طراحی سیستم کنترل پهپاد هیل خورشیدی جهت پرواز در لایه ی استراتوسفر

در این مقاله روشهای کنترل ی پهپادهای با ارتفاع پروازی بالا و مداومت پروازی طولانی (HALE) مورد بررسی قرار گرفته است. هدف، طراحی یک روش کنترل ی برای کنترل پرنده با وجود اغتشاشات محیطی و همراه با کمترین میزان مصرف انرژی است تا بیشترین مداومت پروازی حاصل شود. در این راستا پژوهشهای انجام شده در حوزه کنترل این نوع پهپادها مطالعه شده است تا بتوان مناسبترین آنها را باتوجه به عملکرد مورد انتظار از پرنده انتخاب کرد. ارتفاع پروازی این نوع پهپادها حدود ۱۸ تا ۲۲ کیلومتراز سطح دریا و مداومت پروازی آن از چند روز تا چند هفته است. مهمترین چالش این نوع پهپادها ، حفظ پایداری در برابر شرایط جوی مغشوش و مقابله با عدم قطعیتها است که در پروفیل پروازی آن سرعت باد به حدود ۲۰ متر بر ثانیه میرسد. در این پژوهش طراحی مفهومی نوعی پهپاد هیل خورشیدی صورت گرفته و تحلیلهای سازه ای، آیرودینامیکی، و دینامیکی انجام شده است، همچنین بهمنظور بررسی رفتار پرنده در طول پرواز و مطالعه رفتار آن در برابر اغتشاشات، شبیه سازی شش درجه آزادی انجام شده است. با استفاده از روشهای کنترل ی وارون دینامیک غیرخطی و تناسبی-انتگرالی-مشتقی، کنترل ر وضعیت، سرعت و ارتفاع آن طراحی شده است و با مقایسه آنها، کنترل ر مناسبتر انتخاب شده است. نتایج شبیه سازی نشان میدهد که کنترل ر غیرخطی وارون دینامیک در مقایسه با روش کنترل ی خطی تناسبی-انتگرالی-مشتقی از منظر مقاوم بودن در برابر اغتشاشات و عدم قطعیت عملکرد بهتری از خود نشان میدهد.

Keywords:

پهپادهای هیل خورشیدی , استراتوسفر , طراحی مفهومی , تحلیل دینامیکی , کنترل وارون دینامیک , کنترل خطی تناسبی – انتگرالی - مشتقی