شبيه سازي و بهينه سازي سامانه هدايت و ناوبري تلفيقي در هواپيماهاي كوچك

Simulation and Optimization of Integrated Guidance and Control System in Small Aircrafts

يكي از دغدغه هاي هميشگي موجود در سيستم هاي هدايت و ناوبري تك بعدي بودن اين سيستم ها مي باشد. ناوبري بر پايه يك سيستم بسيار نا امن بوده و احتمال خطا بسيار بالا خواهد بود. لذا داشتن يك سيستم كمك ناوبري يا استفاده از دو سنسور همزمان مي تواند يكي از راه كارهاي كاهش اين خطر بسيار جدي به شمار آيد. در اين تحقيق، شبيه سازي و بهينه سازي حركت و طراحي نرم افزاري خلبان خودكار هواپيماي كوچك، به صورت غيرخطي و با بهره گيري از سيستم تلفيقي ناوبري اينرسي و استفاده از فيلتر كالمن توسعه يافته مد نظر مي-باشد. براي به دست آوردن نتايج قابل استناد، خطاي سنسورهاي جي پي اس و آي ان اس و همچنين عملگرهاي موجود در هواپيما مدل-سازي و شبيه سازي شده و براي نزديك تر شدن به فضاي واقعيت، شرايط آب و هوايي براي بادهاي با سرعت هاي مختلف شبيه سازي و به سيستم كنترلي اضافه شده است. در اين مقاله، ابتدا مدل ديناميكي اين هواپيماي كوچك به دست آمده و سپس با درنظر گرفتن محدوديت-هاي موجود در هواپيما، كنترلر پي آي دي به صورت سري انتخاب شده است. براي افزايش دقت در سيستم كنترلي و همچنين اطمينان از صحت عملكرد كليه فرامين و الگوريتم ها، سيستم كنترلي در سه سطح و سيستم شبيه سازي را در دو مرحله حلقه باز و حلقه بسته طراحي و مورد آزمايش قرار داده ايم. نزديكي نتايج به دست آمده از اين روش با نتايج حاصل از تست هاي تجربي، بيانگر انتخاب صحيح الگوريتم كنترلي، مدل سازي مناسب اجزا و صحت شبيه سازي سيستم مي باشد.

one of the main concerns in the present navigation systems is their single-based. Navigation rely on one system will be very insecure and subjected to very high probability of errors. Therefore, having a navigation aid system or the use of two sensors at the same time can be the best way to reduce this very serious risk. In this research , simulation and software design to optimize movement and autopilot of small aircraft has been considered. At first, dynamic modelling of the aircraft with integrated inertial navigation and extended Kalman filter is developed. To obtain reliable results, the position and inertia sensors as well as actuator errors are modeled in simulation of the aircraft. Furthermore, to get closer to the reality, weather conditions for different wind speed also simulated and added to the PID control system. In order to increase the accuracy of the control system and ensure the precistion of performance, all commands and algorithms of the control system have been designed in three level and tested in two stages of open-loop and closed-loop simulations. The closeness of simulation results with of experimental tests indicates the correct choice of control algorithms, suitable modeling of components and precision simulation of the system.