طراحی اتوپایلوت غیرخطی مقاوم به روش خطی‌سازی با بازخورد با استفاده از رؤیت‌گر حالت افزوده برای رهگیرهای پدافندی

خان کلانتری, سعید; محمدخانی, حسن

طراحی اتوپایلوت غیرخطی مقاوم به روش خطی‌سازی با بازخورد با استفاده از رؤیت‌گر حالت افزوده برای رهگیرهای پدافندی

نوع مقاله : گرایش دینامیک، ارتعاشات و کنترل

نویسندگان

¹ فارغ التحصیل دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی

² استادیار دانشکده هوافضا دانشگاه امام حسین

چکیده

روش‌های معمول طراحی اتوپایلوت، برای مواجهه با نامعینی‌ها محافظه‌کارانه عمل کرده و اتوپایلوت به میزانی کند می‌شود که سیستم بتواند عملکرد پایدار خود را در حضور میزانی از نامعینی‌ها حفظ کند. اما در این صورت، تضمینی بر حفظ عملکرد مطلوب در حضور تمام نامعینی‌ها وجود نخواهد داشت و از ظرفیت سیستم به‌خوبی استفاده نمی‌شود. در روش ارائه‌شده، با استفاده از رؤیت‌گر حالت افزوده، نامعینی‌ها به‌شکل تجمیع‌شده و در کنار حالت‌های سیستم تخمین زده می‌شوند و با استفاده از رویکرد خطی‌سازی با بازخورد، به همراه عبارت‌های غیرخطی از فرآیند کنترل حذف می‌گردند. آنچه باقی می‌ماند یک سیستم خطی ساده است که به‌نحو ساده‌تری قابل کنترل است. در این روش، با نامعینی‌ها بدون محافظه‌کاری برخورد می‌شود و در نتیجه، کارایی در شرایط مختلف بهبود می‌یابد. در انتها و به‌منظور مقایسه، نتایج عملکرد روش پیشنهادی و اتوپایلوت خطی در اجرای 1000 مرتبۀ مونت‌کارلو با شرایط مشخص مورد بررسی قرار گرفته و نشان داده شده است که روش پیشنهادی در مقایسه با روش مرسوم از عملکرد بهتری برخوردار است.

کلیدواژه‌ها

20.1001.1.26455323.1400.17.2.1.4

عنوان مقاله [English]

Robust Nonlinear Autopilot Design Based on Feedback Linearization and Extended State Observers for Interceptors

نویسندگان [English]

saeed Khan Kalantary ¹
hassan mohammadkhani ²

¹ Department of Electrical and Computer Engineering, K. N T University of Technology

² imam hossein university

چکیده [English]

The conventional methods for designing autopilots deal conservatively with uncertainties such that the autopilot should be slowed down to the extent in which the system can maintain its desired performance in the presence of a certain uncertainty. However, there will be no guarantee of good performance in the presence of all uncertainties while the capabilities of the system will not be used properly. In the proposed method, using the extended state observer, the lumped uncertainties along with the system’s states will be estimated, and using feedback linearization approach, along with the nonlinear terms will be removed from the control loop. What remains is a simple linear system that is easier to control. In this method, uncertainties is treated without conservatism and consequently performance is improved in different conditions. Finally, for comparing the results of proposed method with linear autopilot a 1000 times Mont Carlo running with specific condition has been used and is shown that the proposed method is better than the conventional method in performance.

کلیدواژه‌ها [English]

Nonlinear Autopilot
Feedback Linearization
Extended State Observer
Robust

مراجع

Balakrishnan, S. N., Tsourdos, A., and White, B. A. “Advances in Missile Guidance, Control, and Estimation”, CRC Press, 2012.##
Williams, D. E., Friedland, B., and Madiwale, A. N. “Modern Control Theory for Design of Autopilots for Bank-to-Turn Missiles”, ‌J. Guid. Control Dyn., Vol. 10, No. 3, pp.378-386, 1987.##
Sun, M., Gao, Z., Du, S., and Chen. Z. "On Active Disturbance Rejection Based Framework for Flight Control: Principle and Applications”, Progress in Flight Dynamics, Guidance, Navigation, and Control, Vol. 10, No. 10, pp. 87-104, 2018.##
Adams, R. J., Buffington, J. M., Sparks, A. G., and Banda, S. S. “Robust Multivariable Flight Control”, Springer Science & Business Media, 2012.##

Adams, R. J., and Banda S. S. “Robust Flight Control Design using Dynamic Inversion and Structured Singular Value Synthesis”, IEEE T. Contr. Syst. T., Vol. 1, No. 2, pp.80-92, 1993.##
Kim, B. S., and Calise A. J. “Nonlinear Flight Control using Neural Networks”, ‌J. Guid. Control Dyn. Vol. 20, No. 1, pp.26-33, 1997.##
Han, J. Q. “From PID to Active Disturbance Rejection Control”, IEEE T, Ind. Electron. Vol. 56, No. 3, pp.900-906, 2009.##
Wu, Z.-H., and Guo, B.-Z. “Active Disturbance Rejection Control to MIMO Nonlinear Systems with Stochastic Uncertainties: Approximate Decoupling and Output-Feedback Stabilisation", Int. J. Control, pp.1-20, 2018.##
Panchal, B., Subramanian, K., and Talole S. E. “Robust Missile Autopilot Design using Two Time-Scale Separation”, IEEE T. Aero. Elec. Sys., Vol. 54, No. 3, pp.1499-1510, 2018.##
Hedrick, J. K., and Gopalswamy, S. “Nonlinear Flight Control Design via Sliding Methods”, J. Guid. Control Dyn., Vol. 13, No. 5, pp.850-858, 1990.##
Benvenuti, L., Di Benedetto, M. D., and Grizzle, J. W. “Approximate Output Tracking for Nonlinear Non‐Minimum Phase Systems with an Application to Flight Control” Int. J. Robust Nonlin., Vol. 4, No. 3 pp.397-414, 1994.##
Hauser, J., Sastry, S., and Meyer, G. “Nonlinear Control Design for Slightly Non-Minimum Phase Systems: Application to V/STOL Aircraft”, Automatica Vol. 28, No. 4, pp. 665-679, 1992.##
Romano, L. J., and Singh, S. N. “IO Map Inversion, Zero Dynamics and Flight Control”, IEEE T. Aero. Elec. Sys., Vol. 26, No. 6, pp. 1022-1029, 1990.##
Isidori, A., Sastry, S. S., Kototovic, P. V., and Byrnes, C. I. “Singularly Perturbed Zero Dynamics of Nonlinear Systems”, IEEE T. Automa. Contr., Vol. 37, No. 10, pp.1625-1631, 1992.##
Lian, K. Y., Fu, L. C., and Liao, T. L. “Robust Output Tracking for Nonlinear Systems with Weakly Non-Minimum Phase”, Int. J. Control, Vol. 58, No. 2, pp.301-316, 1993.##
Lee, J.-I., and Ha, I.-J. “Autopilot Design for Highly Maneuvering STT Missiles via Singular Perturbation-Like Technique”, IEEE T. on Cont. Syst. T., Vol. 7.##