طراحی سیستم کنترل پرواز تطبیقی غیرخطی برای موشک
چکیده
عملکرد سیستمهای هوافضا از قبیل هواپیماها، فضاپیماها و موشکها، وابستگی خیلی زیادی به قابلیتهای هدایت، ناوبری و سیستمهای کنترل دارد لذا جهت نایل شدن به عملکرد بهبود یافته چنین سیستمهایی، لازم است که سیستمهای کنترل خبره و ماهر، به کار گرفته شوند. به ویژه چنانکه پوشه عملکرد بسط داده شود، جهت فراهم کردن عملکرد بر روی گستره وسیع در مواجهه با نامعینی ها یا شرایط عملیاتی تغییرپذیر، طرحهای کنترلی بایستی تطبیقی و غیر خطی باشند. عملکردهای تعقیب و رهگیری یک موشک، وابسته به چگونگی قرارگیری موشک در داخل پوشه پرواز است که با عواملی از قبیل عدد ماخ و فشار دینامیکی تغییر پیدا می کند. روشهای متعدد شامل کنترل تطبیقی، کنترل غیر خطی، و جدول بندی بهره، جهت کم کردن این مسائل و مشکلات رهگیری مورد استفاده قرار گرفته شده اند. در حالیکه روش جدول بندی بهره به طور مفهومی ساده و موفقیت آمیز شده است، این روش به طور مجازی هیچ تضمین پایداری در دوره های انتقالی مابین نقاط عملیاتی ندارد و بر این واقعیت تاکید دارد که بایستی متغیر های جدول بندی به طور آرام تغییر کنند. با توجه به اینکه نیازهای عملکردی از سیستمهای موشکی مدرن، بالا گرفته است فلذا جایگزینهای کنترلگرهای خطی از اهمیت عملی فزاینده ای بر خوردار می باشند. خطی سازی فیدبک، یک روش معمول قابل استفاده در کاربردهای کنترل غیر خطی است. وارونه سازی مدل دینامیکی، در واقع روش خطی سازی فیدبک به کار گرفته شده جهت طراحی اتوپایلوت موشک است که به کارگیری آن در هواپیماها و موشکها خیلی موثر است. عیب اصلی وارونه سازی مدل دینامیکی، نیازمند نیروی غیر خطی دستگاه گیرنده و مدلهای لحظه ای (ممان) است که بایستی بلادرنگ وارون پذیر باشند، که این دلالت بر شناخت جزء به جزء دینامیکهای فرایند است که منجر به محاسبات خیلی وسیع می گردد. همچنین به طور کلی وارونه سازی مدل دینامیکی، حساس به خطاهای مدلسازی است. جهت رفع این مشکل، کاربرد کنترل تطبیقی و مقاوم می تواند این حساسیت را کم کند اما نیازمند شناخت جزء به جزء غیر خطی ها است. هدف اصلی از این پژوهش، بررسی مزایای طراحی سیستم کنترل پرواز تطبیقی غیرخطی با استفاده از روش گام به عقب تطبیقی برای موشک می باشد که این روش در واقع حالت غیر خطی از روش سیستمهای تطبیقی مدل مرجع با استفاده از نظریه پایداری لیاپانوف است. در این پژوهش با استفاده از روش گام به عقب تطبیقی، اتوپایلوت موشکی را طراحی می کنیم که معادلات غیر خطی آن در مدل دینامیکی طولی بدست آمده اند. ایده کلیدی این روش، به دست آوردن معادله خطا و ایجاد یک قانون کنترل و قانون تنظیم پارامترها به گونه ای است که حالت معادله خطا به سمت صفر برود. شبیه سازی انجام گرفته توسط نرم افزار مطلب، نمایانگر عملکرد بهتر در رهگیری زاویه حمله مطلوب و نیز سریعتر بودن پاسخ شبیه سازیها در این روش نسبت به دو روش کنترلی خطی سازی با پسخور و جدول بندی بهره است، ضمنا ماکزیمم مقدار سیگنال کنترلی برای رهگیری زاویه حمله مطلوب در روش گام به عقب تطبیقی نسبت به دو روش کنترلی دیگر کمتر است. در پایان، با در نظر گرفتن تغییرات بیست درصدی برای پارامترها، نتایج شبیه سازی گویای مقاوم بودن عملکرد روش کنترلی گام به عقب تطبیقی در رهگیری زاویه حمله مطلوب و نیز بهتر بودن سرعت پاسخ شبیه سازی نسبت به روش خطی سازی با پسخور است.