طراحی و شبیه سازی جبران کننده مناسب برای کنترل اتوماتیک پرواز (AFC)
کنترل خودکار در پیشرفت علوم مهندسی نقشی حیاتی داشته است. کنترل خودکار علاوه بر نقش بسیار مهمی که در سیستم‌های فضاپیما، هدایت موشک، روبات‌ها و سیستم‌های مشابه داشته است، بخش مهم و ناگسستنی از فرایندهای صنعتی امروز است. کنترل خودکار در کنترل عددی ماشین‌های ابزار، طراحی هواپیماهای بی‌سرنشین و طراحی اتومبیل و کامیون کاملاً ضروری است. در فرایندهای صنعتی متنوعی چون کنترل فشار، دما، رطوبت، چسبندگی و جریان نیز کنترل خودکار نقش اساسی دارد.
این پروژه مفاهیم اساسی در تحلیل و طراحی سیستم‌های کنترل اتوماتیک پرواز را معرفی می‌کند. از آن‌جا که هدف این پروژه تحلیل از دید سیستم‌های کنترل مربوط به یک هواپیما ( به عنوان مثال مدل حرکت طولی هواپیما ) و طراحی جبران کننده و کنترلر‌های مناسب است، کمتر به مسائل مربوط به مدل سازی و بدست آوردن تابع تبدیل می‌پردازیم. در یک مورد چگونگی بدست آمدن تابع تبدیل با استناد بر قوانین فیریک و معادلات حرکت مطرح می‌شود و در سایر موارد با استناد بر مدل سازی‌های انجام شده، از تابع تبدیل ارائه شده برای تحلیل و طراحی کنترلر‌ها استفاده می‌شود.
هدف پروژه استفاده از توابع تبدیل مربوط به حرکات مختلف هواپیما در هوا و بررسی پایداری و ناپایداری و نیز عملکرد آن از طریق رسم مکان هندسی ریشه ها، پاسخ پله واحد و پاسخ شیب واحد می‌باشد.
بخش‌های مختلف پروژه عبارتند از :
- عنوان پروژه و تحقیق
- معرفی عملکرد هواپیما و چهار نیروی اصلی پرواز( کلیات و تعاریف )
- حرکت یک هواپیما خودکار در وجه طولی
- حرکت عمودی شتاب دار و سیستم نرخ – وضعیت هواپیمای خودکار
- خلاصه پروژه و نتایج بدست آمده
فصل اول، مربوط به تعریف پروژه است که درآن، به طور کامل هدف و خواسته‌های پروژه بیان شده است. در این فصل فلوچارت طراحی جبران‌کننده، برای یک سیستم ارائه شده است.
در فصل دوم به بررسی سیستم‌های مکانیکی یک هواپیما، اصول کلی پرواز و ابزار آلات استفاده شده در یک هواپیما می‌پردازیم و خلاصه‌ای از مسائل آیرودینامیکی هواپیما را ارائه می‌شود .
در فصل سوم از تابع تبدیل حرکت طولی هواپیما در وجه طولی استفاده کرده و به تحلیل آن خواهیم پرداخت. خواهیم دید که با رسم مکان هندسی ریشه ها، سیستم از پایداری مناسبی برخوردار نیست بنابراین نیاز به جبران کننده خواهیم داشت. در ادامه توضیحاتی در مورد انواع جبران کننده‌ها و شرایط آن ها در مدار و نیز خواص آن ها ارائه می‌شود. سپس به طراحی کنترل کننده پیش افت و پیش افت- پس افت خواهیم پرداخت. در هر مرحله با استفاده از نرم افزار MATLAB مکان هندسی ریشه‌ها، نمودار نایکویست، دیاگرام بودی، محاسبه خطای حالت ماندگار و همچنین مقایسه پاسخ پله واحد و شیب واحد سیستم جبران شده و جبران نشده نیز ارائه می‌گردد.
در فصل چهارم با استفاده از قوانین فیزیک و معادلات حرکت، حرکت عمودی شتاب دار یک جت ارتشی را مدل سازی کرده‌ایم.
در این بخش طراحی جبران کننده ها، از نوع جبران کننده‌های موازی( پسخور ) با رویکرد پاسخ فرکانسی حلقه باز است که توضیحات آن در فصل سوم و پیوست اول نیز آمده است. در ادامه مدلی از یک سیستم کنترل نرخ – وضعیت هواپیما ارائه می‌شود که خواهیم دید برای خواسته‌های مطلوب این سیستم، به سه طبقه جبران کننده پیش افت نیاز داریم.
و سر انجام در فصل پنجم، خلاصه پروژه و نتایج بدست آمده از طراحی جبران کننده های مختلف برای سیستم ها بیان می‌گردد.
برای آشنایی با مفاهیم کنترل پایه، در پیوست اول توضیحاتی در مورد کنترل خطی و ابزار‌های مورد استفاده در تحلیل و طراحی کنترل کننده‌ها ارائه می‌شود. سعی شده است در این فصل تمامی مفاهیم کنترل خطی به خصوص مکان هندسی ریشه‌ها و نمودار نایکویست گنجانیده شود. در پیوست دوم نیز توضیحاتی در مورد مدارات الکترونیکی جبران کننده‌ها ارائه شده است.
برای طراحی، طراح باید به تمامی روش ها مسلط بوده و بهترین روش و بهترین کنترل کننده را برای سیستم انتخاب کند. به دلیل گستردگی مطالب، در این پروژه تنها به دو روش ( رویکرد مکان ریشه و رویکرد پاسخ فرکانسی حلقه باز ) برای طراحی بسنده شده است.
دانلود فایل کامل پایان نامه طراحی و شبیه سازی جبران کننده مناسب برای کنترل اتوماتیک پرواز (AFC)
منبع: میکرودیزاینرالکترونیک
