اخبار و اعلانات
آمار
| تعداد نشریات | 38 |
| تعداد شمارهها | 1,408 |
| تعداد مقالات | 10,088 |
| تعداد مشاهده مقاله | 11,909,200 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 6,961,303 |
طراحی سیستم کنترل پرواز مبتنی بر وارون دینامیک غیرخطی با وجود آسیب در دم | ||
| مکانیک هوافضا | ||
| مقاله 2، دوره 21، شماره 2 - شماره پیاپی 80، تیر 1404، صفحه 17-35 اصل مقاله (1.67 M) | ||
| نوع مقاله: گرایش دینامیک، ارتعاشات و کنترل | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.47176/MAJ.2025.1469 | ||
| نویسندگان | ||
| محسن راهنما1؛ سید حسین ساداتی* 2؛ یوسف عباسی3؛ مصطفی خزائی2 | ||
| 1دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی هوافضا،دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران | ||
| 2استادیار، دانشکده مهندسی هوافضا،دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران | ||
| 3دانشیار، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران | ||
| تاریخ دریافت: 01 اردیبهشت 1404، تاریخ بازنگری: 03 خرداد 1404، تاریخ پذیرش: 23 خرداد 1404 | ||
| چکیده | ||
| آسیب ساختاری، چالش مهمی را برای ایمنی و کیفیت پرواز هواپیما ایجاد میکند. این نوع آسیب باعث تغییر گسترده در پارامترهای اصلی پرنده همچون ضرایب آیرودینامیکی و مشخصههای جرمی میشود. در این مقاله، رویکرد طراحی سیستم کنترل تحملپذیر عیب مبتنی بر قانون کنترل وارون دینامیک غیرخطی ارائه شده است. رویکرد پیشنهادی، خرابی در دم عمودی را بررسی کرده است. جهت مدلسازی آسیب، دو پارامتر جدید با عناوین ضریب درجه آسیب و عدمقطعیت ناشی از آسیب معرفی شده است. پارامتر عدم قطعیت بیانکننده کوپلینگ بین معادلات طولی و عرضی-سمتی ناشی از عدم تقارن در پیکربندی هواپیمای آسیبدیده است و ضریب درجه آسیب، میزان فیزیکی آسیب را نشان میدهد. در فرآیند حل مشکل آسیب، یک واحد تشخیص عیب مبتنی بر فیلتر کالمن تعمیمیافته به سیستم کنترل افزوده شده است. با استفاده از مقادیر تخمینی فیلتر، مشتقات پایداری و پارامتر عدمقطعیت در ساختار کنترلی بروزرسانی شده و کنترلکننده با شرایط آسیب تطبیق داده شده است. روش پیشنهادی در این رساله یعنی اصلاح برخط ساختار کنترلکننده بر مبنای تشخیص فیزیکی میزان آسیب و پارامتر جدید عدمقطعیت، میتواند یک رویکرد جدید در حوزه آسیبهای ساختاری به شمار برود. در انتها، سناریوهای مختلف پروازی برای مدل غیرخطی هواپیمای بوئینگ 747 شبیهسازی شده است. نتایج، توانایی سیستم کنترل تحملپذیر عیب در بهبود نسبی عملکرد هواپیمای آسیبدیده را نشان میدهند. | ||
| کلیدواژهها | ||
| کنترل تحملپذیر عیب؛ خرابی دم عمودی؛ فیلتر کالمن تعمیمیافته؛ وارون دینامیک غیرخطی | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Design of Flight Control System Based on Nonlinear Dynamic Inversion Controller with Structural Damage in Tail | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Mohsen Rahnama1؛ Seyed Hussein Sadati2؛ Yosef Abbasi3؛ Mostafa Khazaei2 | ||
| 1PhD student, Faculty of Aerospace Engineering, Malik Ashtar University of Technology, Tehran, Iran | ||
| 2Assistant Professor, Faculty of Aerospace Engineering.Malek-e-Ashtar University of Technology, Tehran, Iran | ||
| 3Associate Professor, Faculty of Aerospace Engineering,Malek-e-Ashtar University of Technology, Tehran, Iran | ||
| چکیده [English] | ||
| Structural damage creates an important challenge for the safety and flight quality of the aircraft. This type of damage causes extensive changes in the main parameters of the aircraft such as aerodynamic coefficients and mass characteristics. In this article, the design of the fault tolerant control system based on the nonlinear dynamic inverse is presented. The proposed approach has investigated the failure in the vertical tail. In order to modeling of damage, two new parameters have been introduced: damage degree coefficient and damage uncertainty. The uncertainty parameter expressing the coupling between the longitudinal and lateral-directional equations is caused by the asymmetry in the configuration of the damaged aircraft; and the damage degree coefficient shows the physical extent of the damage. To solve the damage problem, a fault diagnosis unit based on the extended Kalman filter has been augmented to the control system. By using the estimated values of the filter, stability derivatives and uncertainty parameters are updated in the control structure and the controller is adapted to the damage conditions. The method proposed in this paper, can be considered a new approach in the field of structural damage. Finally, different flight scenarios are simulated for the nonlinear model of the Boeing 747 aircraft. The results show the ability of the fault tolerant control system to improve the performance of the damaged aircraft. | ||
| کلیدواژهها [English] | ||
| Fault Tolerant Control, Damaged Vertical Tail, Extended Kalman Filter, Nonlinear Dynamic Inversion | ||
| مراجع | ||
|
[1] Miao Y, Wang X, Miao Y, Wang S. Dynamics and adaptive fault-tolerant flight control under structure damage of horizontal stabilizer. Aerospace Science and Technology. 2020;106:106135. DOI 10.1016/j.ast.2020.106135 [2] Board S. In-Flight Separation of Vertical Stabilizer American Airlines Flight 587 Airbus Industrie A300-605R, N14053 Belle Harbor, New York November 12, 2001. National Transportation Safety Board. 2001;490. DOI NTSB/AAR-04/04 [3] Zhang Y, Jiang J. Bibliographical review on reconfigurable fault-tolerant control systems. Annual reviews in control. 2008;32(2):229-52. DOI 10.1016/j.arcontrol.2008.03.008 [4] Abbaspour A, Mokhtari S, Sargolzaei A, Yen KK. A survey on active fault-tolerant control systems. Electronics. 2020;9(9):1513. DOI 10.3390/electronics9091513 [5] Zhang Y, Huang Y, Chu Q, de Visser CC. Database-driven safe flight-envelope protection for impaired aircraft. Journal of Aerospace Information Systems. 2021;18(1):14-25. DOI 10.2514/1.I010846 [6] Hugo G. Autonomous landing of a fixed-Wing unmanned aircraft with partialwing and stabiliser losses: Stellenbosch: Stellenbosch University; 2017. [7] Wang J, Wang S, Wang X, Shi C, Tomovic MM. Active fault tolerant control for vertical tail damaged aircraft with dissimilar redundant actuation system. Chinese Journal of Aeronautics. 2016;29(5):1313-25. [8] Asadi D, Sabze Parvar M, Taalebi H.A, Abbasi H. The Study of Wing Damage Effect on Airplane Performance and Flight Dynamics. Journal of Aeronautical Engineering. 2012;14(2):17-33 (in persian). DOR 20.1001.1.17359449.1391.14.2.3.1 [9] Bacon B, Gregory I, editors. General equations of motion for a damaged asymmetric aircraft. AIAA atmospheric flight mechanics conference and exhibit; 2007. DOI 10.2514/6.2007-6306 [10] Chao D, Qi R, Jiang B, Soh Y. Adaptive fault-tolerant control for ascent HSV with wing damage and function constraints on states. Acta Astronautica. 2024. DOI 10.1016/j.actaastro.2024.06.024 [11] Zhang L, Mu J, Ma H, Dai G, Tong S. Research on fault-tolerant control of combined airframe damage of electric aircraft. Aerospace. 2023;10(7):611. DOI 10.3390/aerospace10070611 [12] Yuwei C, Aijun L, Xianfeng M. A fault-tolerant control method for distributed flight control system facing wing damage. Journal of Systems Engineering and Electronics. 2021;32(5):1041-52. DOI 10.23919/JSEE.2021.000089 [13] Zhang J, Xu X, Yang L, Yang X. LPV model-based multivariable indirect adaptive control of damaged asymmetric aircraft. Journal of Aerospace Engineering. 2019;32(6):04019095. DOI 10.1061/(ASCE)AS.1943-5525.0001089 [14] Ijaz S, Hamayun MT, Yan L, Shi C. Active fault-tolerant control for vertical tail damaged aircraft with dissimilar redundant actuation system using integral sliding mode control. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science. 2019;233(7):2361-78. DOI 10.1016/j.cja.2016.08.009 [15] Zhang J, Yang X, Yang L. Virtual-command-based model reference adaptive control for abrupt structurally damaged aircraft. Aerospace Scienceand Technology. 2018;78:452-60. DOI 10.1016/j.ast.2018.04.043 [16] Li Y, Liu X, Ming R, Zhu H, Zhang W. A cascaded nonlinear fault-tolerant control for fixed-wing aircraft with wing asymmetric damage. ISA transactions. 2023;136:503-24. DOI 10.1016/j.isatra.2022.10.021 [17] Asadi D, Bagherzadeh SA. Nonlinear adaptive sliding mode tracking control of an airplane with wing damage. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G: Journal of Aerospace Engineering. 2017;232(8):1405-20. DOI 10.1177/0954410017690546 [18] Asadi D, Ahmadi K. Nonlinear robust adaptive control of an airplane with structural damage. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G: Journal of Aerospace Engineering. 2020;234(14):2076-88. DOI 10.1177/0954410020926618 [19] He Q, Tan Y, Liu X, Jia Q, Liu J. Reconfigurable Nonlinear Dynamic Inversion for Attitude Control of a Structurally Damaged Aircraft. IEEE Access. 2020;8:199931-43. [20] Ahmadi K, Asadi D, Pazooki F. Nonlinear L1 adaptive control of an airplane with structural damage. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G: Journal of Aerospace Engineering. 2019;233(1):341-53. DOI 10.1177/0954410017730088 [21] Roskam J, editor Methods for Estimating Stability and Control Derivatives of Conventional Subsonic Airplanes1971. [22] Sadati S.H, Menhaj M.B, Sabze Parvar M. Nonlinear adaptive flight control using dynamic inversion and neural networks controller. Amirkabir Journal of Mechanical Engineering. 2007;38(1):18 (in persian). URL https://ajsr.aut.ac.ir/article_2366_2efbed79d6ad9bb9350179d91ac95939.pdf [23] Radatnia S, Faraji J, Keighobadi J. Design and implementation a novel inertial sensor errors model in extended Kalman filter based on genetic algorithm. Journal of Mechanical Engineering. 2020;50(3):97-106 (in persian). DOI 10.22034/jmeut.2020.9554 [24] Crassidis JL, Junkins JL. Optimal estimation of dynamic systems: Chapman and Hall/CRC; 2004. [25] Faraji J, Keighobadi J. Design and simulation of the integral backstepping sliding mode control and extended Kalman-Bucy filter for quadrotor. Journal of Mechanical Engineering. 2020;50(4(93)):131-140 (in persian). DOI 10.22034/jmeut.2021.9416 [26] Slotine J-JE, Li W. Applied nonlinear control: Prentice hall Englewood Cliffs, NJ; 1991. [27] Tol H, De Visser C, Sun L, van Kampen E, Chu Q. Multivariate spline-based adaptive control of high-performance aircraft with aerodynamic uncertainties. Journal of Guidance, Control, and Dynamics. 2016;39(4):781-800. DOI 10.2514/1.G001079 [28] Abbaspour A, Aboutalebi P, Yen KK, Sargolzaei A. Neural adaptive observer-based sensor and actuator fault detection in nonlinear systems: Application in UAV. ISA transactions. 2017;67:317-29. DOI 10.1016/j.isatra.2016.11.005 [29] Lee JD, Kim L, Zewge NS, Bang H. Fault-Tolerant Control for Aircraft with Structural Damage Using Sparse Online Gaussian Process Regression. International Journal of Aeronautical and Space Sciences. 2024:1-25. DOI 10.1007/s42405-024-00715-7 [30] Sadati S.H. Aircraft control augmentation system design usin dynamic inversion and neural network. Journal of Aeronautical Engineering. 2017;18(2):85-97 (in persian). URL 20.1001.1.17359449.1395.18.2.7.3 [31] Roskam J. Airplane flight dynamics and automatic flight controls: DARcorporation; 1998. [32] Bodson M, Groszkiewicz JE. Multivariable adaptive algorithms for reconfigurable flight control. IEEE transactions on control systems technology. 1997;5(2):217-29. DOI 10.1109/87.556026 [33] Mobini Bidgoli M, Sadati S.H. Flight control using adaptive dynamic inversion. Aerospace Knowledge and Technology Journal. 2016;5(1):7-16 (in persian). URL http://www.astjournal.ir/article_19740_b35ee022d7599d2d75b8f08a9be37f02.pdf | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 307 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 85 |
||