شبیه‌سازی و بررسی قابلیت اعتماد نتایج کنترلی بر روی موشک دوش‌پرتاب برمبنای کنترلگرهای PID و پیش‌بین

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه مهندسی هوافضا، پژوهشگاه هوافضا، تهران، ایران

2 کارشناسی ارشد، گروه مهندسی هوافضا، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

چکیده

موشک‌های دوش-پرتاب یکی از کاربردی‌ترین ابزار در صنایع نظامی بوده و از اهمیت بسیار بالایی برخوردار هستند. در این نوع از تسلیحات هوافضایی، به دلیل زمان پرواز اندک و مانورهای بالای موشک در این مداومت کم، اهمیت بالای روش کنترلی وهدایت برای رسیدن به هدف مشخص خواهد شد. در این نوع از موشک‌ها، سرعت در راستای محور طولی به علت سوخت جامد بودن موشک قابل کنترل نبوده ولذا از سرعت‌های عرضی و سمتی به وسیله سطوح کنترل پرواز برای تغییر مسیر استفاده می‌شود. در این مقاله ابتدا معادلات دینامیکی موشک دوش-پرتاب استخراج گردیده و سپس، معادلات مربوط به روش‌های کنترلی پیش‌بین و PID استخراج و شبیه‌سازی شده است. در نهایت، به منظور بررسی دقت نتایج حاصل از شبیه‌سازی به‌همراه تکنیک‌های کنترلی، آنالیز قابلیت اعتماد برروی هر دو کنترلگر پیاده‌سازی شده و نتایج دو مدل کنترلی مورد قیاس قرار گرفته است. برای فازهای مختلف پروازی، استفاده از هر کدام از کنترلگرها به صورت ترکیبی یا تکی مشخص گردیده و نقاط قوت و ضعف هر کدام از کنترلگرها در انواع فازها مورد تحلیل قرار گرفته است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


  • مهدی احمدی ونوربخش فولادی "طراحی مفهومی یک نمونه موشک پدافند هوایی دوش پرتاب" سازمان هوافضا تهران و دانشگاه صنعتی مالک اشتر 2009.
  • احمدرضا خوگر وسید محسن آزاده، اصلاح ضرایب آیرودینامیکی و کنترل موشکهای پدافند هوایی با استفاده از فیدبک لرزش بالکهای عقب، دانشگاه صنعتی مالک  اشتر، 
  • عباسعلی رسولی، مدلسازی دینامیکی و طراحی کنترل مقاوم برای حلقه کنترل یک جسم، پایان نامه کارشناسی ارشد دانشگاه خواجه نصیر الدین طوسی، 1391.
  • سید حمزه موسی پور , هدایت سه بعدی موشک زمین به هوا بر اساس مدل غیر خطی, پایان نامه کارشناسی ارشد دانشگاه تبریز، 1390.
  • کیوانی، امید و زارع زاده، اسماعیل و حجامی، محمود و فتح آبادی، حسین، کنترل موشک پدافند هوایی در ردیابی هدف با استفاده از الگوریتم کنترل پیش بین،کنفرانس ملی علوم مهندسی، ایده های نو (۸)،تنکابن، 1393، https://civilica.com/doc/308030
  • محمدامین ملکیان، طراحی کنترل کننده پیش بین برای موشک دوش پرتاب با هدایت تناسبی، پایان نامه کارشناسی ارشد دانشگاه شهید بهشتی، 1399.
  • Garcia C.E., Prett D.M., Morari M., Model predictive control: theory and practice-a survey, Automatica, vol. 25, no. 3, pp. 335-348, 1989.
  • Morari M., Lee J. H, Model predictive control: past, present and future, Computers & Chemical Engineering, vol. 23, no. 4, pp. 667-682, 1999.
  • Camacho E. F., Bordons C., Model Predictive Control, 2th ed, London, Springer-Verlog, 2004.
  • Rawlings J. B., Mayne D. Q., Model Predictive Control: Theory and Design, London, U.K.: Nob Hill Publishing, 2009.
  • Cannon M., Deshmukh V., and Kouvaritakis B., Nonlinear model predictive control with polytopic invariantsets, Automatica, 39(8), 1487-1494, 2003.
  • Falugi P. and Mayne D.Q., Tracking performance of model predictive control, In IEEE Decis Contr P, 2631-2636, 2012.
  • Gros S., Quirynen R., and Diehl M., Aircraft control based on fast non-linear MPC & multiple-shooting, In IEEE Decis Contr P, 1142-1147, 2012.
  • Grune L. and Pannek J., Nonlinear Model Predictive Control, Springer, London, 2011.
  • Hu X.B. and Chen W.H., Model predictive control for non-linear missiles, P I Mech Eng I-J Sys, 221(8), 1077-1089, 2007.
  • Mayne, D.Q. and Rawlings, B., Model Predictive Control: Theory and Design, Nob Hill Publishing, Madison, 2009.
  • Chen W.H., Predictive Control of General Nonlinear Systems using Approximation, IEEE Proc. CNTL Theo. App., Vol. 151, No. 2, 2004.
  • Tsourdos A. and White B., Control Flight Control Design for Nonlinear Missile, Control. Eng. Practice, Vol. 13, No. 3, pp. 374-382, 2005.
  • Dunbar W. B., Milam M. B., Franz R., and Murray R. M., Model predictive control of a thrust-vectored flight control, IFAC Proceedings Volumes 35.1: 355-360, 2002.
  • Yunan Hu., Zhicai Xiao., Jing Li , Missile PID controller parameter tuning based on iterative learning control ,pp.453-461, V3-692 23 August 2010.
  • Kouvaritakis B., & Cannon M., Nonlinear predictive control, theory and practice. London: The IEE experiment, in Proc. 15th IFAC World Congress on Automatic Control, 2002.
  • Cong Z.and Yun-jie W., Non-singular terminal dynamic surface control based integrated guidance and control design and simulation, ISA Transactions, vol. 63, pp. 112–120, 2016.
  • Yang B.and Zhao Y., Autopilot design method for the blended missile based on model predictive control, International Journal of Aerospace Engineering, vol. 2015, 13 pages, 2015.
  • Bachtiar V., Manzie C., and Kerrigan E. C., Nonlinear model-predictive integrated missile control and its multiobjective tuning, Journal of Guidance, Control, and Dynamics, vol. 40, no. 11, pp. 2961–2970, 2017.
  • Jiayuan Shan,1 Junhui Liu . and Yan Ding, Missile IGC Based on Improved Model Predictive Control and Sliding Mode Observer, International Journal of Aerospace Engineering, 2021.
  • Park, Jongho, Youngil Kim, and Jong-Han Kim., Integrated Guidance and Control Using Model Predictive Control with Flight Path Angle Prediction against Pull-Up Maneuvering Target, Sensors 20.11: 3143, 2020.
  • Asfihani, Tahiyatul, et al., Missile control design for moving target using model predictive control, Journal of Physics: Conference Series. Vol. 1490. No. 1. IOP Publishing, 2020.
  • Xue Zhang; Hau Cui ; Qianyue Luo ; Hui Zhang, Nonlinear Distributed Model Predictive Control for Multiple Missiles Against Maneuvering Target with a Trajectory Predictor, Journal Of Shanghai Jiaotong University, 2020.
  • Tommy Pratama; Rusdhianto EA Kadir; Zulkifli Hidayat, Model Prediction Control for Missile Autopilot and Navigation, International Conference on Computer Engineering, Network, and Intelligent Multimedia (CENIM). IEEE, 2019.

[30] Diganta Bhattacharjee; Animesh Chakravarthy; Kamesh Subbarao, Nonlinear Model Predictive Control and Collision-Cone-Based Missile Guidance Algorithm, Journal of Guidance, Control, and Dynamics 44.8 pp: 1481-149, 2021.