سامانه ‏های غیرخطی در مهندسی برق

سامانه ‏های غیرخطی در مهندسی برق

طراحی سیستم فرود خودکار هواپیمای بدون سرنشین بال-ثابت با استفاده از الگوریتم برگشت به عقب و کنترل مود لغزشی بر مبنای رویتگر اغتشاش

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
دانشگاه آزاد واحد علوم و تحقیقات، تهران
چکیده
کنترل هواپیمای بدون سرنشین به علت وزن سبک و تزویج قوی بین حرکت طولی و حرکت جانبی یک مساله دشوار به حساب می‌آید. با توجه به این مساله، در این مقاله یک سیستم فرود خودکار برای یک هواپیمای بدون سرنشین بال-ثابت در معرض اغتشاش باد و عدم‌­قطعیت پارامتری با استفاده از الگوریتم برگشت به عقب و مود لغزشی بر مبنای رویتگر اغتشاش طراحی شده است. دو کنترل‌کننده بر مبنای الگوریتم برگشت به عقب و مود لغزشی برای پایدارسازی زاویه‌های وضعیتی طراحی شده است. کنترل‌کننده مربوط به سرعت طولی از تکنیک مود لغزشی بهره می‌برد تا سرعت کل نسبت به زمین را در تمام فازهای فرود در مقدار ثابت مطلوب حفظ کند. برای تخمین اغتشاش حاصل از باد و عدم قطعیت پارامتری، یک رویتگر اغتشاش غیرخطی در ساختار کنترل‌کننده مود لغزشی در نظر گرفته شده است. سیستم فرود خودکار مقاوم جدید، در محیط نرم‌افزاری پیاده‌سازی و عملکرد آن توسط چندین شبیه‌سازی عددی بررسی شد؛ انحراف جانبی نسبت به باند فرود حذف می‌شود در حالیکه هواپیمای بدون سرنشین، زاویه شیب مسیر را در تمام فازهای فرود در مقدار مطلوب حفظ می‌کند. بنابراین، نتایج شبیه‌سازی­‌های عددی اثبات می‌کند که ساختار کنترلی جدید با توجه به شرایط اولیه مختلف، انواع مختلف اغتشاش باد (قیچی باد و تندباد گسسته) و عدم­‌قطعیت پارامتری پایدار و مقاوم است.
کلیدواژه‌ها

]1[ F. Santoso, M.A. Garratt & S.G. Anavatti, "State-of-the-Art Intelligent Flight Control Systems in
Unmanned Aerial Vehicles," IEEE Transactions on Automation Science and Engineering, vol. 15,
no. 2, pp. 613-627, 2018 .
]2[ M. Lungu & R. Lungu, "Application Of H2/H∞ Technique To Aircraft Landing Control," asian
journal of control, vol. 17, no. 6, pp. 2153-2164, 2015 .
]3[ M. Liu, G.K. Egan & F. Santoso, "Modeling, Autopilot Design, and Field Tuning of a UAV With
Minimum Control Surfaces," IEEE Transactions on Control Systems Technology, vol. 23, no. 6,
pp. 2353-2360, 2015 .
]4[ M. Lungu, "Backstepping and dynamic inversion combined controller for auto-landing of fixed
wing UAVs," Aerospace Science and Technology, vol. 96, 2020, 105526 .
M. Lungu, "Auto-landing of UAVs with variable centre of mass using the backstepping and
dynamic inversion control," Aerospace Science and Technology, vol. 103, p. 105912, 2020 .
]6[ J.A. de Bonfim Gripp & U.P. Sampaio, "Automatic landing of a UAV using Model Predictive
Control for the surveillance of internal autopilot's controls," in International Conference on
Unmanned Aircraft Systems (ICUAS), Orlando, FL, USA, 2014 .
]7[ S. Mathisen, K. Gryte, S. Gros, and T. A. Johansen , "Precision Deep-Stall Landing of Fixed-Wing
UAVs Using Nonlinear Model Predictive Control," Journal of Intelligent & Robotic Systems, vol.
101, 2021 .
]8[ M. Lungu, "Auto-landing of fixed wing unmanned aerial vehicles using the backstepping control,"
ISA Transactions, vol. 95, pp. 194-210, 2019 .
]9[ Z. Zhen, G. Tao, C. Yu & Y. Xue, "A multivariable adaptive control scheme for automatic carrier
landing of UAV," Aerospace Science and Technology, vol. 92, pp. 714-721, 2019 .
]10[ M. Lungu, "Backstepping and dynamic inversion control techniques for automatic landing of fixed
wing unmanned aerial vehicles," Aerospace Science and Technology, vol. 120, 2022, 107261 .
]11[ Zhonghua Wu, and et. al, "Composite prescribed performance control of small unmanned aerial
vehicles using modified nonlinear disturbance observer," ISA Transactions, vol. 116, pp. 30-45,
2021 .
]12[ A.R. Babaei, M.Mortazavi & M.H. Moradi, "Classical and fuzzy-genetic autopilot design for
unmanned aerial vehicles," Applied Soft Computing, vol. 11, no. 1, pp. 365-372, 2011 .
]13[ S. Li, Y. Wang, J. Tan & Y. Zheng, "Adaptive RBFNNs/integral sliding mode control for a
quadrotor aircraft," Neurocomputing, vol. 216, pp. 126-134, 2016 .
]14[ J. Arantes, M. Arantes, C. Toledo & B. Williams, "A Multi-population Genetic Algorithm for
UAV Path Re-planning under Critical Situation," in IEEE 27th International Conference on Tools
with Artificial Intelligence (ICTAI), Vietri sul Mare, Italy, 2015 .
]15[ P. Ambati & R. Padhi, "A Neuro-Adaptive Augmented Dynamic Inversion Design for Robust
Auto-Landing," IFAC Proceedings Volumes, vol. 47, no. 3, pp. 12202-12207, 2014 .
]16[ Z. Guan, Y. Ma, Z. Zheng & N. Guo, "Prescribed performance control for automatic carrier landing
with disturbance," Nonlinear Dynamics, vol. 94, p. 1335–1349, 2018 .
]17[ C. Wang, B. Song, P. Huang & C. Tang, "Trajectory Tracking Control for Quadrotor Robot Subject
to Payload Variation and Wind Gust Disturbance," Journal of Intelligent & Robotic Systems, vol.
83, p. 315–333, 2016 .
]18[ P.R. Ambati, and R. Padhi, "Robust auto-landing of fixed-wing UAVs using neuro-adaptive
design," Control Engineering Practice, vol. 60, pp. 218-232, 2017 .
]19[ S.A Emami, and et. al., "Disturbance observer-based adaptive neural guidance and control of an
aircraft using composite learning," Control Engineering Practice, vol. 134, 2023, 105463 .
]20[ R.W. Beard and T.W. McLain, Small Unmanned Aircraft Theory and Practice, Princeton, New
Jersey: Princeton University Press, 2012 .
]21[ H. An, J. Liu, C. Wang, and L. Wu, "Approximate Back-Stepping Fault-Tolerant Control of the
Flexible Air-Breathing Hypersonic Vehicle," IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, vol. 21,
no. 3, pp. 1680 - 1691, 2016 .
]22[ W. Chen and L. Guo, "Analysis of disturbance observer based control for nonlinear systems under
disturbances with bounded variation," in Proceedings of International Conference on Control, Bath,
England, 2004 .

  • تاریخ دریافت 22 تیر 1404
  • تاریخ اولین انتشار 22 تیر 1404
  • تاریخ انتشار 01 مهر 1401