طراحی و شبیه سازی اتوپایلوت uav مبتنی بر کنترلر fuzzy_pid خود تطبیق

در طراحی خلبان خودکار هواپیماهای بدون سرنشین (uav) ، یک مشکل مهم و اساسی نتایج حاصل از نامعینی ها در مشتقات پایداری و ضرایب آیرودینامیکی است. با این شرایط کنترلر نباید نسبت به تغییرات مداوم این ضرایب در طول مدت زمان پرواز حساس باشد. چرا که با تغییر سرعت هواپیما نیروها وگشتاورهای آیرودینامیکی تغییر کرده که منجر به یک دینامیک متغیر با زمان شده و معادلات حرکت حاکم بر رفتار هواپیما را غیر خطی و متغیر با زمان می نمایند. همچنین سیستم خلبان خودکار برای فازهایی از پرواز نظیر پرتاب، مانورهای سریع در سرعت های بالا، تغییر ارتفاع و همچنین نشست وبرخاست اتوماتیک ضروری می باشد. نامعینی نسبت به ضرایب آیرودینامیکی ، غیرخطی بودن دینامیک و حذف نکردن اثرات کوپلینگ ( دینامیک های مدل نشده ) موجب پیچیدگی طراحی خلبان خودکار میگردد. هدف طراحی کنترل کننده ای است که علاوه بر تامین پایداری مدل، قابلیت مقاوم سازی مدل در برابر اختلال باد و نامعینی های موجود را دارا بوده و از عملکرد مطلوبی برخوردار باشد. به همین منظور در این پروژه از یک سیستم کنترلر دو سطحی استفاده شده که در سطح اول یک کنترل کننده pid برمبنای مدل ریاضی uav و خطی سازی آن حول یک نقطه کار (بر اساس حلقه های داخلی – خارجی) طراحی و با مدل غیر خطی هواپیما تطبیق داده شده است و سطح دوم شامل سیستم های کنترل فازی نظارتی خود تطبیق است که بر عملکرد کنترل کننده pid نظارت داشته و در صورت لزوم آنرا تصحیح می کند. با این سیستم کنترلی دوسطحی برای کنترل دو محور طولی و عرضی هواپیمای بدون سرنشین، سعی شده تا مشکلات ایجاد شده در کنترل کلاسیک رفع شود و ضرایب بهره های pid به صورت خود تنظیم، بلادرنگ اصلاح شود. با این روش علاوه بر دست یابی به مشخصه های پاسخ زمانی بهتر برای محدوه ی وسیعی از فرمان ها، مقاومت در برابر نامعینی های پارامتری و دینامیک های مدل نشده (که به دلیل پیچید گی ها و هزینه های موجود در صنعت هوافضا، همیشه به همراه مدلسازی ها هستند) و همچنین ردیابی مطلوب فرمان ها، محقق شده است. پیاده سازی روش مزبور نیز نسبت به روشهای دیگر کم هزینه تر، ساده تر و محاسبات ریاضی آن نیز از عدم پیچیدگی برخوردار است. نتایج حاصل از شبیه سازی با استفاده از معادلات حرکت شش درجه آزادی و مدل غیر خطی هواپیما حاکی از برتری کنترل کننده طراحی شده به روش fuzzy_pid می باشد. این برتری با شبیه سازی پاسخ هواپیما در حضور نامعینی ها نمایان تر می شود به طوری که در مد های مختلف پروازی به ضرایب کنترلی خوبی رسیده و پاسخ گذرا تا حد قابل قبول و مطلوب بهبود یافته است. بنابراین استفاده از راهکارهای کنترلی پیشرفته شامل روش های کنترل خطی و غیرخطی نظیر یک سیستم کنترل دو سطحی، پیشنهاد شده است.