich, B., Barrows, T., Gibson, C., George, S. and Rasmussen, S., “Band-limited guidance and control of large parafoils”, In 20th AIAA Aerodynamic Decelerator Systems Technology Conference and Seminar, p. 2981, 2009.##
7.
Ward, M., & Costello, M., “Adaptive glide slope control for parafoil and payload aircraft”, Journal of Guidance, Control, and Dynamics Vol.36, no. 4, pp. 1019-1034, 2013.##
8.
Fowler, L., & Rogers, J., “Bezier curve path planning for parafoil terminal guidance”, Journal of Aerospace Information Systems, Vol.11, no. 5, 300-315, 2014.##
9.
Luders, B., Ellertson, A., How, J. P., & Sugel, I., “Wind uncertainty modeling and robust trajectory planning for autonomous parafoils. ”, Journal of Guidance, Control, and Dynamics, Vol.39, no. 7, pp.1614-1630, 2016.##
10.
Weinstein, MJ, Streetman, BJ, Neave, M., Bergeron, K., & Noetscher, G., “Trajectory Optimization via Particle Swarms for Robust Parafoil Guidance”, In 2018 AIAA Guidance, Navigation, and Control Conference, p. 1855, 2018.##
11.
Sun, H., Sun, Q., Luo, S., Chen, Z., Wu, W., Tao, J., & He, Y., “In-flight compound homing methodology of parafoil delivery systems under multiple constraints”, Aerospace Science and Technology, Vol.79, pp.85-104, 2018.##
12.
Cacan, M. R., & Costello, M. “Adaptive Control of Precision Guided Airdrop Systems with Highly Uncertain Dynamics.” Journal of Guidance, Control, and Dynamics, Vol.41, no. 5, pp.1025-1035, 2018.##
13.
Tao, J., Dehmer, M., Xie, G., & Zhou, Q. “A Generalized Predictive Control-Based Path Following Method for Parafoil Systems in Wind Environments.” IEEE Access, Vol.7, pp.42586-42595, 2019.##
14.
Luo, S., Tan, P., Sun, Q., Wu, W., Luo, H., & Chen, Z. “In-flight wind identification and soft landing control for autonomous unmanned powered parafoils.” International Journal of Systems Science, Vol. 49, no. 5, 929-946, 2018.##
15.
Mooij, E., Wijnands, Q. G. J., and Schat, B., “9 DoF Parafoil/Payload Simulator Development and Validation,” Proceedings of the AIAA Modeling and Simulation Technologies Conference, AIAA, Reston, VA, 2003.##
16.
Prakash, O., and Ananthkrishnan, N., “Modeling and Simulation of 9-DOF Parafoil-Payload System Flight Dynamics,” Proceedings of the AIAA Atmospheric Flight Mechanics Conference & Exhibit, AIAA, Reston, VA, 2006.##
 
 
 
 
 
17.
Redelinghuys, R., “A Flight Simulation Algorithm for a Parafoil Suspending an
Air Vehicle,” Journal of Guidance, Control, and Dynamics, Vol. 30, No. 3, pp. 791–803, 2007.##
18.
Toglia, C., and Vendittelli, M., “Modeling and Motion Analysis of Autonomous Paragliders,” Technical Rept. No. 5, Dept. of Computer, Control and Management Engineering, Univ.  “La Sapienza,” Rome Italy, 2010.##
19.
Hattis, P., Appleby, B., Fill, T., Benney, R., “Precision Guided Airdrop System Flight Test Results”, In 14th Aerodynamic Decelerator Systems Technology Conference, p. 1468. 1997.##
20.
Calise, A., and Preston, D., “Approximate Correction of Guidance Commands for Winds,” Proceeding of the 20th AIAA Aerodynamic Decelerator Systems Technology Conference and Seminar, AIAA, Reston, VA, 2009.##
21.
Ward, M., Slegers, N., and Costello, M., “Specialized System Identification for Parafoil and Payload Systems,” Journal of Guidance, Control, and Dynamics, Vol. 35, No. 2, pp. 588–597, 2012.##
22.
Lissaman, P. B.S., and Brown, G. J., “Apparent Mass Effects on Parafoil Dynamics,” Proceedings of the 12th AIAA Aerodynamic Decelerator Systems Technology Conference and Seminar, AIAA, Reston, VA, 1993.##
23.
Gorman, C. M., and Slegers, N. J., “Comparison and Analysis of Multi-Body Parafoil Models with Varying Degrees of Freedom,” Proceedings of the 21st AIAA Aerodynamic Decelerator Systems Technology Conference and Seminar, AIAA, Reston, VA, 2011.##
24.
Jann, T., “Aerodynamic Model Identification and GNC Design for the Parafoil-Load System ALEX,” Proceedings of the 16th AIAA Aerodynamic Decelerator Systems Technology Conference, AIAA, Reston, VA, 2001.##
25.