طراحی کنترل تطبیقی و پیش بین برای پهپاد عمودپرواز با سه موتور چرخان با به کارگیری مدل سازی چندجسمی

در این پژوهش، پهپاد با سه موتور الکتریکی چرخان، مورد بررسی قرار گرفته است. هدف این پژوهش ارائه مدل جامع از دینامیک حرکت این پهپاد، شبیه سازی یازده درجه آزادی در شش فاز پروازی (فازهای پرواز ایستا، نشست، برخاست، روبه جلو، گذار و کروز) و دستیابی به کنترل پرنده برای رسیدن به بهینه ترین شرایط پروازی است. در این راستا ابتدا معادلات حرکت پرنده بر مبنای مدل سازی چند جسمی (پرنده، سه موتور الکتریکی) به منظور در نظر گرفتن اثرات ژیروسکوپی موتورها بر دینامیک پهپاد، در فرم تنسوری استخراج و برای شبیه سازی در دستگاه های مختصات موجود بسط داده شدند. نیروها و گشتاورهای آئرودینامیکی و رانشی پرنده، بسته به اینکه پهپاد در کدام فاز حرکتی قرار دارد به صورت جداگانه تعیین شد. برای تعیین نیروها و گشتاورهای رانشی موتورها، در فازهای ایستا، نشست، برخاست و روبه جلو از تئوری های مومنتم المانی پره بالگرد استفاده شده است. به دنبال آن ابتدا به کمک کنترلر برای هر کانال، شرایط تریم پرنده استخراج و سپس در راستای خطی سازی، به روش تحلیلی، ماتریس دینامیک و کنترل پرنده استخراج شد. این مدل استخراج شده، دقت کافی برای استفاده به عنوان مدل خطی در طراحی کنترلرهای پیش بین خطی و تطبیقی مدل مرجع را داشت. عملکرد کنترلر پیش بین خطی، برای فاز برخاست، با دور شدن از مدل خطی افت می کند اما کنترل تطبیقی مدل مرجع با وجود نامعینی، عملکرد بهتری را از خود نشان داد.

Keywords:

Tri-Tilt Rotor , Multi-Body Modeling , Blade Element Momentum Theory , Adaptive Control , Model Predictive Control , سه موتور چرخان , مدل سازی چندجسمی , تئوری مومنتم المانی پره (BEMT) , کنترل تطبیقی , کنترل پیش بین