دانشگاه علوم و فنون هوایی شهید ستاری - انجمن هوافضای ایران مدیر مسئول: دکتر علی نوری سردبیر: دکتر حمیدرضا زارعی جانشین سردبیر: دکتر وحید خلفی دبیر تخصصی و مدیر اجرایی: دکتر میثم نوری نیارکی ویراستار انگلیسی: دکتر روح اله ملکی نشریه علمی پژوهشی مهندسی هوانوردی 17359449 13 1 2011 05 22 Development of a Mushy State Simulated Annealing Algorithm for the Design of an Optimal Path Regulator Autopilot System توسعه الگوریتم شبیه‌سازی حرارتی بهبودیافته در طراحی سامانه خلبان خودکار بهینه برای نگهداری یک مسیر مشخص 23 37 120365 FA سید حسین پورتاکدوست 0000-0001-5717-6240 محسن رضایی جلال کریمی کامبیز شجاعی قندشتنی Journal Article 2020 12 13 In this paper, initially the six degrees of freedom aircraft nonlinear equations of motion as well as the navigation relations are derived for a specified air vehicle in state space format. Subsequently through optimal formulation of the problem utilizing linear quadratic regulator (LQR) approach, optimal controls are determined for finite horizons in order to guide the vehicle on a pre-specified trajectory. In the proposed strategy the finite horizon forces and moments are taken as the six controls to be optimally determined using (LQR) and the receding horizon control (RHC) algorithm. These optimal forces and moments could be generated through the conventional existing vehicle mechanisms, namely the engines and the control surfaces. In essence, the engine commands and control surface deflections need to be determined in a fashion that would in turn produces these required optimal forces and moments, that are initially computed. To this end, the mushy state simulated annealing (MSSA) approach is utilized as a novel idea to perform the above-mentioned task that also shows the potential of this intelligent search engine for a practical aerospace problem of flight mechanics. With this idea, the optimal control commands are derived for consecutive time steps through inverted dynamics using algebraic equations in a closed loop fashion. Each time step resulting commands are applied to the vehicle through its nonlinear equations of motion in order to obtain the next updated states of the system. The loop iterates forward while the aircraft tries to track the desired path. It is shown that the proposed integrated closed loop scheme has good robustness properties against disturbances and thus could be potentially used for complex nonlinear control systems. در این تحقیق ابتدا بر اساس معادلات غیرخطیِ درگیر و شش درجه آزادی حاکم بر حرکت یک هواپیما، روابط ناوبری و معادلات حاکم برای یک هواپیمای مشخص در فضای حالت، تولید شده است. متعاقباً با استفاده از فرمول­ بندی کنترل بهینه در الگوی رگولاتور خطی و بکارگیری ایده افق زمانی پیش­رو، دستورهای کنترلی بهینه، که در این فرمول­بندی، نیرو و گشتاورهای آیرودینامیکی و موتور هستند برای بازه­ های زمانی مورد نظر افق به منظور کنترل حرکت پرنده بر روی یک الگوی مشخص و از پیش تعریف شده تولید شده است. از آنجایی­که طبیعتاً برای ایجاد این نیرو و گشتاورهای بهینه باید از سازوکارهای موجود در یک هواپیما استفاده نمود، از یک روش ابداعی، میزان انحراف سطوح کنترلی و نیروی پیشران موتورها با استفاده از کنترل میزان مصرف سوخت به صورتی تعیین می ­شود که نیرو و گشتاور­های مطلوب در روش ترکیبی رگولاتور خطی و افق پیش ­رو ایجاد گردد. در این راستا با بهره­ گیری از الگوریتم هوشمند شبیه­ سازی حرارتی حالت خمیری <span dir="LTR">(MSSA)</span> کاربردی جدید از این موتور جستجوی هوشمند در مسئله عملی کنترل یک هواپیما برای اولین بار مطرح شده است که با در نظر گرفتن خصوصیات ویژه مسئله و قابلیت­ های حالت خمیری الگوریتم ­های پایه شبیه ­سازی حرارتی، می توان سرعت این الگوریتم­ های به ظاهر کند را حتی تا رسیدن به یک کنترل برخط و زمان­ حقیقی بالا برد. در این ایده به کمک روش دینامیک معکوس و حل یک دستگاه معادلات جبری در یک حلقه، فرامین کنترلی بهینه در بازه­ های زمانی متوالی تولید و با اعمال این فرامین به معادلات غیرخطی سامانه، حالت بعدی سامانه تولید می­ گردد. این حلقه مجدداً برای بازه زمانی بعدی تکرار می­ گردد، به صورتی­که هواپیما قادر خواهد بود مسیر مطلوب را دنبال کند. این کنترلر حلقه بسته دارای مقاومت خوبی در مقابل اغتشاشات بوده و قابل اعمال به یک سامانه غیرخطی است. https://www.joae.ir/article_120365_6bc9c407af3e4ff0cc30e926eae2703f.pdf