طراحی یک خلبان خودکار برای یک بالگرد بدون سرنشین با هدف گذر از نقاط معلوم به همراه آزمایش سخت افزار در حلقه
چکیده
در پروژه حاضر مسیله مورد توجه، خودکارسازی بالگرد بدون سرنشین با هدف گذر از نقاط راه از پیش تعیین شده ( waypoint navigation) بوده است. به این منظور در بخش اول با تعریف یک ماموریت شناسایی هوایی نوعی، قیود و شرایط مسیله تبیین گردیده و بر این اساس روند انجام پروژه در چهار بخش اصلی (به جز بخش اول که به وصف مسیله اختصاص دارد) شامل مدلسازی، کنترل و مشاهده، هدایت و تست های زمینی اولیه ارایه شده است. جدا از بخش اول در بخش دوم پس از شناسایی بالگرد رادیو کنترل sceadu، یک مدل غیرخطی شامل دینامیک بالزنی مرتبه دوم برای روتور منعطف فاقد لولا و دینامیک سروموتور، تدوین گردیده و با انجام محاسبات تریم دو مدل خطی دقیق و تقریبی، از آن استخراج گردیده است. با افزودن موارد تکمیلی مانند مدل جاذبه، مدل غیرخطی با استفاده از matlab و c++ پیاده سازی شده و نهایتاً یک شبیه ساز زمان واقعی با قابلیت های سخت افزاری حاصل گردیده است. در ادامه در بخش سوم دو کنترل گر یکی مبنتی بر کنترل بهینه مرتبه دوم (lq) و دیگری بر اساس کنترل pid طراحی و شبیه سازی غیرخطی شده و به جهت تشکیل پسخور بر اساس سنسورهای موجود (imu ساخته شده در پروژه حاضر و gps)، روند طراحی الگوریتم ترکیب داده حسگرها (sensor fusion) و مشاهده گر حالت ارایه گردیده است. در بخش چهارم یک الگوریتم هدایت ترکیبی غیرخطی برای تعقیب مسیر گذرنده از نقاط راه تدوین شده که به صورت حلقه خارجی فرامین لازم را جهت تعقیب مسیر به سیستم کنترل دیکته می کند. این الگوریتم با استفاده از دو روش میدان برداری و کنترل غیرخطی sdre ایجاد شده و بالگرد رادیو کنترل را قادر می سازد که حتی در حضور باد، مسیر گذرنده از نقاط راه را با کیفیت مناسب تعقیب نماید. نهایتاً برای حصول اطمینان از قابلیت پیاده سازی سیستم خلبان خودکار طراحی شده، پس از طراحی و ساخت سیستم سخت افزاری، شامل imu و بردهای کنترل و هدایت، یک سری تست های زمینی شامل آزمایش سخت افزار در حلقه ترتیب داده شده که نتایج آن کاملاً رضایت بخش بوده است.