بهینه‌سازی یک سیستم کنترل وضعیت با جت عکس‌العملی با استفاده از الگوریتم ممتیک تطبیقی چند‌منظوره

در این مقاله بهینه‌سازی سیستم کنترل وضعیت یک وسیله پرنده خاص مورد بررسی قرار گرفته است. پرتاب این وسیله پرنده به‌صورت عمودی است و اندکی پس از پرتاب، توسط یک سیستم کنترل وضعیت از نوع جت عکس‌العملی وضعیت زاویه‌ای آن به وضعیت مورد نیاز تغییر می‌کند. در بخش ابتدایی این مقاله فرآیند طراحی سیستم کنترل وضعیت این وسیله، که شامل طراحی اجزای سیستم کنترل و نیز طراحی حلقه‌های کنترلی می‌باشد، تدوین شده است. بدین منظور پارامترهای هر یک از زیرسیستم‌ها به سه دسته پارامترهای پیش‌فرض، پارامترهای مستقل طراحی و پارامترهای وابسته تقسیم شده‌اند و روابط حاکم بین آنها تدوین شده است. وابستگی موجود بین پارامترهای زیرسیستم‌های مختلف موجب می‌شود که برخی از پارامترهای محاسبه شده در یک زیرسیستم، پارامترهای ورودی زیرسیستم دیگر باشند. به‌همین دلیل لازم بوده است که ترتیب انجام محاسبات زیرسیستم‌ها نیز تدوین شود. در این وسیله پرنده دستیابی به کمترین زمان چرخش از وضعیت قائم به وضعیت مطلوب ضروری است. زیرا اتمام فاز کنترل وضعیت پیش‌نیاز شروع فاز هدایت وسیله است. از طرفی در طراحی سیستم کنترل وضعیت ملاحظاتی از قبیل دینامیک عملگر وجود دارد که محدودیت‌هایی را در دست‌یابی به این هدف بوجود می‌آورد. به‌عبارت دیگر باید بین ماموریت خواسته شده برای وسیله پرنده و محدودیت‌های سیستمی مصالحه برقرار شود. به این منظور از رویکرد بهینه‌سازی چندمنظوره برای برآورده‌کردن همزمان همه اهداف و ارضای همه قیود طراحی استفاده شده است. در این مقاله مسئله طراحی سیستم کنترل وضعیت به‌صورت یک مسئله بهینه‌سازی با 14 پارامتر مجهول طراحی و 13 قید سیستمی مدل شده و از الگوریتم ممتیک تطبیقی چندمنظوره برای حل آن و دستیابی به طرح بهینه‌ای، که با درنظر گرفتن قیود همه اهداف را تا حد مناسبی برآورده می‌کند، استفاده شده است. دستیابی به کمترین زمان برخاست، کمترین درصد فراجهش و استفاده از عملگر با کمترین پهنای باند ممکن به‌عنوان اهداف طراحی در نظر گرفته شده‌اند. بهینه‌سازی همزمان پارامترهای طراحی بر اساس نتایج بدست‌آمده از شبیه‌سازی پرواز شش‌درجه‌آزادی غیرخطی و با درنظرگرفتن محدودیت اشباع سیگنال کنترلی انجام شده است. در نهایت نتایج شبیه‌سازی پرواز طراحی بهینه سیستم کنترل وضعیت با طراحی کلاسیک مبتنی بر سعی و خطا مقایسه شده است.