نشریه علمی پژوهشی مهندسی هوانوردی

نشریه علمی پژوهشی مهندسی هوانوردی

طراحی سیستم کنترل غیرخطی پهپاد دوپیکره

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
امیر عزیزی
یوسف عباسی
سید حسین ساداتی
دانشگاه صنعتی مالک اشتر، مجتمع دانشگاهی هوافضا
10.22034/joae.2024.427425.1207
چکیده
در این مقاله به مدل‌سازی، آنالیز حلقه‌باز و طراحی سیستم کنترل متمرکز با قانون کنترل غیرخطی پهپاد دوپیکره پرداخته شده است. در پیکربندی دوپیکره، دو پرنده کاملا همسان با استفاده از اتصال یک درجه آزادی حول محور بدنی طولی(لولا در نوک بال‌ها) به یکدیگر متصل هستند. دینامیک شش‌درجه آزادی پهپاد دوپیکره با استفاده از روش نیوتن-اویلر مدل‌سازی گردید. تغییرات رفتار پرنده دوپیکره در شکل مدهای مختلف نیز مورد بررسی قرار گرفته است. با اینکه معادلات حاکم بر پرواز پهپاد دوپیکره کاملا غیرخطی و کوپل هستند، قوانین کنترل غیرخطی برای کنترل پرواز پهپاد چندپیکره در مقالات این حوزه یافت نشده است. همچنین سیستم کنترل توسعه داده شده توسط تیم‌های مختلف، فقط به صورت نامتمرکز بوده که باعث افزایش هزینه سیستم کنترل می‌شود. در تحقیق حاضر، سیستم کنترل متمرکز با قانون کنترل غیرخطی، پیشنهاد می‌شود که مشکلات ذکر شده را حل نماید. نتایج شبیه‌سازی عددی نشان می‌دهد که سیستم کنترل غیرخطی دارای عملکرد بهتری نسبت به کنترل خطی بوده و نمودارهای پاسخ زمانی بسیار هموار و بدون فراجهش هستند. فرامین زوایای انحراف سطوح کنترل و تراست نیز محدود و منطقی هستند.
کلیدواژه‌ها
پهپاد چندپیکره
مدل‌سازی
آنالیز پایداری
کنترل غیرخطی

موضوعات

  1. André NOTH. Design of Solar Powered Airplanes for Continuous Flight. PhD Theses, ETH Zürich, 2008.
  2. Hasan, Yasim J., et al. "Flight mechanical analysis of a solar-powered high-altitude platform." CEAS Aeronautical Journal 14.1 (2023): 201-223.
  3. Lockett, Brian. Flying aircraft carriers of the USAF: wing tip coupling. Lulu. com, 2009.
  4. Samantha A. Magill. Compound Aircraft Transport Study: Wingtip-Docking Compared to Formation Flight. PhD Theses, Virginia Polytechnic Institute and State University, 2012.
  5. Behrens, Alexander, et al. "Investigation of the aerodynamic interaction between two wings in a parallel flight with close lateral proximity." CEAS Aeronautical Journal 11.2 (2020): 553-563.
  6. Montalvo, Carlos, and Mark Costello. "Meta aircraft flight dynamics." Journal of Aircraft 52.1 (2015): 107-115.
  7. Troub, Brandon, and Carlos J. Montalvo. "Meta aircraft controllability." AIAA Atmospheric Flight Mechanics Conference. 2016.
  8. Alexander, K., and L. Robert. "Flight path control for a multi-body HALE aircraft." 4th CEAS Specialist Conference on Guidance, Navigation & Control. 2017.
  9. Alexander, K., et al. "Closed-loop flight tests with an unmanned experimental multi-body aircraft." 17th International Forum on Aeroelasticity and Structural Dynamics, Como, Italy. 2017.
  10. Cooper, John R., and Paul M. Rothhaar. "Dynamics and control of in-flight wing tip docking." Journal of Guidance, Control, and Dynamics 41.11 (2018): 2327-2337.
  11. Wu, Mingjian, et al. "Energy optimization and investigation for Z-shaped sun-tracking morphing-wing solar-powered UAV." Aerospace Science and Technology 91 (2019): 1-11.
  12. Chao, An, et al. "Flight mechanical analysis and test of unmanned multi-body aircraft." (2019).
  13. Quinlan, Jesse, et al. "Technical Challenges Associated with In-Air Wingtip Docking of Aircraft in Forward Flight." AIAA Scitech 2019 Forum. 2019.
  14. Liu, Dongxu, et al. "Modeling, Simulation, and Cruise Characteristics of Wingtip-Jointed Composite Aircraft." Applied Sciences 10.23 (2020): 8763.
  15. Wu, Mingjian, et al. "Effect of wingtip connection on the energy and flight endurance performance of solar aircraft." Aerospace Science and Technology 108 (2021): 106404.
  16. Meng, Yang, et al. "Conceptual design and flight test of two wingtip-docked multi-body aircraft." Chinese Journal of Aeronautics, (2022), 35(12): 144–155.
  17. Zhu, Entong, et al. "Modal Analysis and Flight Validation of Compound Multi-Body Aircraft." Aerospace 2023, 10, 442.
  18. Stengel, Robert F. Flight dynamics. Princeton University Press, 2022.
  19. Khalil, Hassan K. Nonlinear control. Vol. 406. New York: Pearson, 2015.
نشریه علمی پژوهشی مهندسی هوانوردی
دوره 26، شماره 1
مرداد 1403
صفحه 149-160

  • تاریخ دریافت 07 آذر 1402
  • تاریخ بازنگری 17 بهمن 1402
  • تاریخ پذیرش 25 اردیبهشت 1403