مدل سازي چند سطحي پرواز بالگرد بدون سرنشين در محيط شبيه ساز چندسطحي و طراحي كنترلر مقاوم براي تعقيب مسير

Modeling of an Unmanned Rotorcraft in Multi-level Simulator Environment and Robust Controller Design for Trajectory Tracking

با توجه به قابليت هاي متعدد و كاربردهاي روزافزون تجاري و نظامي هليكوپترهاي راديو كنترل، مطالعات فراواني بر روي اين وسايل پرنده بدون سرنشين در حال انجام است. با توجه به سيستم ديناميكي غيرخطي، پيچيده، ناپايدار و كوپل شده و همچنين محدوديت هاي موجود در كنترل و هدايت دستي، توانايي كنترل خودكار اين وسايل از اهميت بالايي برخوردار است. در اين مقاله ضمن بررسي روش هاي مختلف مدلسازي ديناميكي هليكوپترهاي بدون سرنشين، يك محيط شبيه ساز چندسطحي براي تحليل عملكرد پرواز و بررسي اثرات پارامترهاي مختلف، طراحي و پياده سازي شده است. اهميت و نوآوري اصلي شبيه ساز ايجاد شده، امكان شبيه سازي ديناميكي پرواز هليكوپتر با استفاده از تئوري هاي مختلف براي كاربردهايي نظير طراحي سيستم كنترلي، بررسي عملكرد آن و شبيه سازي واقعي پرواز است. تفاوت اصلي مدلسازي هاي مختلف در تئوري و فرضيات به كار رفته در مدلسازي مجموعه روتور و ديناميك فلپينگ آن مي باشد. براي هر سطح، طراحي فيلتر كالمن و سيستم كنترلي انجام گرفته و نتايج اوليه نشان دهنده عملكرد قابل قبول تخمين گر و كنترلر است. با توجه به چندسطحي بودن شبيه ساز و پيچيدگي بيشتر رفتار واقعي هليكوپتر بدون سرنشين نسبت به مدل سازي هاي انجام شده، مي توان از اين شبيه ساز به عنوان راه حل بهتر براي مرحله مقدماتي قبل از انجام تست هاي پرواز واقعي بهره برد.

According to numerous capabilities and increasingly military and commercial applications of radio controlled helicopters, many investigations are being performed on these unmanned aircraft vehicles. Due to nonlinear, complex, unstable and coupled dynamic system and also existing limitations on manual control, the ability of automatic control of these vehicles has gained great importance. In this paper, in addition to investigating different methods of unmanned helicopters dynamic modeling, a multi-level simulator environment has been designed and implemented for flight performance analysis and effects of different parameters have been investigated. The main importance and innovation of present simulator is in the realm of possibility of dynamic flight simulation of helicopter using different theories for applications like control system design, performance analysis and real flight simulation. The main difference of the utilized methods is in theories and assumptions applied in main rotor and its flapping dynamics modeling. For each level, Kalman filter and control system design have been performed and preliminary results show the acceptable performance of estimator and controller systems. Considering the complexity of real unmanned helicopter behavior compared to previously performed models, the proposed multi-level simulator can be used as an appropriate tool for the first step before real flight tests.