كنترل ﺗﺮﮐﯿﺒﯽ ﭘﺮﻧﺪە‌ﻫﺎﯼ ﺑﺪﻭﻥ ﺳﺮﻧﺸﯿﻦ ﺳﯿﺴﺘﻢ دوگانه

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي برق

كارشناسي ارشد

در اين پژوهش كنترل تركيبي پرنده‌هاي بدون سرنشين سيستم دوگانه انجام شده است. از‌ آن‌جايي‌كه پرنده‌هاي بدون سرنشين نيازي به خلبان ندارند، در مأموريت‌هاي مختلفي كه انسان‌ها قادر به انجام آن نيستند، كاربردي هستند. اين پرنده‌ها به سه دسته اصلي بال‌ثابت، بال‌چرخان و تركيبي تقسيم مي‌شوند. پرنده‌هاي بال‌ثابت نسبت به پرنده‌هاي بال‌چرخان داراي مداومت پروازي و سرعت بالاتر، مصرف انرژي كم‌‌تر، توانايي حمل بار بيش‌تر و پرواز در ارتفاعات بالاتر هستند. اين پرنده‌ها برخلاف پرنده‌هاي بال‌چرخان توانايي پرواز در حالت شناور را نداشته و نشست و برخاست آن‌ها به صورت افقي است؛ بنابراين نيازمند باند پرواز و دانش پروازي بيش‌تري هستند. پرنده‌هاي تركيبي حاصل تركيب اين دو ساختار هستند. اين پرنده‌ها نسبت به پرنده‌هاي بال‌چرخان داراي مصرف انرژي كم‌تر و در نتيجه مداومت پروازي بالاتر، توانايي حمل بار بهتر و پرواز با سرعت بالا هستند و برخلاف پرنده‌هاي بال‌ثابت توانايي پرواز در حالت شناور را داشته و نشست و برخاست آن‌ها به صورت عمودي است. اين قابليت، آن‌ها را براي انجام مأموريت‌هاي متفاوتي آماده مي‌سازد كه پرنده‌هاي بال‌ثابت و بال‌چرخان به تنهايي قادر به انجام آن نيستند. به عنوان مثال در مأموريتي كه لازم است تا پرنده محموله‌اي را در يك محيط شهري تحويل گرفته و در مسافتي بسيار دورتر تحويل دهد، نيازمند مداومت پروازي بالاي پرنده بال‌ثابت و توانايي نشست و برخاست عمودي پرنده بال‌چرخان جهت استفاده در محيط شهري است. پرنده‌هاي تركيبي، خود به چهار دسته دم‌نشين، كج‌دم، كج پروانه و سيستم دوگانه تقسيم مي‌شوند. پرنده‌هاي سيستم دوگانه نسبت به ديگر ساختارها داراي مزايايي هستند كه به آن‌ها برتري مي‌بخشد؛ از جمله اينكه تعميرات پيشرانه‌هاي آن‌ها ساده‌تر، موتورهاي كوچك‌تر با نويز و صداي كم‌تر و به لحاظ ايمني، قابليت اطمينان و افزونگي داراي برتري هستند؛ بنابراين به عنوان ساختار برگزيده در اين پژوهش انتخاب شده‌اند. جهت بررسي و كنترل اين ساختار، ابتدا مدلي براي اين پرنده بيان شده است. مدل‌سازي مي‌تواند به دو صورت مجزا و يكپارچه انجام شود كه مدل‌سازي يكپارچه داراي مزاياي متعددي است؛ از جمله اينكه مدل‌سازي يكپارچه كوپلينگ‌هاي موجود را به خوبي مدل مي‌كند و ديناميك غني پرنده را از بين نمي‌برد. همچنين به كمك اين مدل مي‌توان از هر دو پيشرانه جهت انجام مأموريت‌هاي خاص و يا ادامه مأموريت در هنگام وقوع عيب در پيشرانه‌ها يا سطوح آيروديناميكي پرنده استفاده نمود. در گام بعد از مدل‌سازي، موتورهاي پيشران و بالابر مطابق مشخصات پرنده از ميان موتورهاي موجود انتخاب شده‌ و پارامترهاي آن‌ها جهت استفاده در مدل‌سازي و نزديك شدن به واقعيت، استخراج شده است. با تكميل مدل پرنده، استراتژي‌هاي كنترلي و ساختار كنترل‌كننده براي پرواز عمودي و افقي مطرح شده است. اين ساختار پرنده براي حالت گذار از پرواز عمودي به افقي و بالعكس چالش‌هايي دارد. در اين پژوهش، با استفاده از تخصيص مناسب ميان دو حالت پرواز عمودي و افقي، تركيب دو كنترل‌كننده و انتخاب استراتژي مناسب، گذار از پرواز عمودي به افقي و گذار پيچيده‌تر يعني تبديل پرواز افقي به عمودي جهت فرود به نرمي صورت گرفته است. پرنده در حالت پرواز مستقيم داراي مودهاي ديناميكي مختلفي است كه هركدام بر پايداري و رفتار پرنده تأثير دارند؛ بنابراين لازم است تا با بستن حلقه مناسب و استفاده از عملگر مخصوص به خود كنترل شوند. براي دستيابي به كنترل‌كننده مطلوب استانداردهايي جهت كيفيت پروازي وجود دارد كه در هركدام از مراحل طراحي، كنترل‌كننده لازم است تا مورد تأييد اين استاندارد قرار گيرد. در نهايت مدل يكپارچه و كنترل‌كننده تركيبي براي يك پرواز كامل شامل برخاست عمودي، گذار اول و ورود به پرواز افقي، انجام مانور گردش متقارن و گردش با افزايش ارتفاع، گردش با تركيب دو پيشرانه به عنوان مزيت ساختار، گذار دوم و ورود مجدد به پرواز عمودي و فرود عمودي شبيه‌سازي و بررسي شده است.

219484

كنترل

مهندسي برق و كامپيوتر

دانشگاه صنعتي اصفهان