شبیه سازی و طراحی کنترل جهت سیستم پروازی سه درجه آزادی
Abstract
در این پایان نامه به مسئله شبیه سازی حرکت هواپیما توسط یک رباط موازی پرداخته می شود. جهت دستیابی به هدف مذکور ابتدا حرکت هواپیما را شبیه سازی می کنیم. برای شبیه سازی حرکت هواپیما، معادلات دینامیکی حاکم بر هواپیما را بطور عام استخراج می نماییم. نیروها و ممان های وارده بر هواپیما در معادلات دینامیکی مذکور، شامل نیروها و ممان های وارده بر هواپیما در معادلات دینامیک مذکور، شامل نیروها و ممان های آئرودینامیکی، جلوبرنده و جاذبه زمین می باشد. با توجه به این مطلب که شبیه سازی حرکت هواپیما بایستی برای هر زاویه حمله (angle of attack) و زاویه جانبی (side slip angle) دلخواه (کوچک و بزرگ) انجام گیرد. در نتیجه نیروها و ممان های آئرودینامیکی تابعی از مولفه های سرعت و شتاب خطی و زاویه ای و زوایای حمله جانبی و نیز تغییرات زوایای سطوح کنترلی همچون: aileron, elevator, flap, rudder, spoiler, aileron control tab, elevator control tab, rudder control tab. و مشتق اول کلیه متغییرهای فوق، خواهد بود. و همچنین نیروهای و ممان های حاصل از سیستم جلوبرنده تابعی از مولفه های سرعت و شتاب خطی و زاویه ای، ارتفاع، تغییرات دسته گاز، تغییرات مساحت دهانه ورودی و خروجی موتور، می باشند. یا به عبارت دیگر می توان چنین بیان نمود که،برای زوایای حمله و جانبی بزرگ معادلات دینامیکی حاکم بر هواپیما غیرخطی بوده و نیز مودهای طولی (longitudinal) و عرضی (lateral) آن با یکدیگر ترکیب (coupled) می شوند. و با شرایط فوق معادلات دینامیکی مذکور را در غالب ماتریس بدست آورده، سپس جهت حل عددی آن، ابتدا روش rung-kutta رتبه چهار و پنج را در شکل ماتریسی تعمیم داده و برنامه نویسی می کنیم. برای اثبات صحت و سقم شبیه سازی، شرایط فاز cruise هواپیما f-4 را به عنوان ورودی به برنامه ورودی به برنامه داده و سپس بر روی خروجی بحث و نتیجه گیری می کنیم. در بخش دیگری از این پروژه، ربات های موازی مورد مطالعه قرار گرفته و معادلات سینماتیکی نوع خاص از آنها تحت عنوان stewart platform که جهت شبیه سازی حرکت هواپیما استفاده می شود، بدست می آوریم. معادلات فوق جهت محاسبه طول و سرعت عمل کننده ها مورد استفاده قرار می گیرد. برای محاسبه طول و سرعت عمل کننده ها (actudtor) یک برنامه کامپیوتری ارائه می گردد. جهت اثبات صحت معادلات مستخرج شده، مشخصات مربوط به هواپیما f-4 از طریق محاسبات دینامیکی بدست آورده و به عنوان ورودی به برنامه می دهیم و سپس بر روی خروجی برنامه بحث و نتیجه گیری می کنیم. در انتها برای عملکرد مناسب هر یک از عمل کننده ها یک کنترل کننده طراحی می کنیم.