طراحی یک ردیاب برای یک ماهواره‌بر مبتنی بر خطی‌سازی برخط

نوع مقاله: مقالة‌ تحقیقی‌ (پژوهشی‌)

نویسندگان

1 دانشکدة مهندسی علوم و فنون نوین، دانشگاه تهران

2 - دانشکدة مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه تهران

چکیده

به دلیل حضور برخی ترم‌های غیر خطی در معادلات پرواز یک ماهواره‌بر باید یک راهبرد مناسب و پایدار کنترلی برای غلبه بر این ترم‌ها و در نتیجه، فرایند ردیابی صحیح مسیر بهینۀ رسیدن ماهواره‌بر به مدار مورد نظر را طراحی کرد. در این مقاله، مبانی طراحی یک کنترل‌کننده برای سیستم غیر خطی نوین و ساده با هدف کنترل یک نوع ماهواره‌بر در جهت ردیابی مسیر بهینۀ آن توضیح داده می‌شود. مبنای اساسی این استراتژی، خطی‌سازی برخط معادلات غیر خطی طی پرواز و در نهایت، بازنمایی معادلات سیستم به‌‌صورت ژاکوبین توسعه‌یافته است. نکتۀ مهم این است که  سیستم تنها در برخی نقاط کاری و تعادل خطی‌سازی نمی‌شود و در هر بازۀ نمونه‌برداری، سعی شده است که سیستم معادلات غیر خطی به معادلات خطی تبدیل و سپس، با استفاده از تئوری جای‌دهی قطب‌ها، یک کنترل‌کنندۀ ردیاب مناسب برای سیستم پیشنهاد شود. نتایج طراحی و شبیه‌سازی حاکی از دقت و همگرایی مناسب سیگنال‌های مرجع (سیگنال‌های شامل سرعت و زاویۀ پیچش) و در نتیجه، انجام موفقیت‌آمیز مأموریت است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

A Launch Vehicle Tracker Design Based on On-Line Linearization

نویسندگان [English]

  • A. Madadkar 1
  • A. Kalhor 2
  • A.R. Kosari 1
1 Department of New Sciences and Technologies, Tehran University
2 School of Electrical and Computer Engineering, Tehran University
چکیده [English]

In order to overcome the nonlinear terms in the flight equations of a launch vehicle, an appropriate control strategy has to be designed. In this paper, the fundamentals of designing a simple controller in order to control a typical launch vehicle for tracking the optimum launch vehicle path is presented. The principals of this strategy are based on on-line linearization of the nonlinear equations in each sampling interval during the flight and eventually representing system equations as extended Jacobean equations. It is important to note that equations linearization does not work in some areas and equilibrium points of the system but in each sampling interval is trying the system of nonlinear equations can be transformed into linear equations and then by using the pole placement theory, a good tracking controller proposed for the system. Design and simulation results show good accuracy and proper convergence of the reference signals (speed and pitch angle signals) and eventually, the success of the mission.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Launch vehicle controller
  • On-line linearization
  • Extended jacobean
  • Pole placement theory
  • Pitch program

1] Siouris, G. M., Missile Guidance and Control Systems,
3nd Ed., Springer-Verlag New York, 2003.
[2] Irani Rahaghi, M. and Roshanian, J. “Nonlinear Optimal
Control Techniques Applied to a Launch Vehicle
Autopilot,” Iranian Aerospace Society, Vol. 3, No. 1, 2006,
pp. 43-49.
[3] Clinton E. Plaisted And Leonessa A., “Expanded Launch
Vehicle Adaptive Autopilot Design,”AIAA Guidance,
Navigation and Control Conference and Exhibit, 2008, pp.
18-21.
[4] Ansari, U., Alam, S. and Nabi Jafri, S. M., “Trajectory
Optimization and Adaptive Fuzzy based Launch Vehicle
Attitude Control,” 20th Mediterranean Conference, on
Control & Automation (MED), 2012.
[5] Benoit Clement, Gilles Duc, and Sophie Mauffrey,
“Aerospace Launch Vehicle Control: A Gain Scheduling
Approach,” Control Engineering Practice 13, 2005, pp.333-
347.
[6] Xiheng Zang, and Sh. Tang, “Combined Feedback
Linearization and Sliding Mode Control for Reusable
Launch Vehicle Reentry,”12th International Conference
on Control, Automation, Robotics & Vision, 5-7th Dec.
2012.
[7] Mohanlal, P.P., Kaimal, M.R. and Dasgupta, S., “Exact
Fuzzy Modeling and Optimal Control of a Launch Vehicle
in the Atmospheric Phase,” 7th International Conferenceon
Control, Automation, Robotics & Vision, Vol. 3, 2002, pp.
1275-1280.
[8] Yunjun Xu, Ming Xin, “Nonlinear Stochastic Control for
Space Launch Vehicles,” IEEE Transactions On Aerospace
and Electronic Systems, Vol. 47, No. 1, 2011.
[9] Ansari, U.,and Alam, S., “Hybrid Genetic Algorithm Fuzzy
Rule Based Guidance and Control for Launch
Vehicle,”IEEE Conference Publications, 2011, pp. 178-185.
[10] OuLiuli, Zhao Dangjun, W. Yongji,and L. Lei, “Launch
Vehicle Pitch Control via GPI Observer-Based Sliding
Mode Technique,”IEEE Conference Publications, Control
Conference (CCC), 31st Chinese, 2012, pp. 3166-3170.
[11] Calsson M., Control of Unmanned Aerial Vehicles Using
Non-linear Dynamic Inversion, Master’s Thesis, Linkoping
University, 2002.
[12] Curtis,H. D., Orbital Mechanics for Engineering Students,
3nd Ed., Elsevier Ltd, 2010.
[13] Kalhor,A.,“A Self Tuning Regulator for Nonlinear Time
Varying Control Systems Based on Evolving Linear
Models,” IEEE Evolving adaptive intelligent systems, 2014,
paper 09, 2014.
[14] Kalhor, A., “Potential of Evolving AR and ARX Models in
Signal Recovering,”Evolving Systems, Vol. 7, 2016, pp.
61-72.
[15] Bayani, H., Masouleh, M.T. and Kalhor, A., “An
Experimental Study on the Vision-Based Control and
Identification of Planar Cable-Driven Parallel Robots,”
Robotics and Autonomous Systems, 2016, pp. 187-202.