طراحی خلبان خودکار با استفاده از کنترلگر غیرخطی و تست PIL برای نشست یک پهپاد

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، گروه مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران

2 دانشیار، گروه مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران

3 استادیار، گروه مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران

چکیده

سامانه‌ی کنترل پرواز بی‌شک یکی از بخش‌های با اهمیت اجسام پرنده است که وظیفه‌ی پایداری و دستیابی به عملکرد مناسب در اجرای فرامین را دارد. با توجه به دینامیک غیرخطی و متغیر با زمان بودن و عدم قطعیت‌های ساختاری و پارامتری اجسام پرنده، در کنترل پرواز رویکردهای کنترلی متنوعی در راستای رسیدن به پایداری، عملکرد مناسب و کم اثرکردن عدم قطعیت‌ها و خطای مدل‌سازی استفاده می‌شود. در این مقاله طراحی نرم افزار خلبان خودکار به روش کنترلگر غیرخطی وارون‌دینامیک برای نشست یک پهپاد در دو مرحله توسعه یافت. همچنین، با استفاده از سخت افزار DSP با پردازنده TMS320F28335، پیاده‌سازی و تست نرم افزار خلبان خودکار غیرخطی وارون دینامیک تا مرحله PIL زمان حقیقی صورت گرفت. نتایج شبیه‌سازی با معادلات غیرخطی شش‌درجه آزادی زمان حقیقی، عملکرد مناسب کنترل طراحی شده و تست پیاده‌سازی را تأیید می‌کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]     HaiYang Chao, YongCan Cao, and YangQuan Chen, Autopilots for Small Unmanned Aerial Vehicles: A Survey, International Journal of Control, Automation, and Systems, 2010.
[2]     Abbasi A., Ubaid M. Al-Saggaf, Khalid Munawar, Design of Unmanned Aerial Vehicle Autopilot based on Freescale Qorivva 32-bit Microcontroller, Life Science Journal, 2014.
[3]     Duarte Lopes Figueiredo, Autopilot and Ground Control Station for UAV, Thesis to obtain the Master of Science Degree in Aerospace Engineering, Supervisor: Chairperson: Professor João Manuel Lage de Miranda Professor André Calado Marta,  Lemos, Member of the Committee: Professor Agostinho Rui Alves da Fonseca, November 2014.
[4]     Jose Enrique Ortiz, Development of a Low Cost Autopilot System for Unmanned Aerial Vehicles, Virginia Commonwealth University, Richmond, Virginia, August, 2010.
[5]     Hans-Petter Halvorsen, M.Sc., Introduction to Hardware-in-the-Loop Simulation, Telemark University College, Faculty of Technology,Department of Electrical Engineering, Information Technology  and Cybernetics.
[6]     Christian Köhler, Enhancing Embedded Systems Simulation, 1st Edition, Teubner Verlag Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH, 2011.
[7]     Kargin V., Design of an Autonomous Landing Control Algorithm for a Fixed Wing UAV, a thesis submitted to the graduate school of natutal and applied sciences of middle east technical university, October 2007.
[8]     Garza F.R., Morelli E. A., A collection of Nonlinear Aircraft Simulations in MATLAB, NASA/TM-2003-212145.
[9]     Roskam J., Airplane Flight Dynamics and Automatic Flight Controls.The University of Kansas Press, 2001.
[10] Nelson R. C., Flight Stability and Automatic Control, McGraw-Hill, 1998.
[11] Stevens B.  and Lewis F..Aircraft Control and Simulation, Second Edition.Wiley, New York, NY, 2003.
[12] Blakelock J. H., Automatic Control of Aircraft and missiles, Second Edition, 1991.
[13] Sadati, S.H., Sabzehparvar, and M., Menhaj, M.B. Nonlinear Adaptive Flight Control Using Dynamic Inversion and Neural Networks Controller, Amirkabir Journal of Science & Research Mechanical Engineering, Vol. 18, No.66, Spring & Summer 2006(In Persian)
[14] D. Enns, Robustness of Dynamic Inversion vs. –synthesis: Lateral-Directional Flight Control Example, Proc. 1990 AIAA Guidance, Navigation, Contr. Conf., August 1990.
[15] Huang C.. et al., Analysis and Simulation of a Nonlinear Control Strategy for High Angle of Attack Maneuvers, Proc. 1990 AIAA Guidance, Navigation, Control Conf., Portland, OR, August 1990.
[16] Zhang, Z., Hu, F. and Li, J. Autonomous flight control system designed for small-scale helicopter based on approximate dynamic inversion, Int. Conf. on Adv. Comp. Cont., 2011, pp. 185–191.
[17] Wang, Q. and Stengel, R. F. A dynamic inversion controller design for miniature Unmanned Aerial Vehicles, Consumer Elec., Comm. & Networks, pp. 1916–1921, 2011.
[18] MacKunis, W., Patre, P. M., Kaizer, M. K., and Dixon, W. E. Asymptotic Tracking for Aircraft via Robust and Adaptive Dynamic Inversion Methods, IEEE Tr. Cont. Sys. Tech., vol. 18, no. 6, pp. 1448–1456, 2010.
[19] Peng Lu, Erik-Jan van Kampen, Cornelis de Visser, Qiping Chu., Aircraft fault-tolerant trajectory control using Incremental Nonlinear Dynamic Inversion, Control Engineering Practice, 57, 2016, pp.126-141.