جبران‌سازي تأخير زماني در شبيه‌سازي سخت افزار در حلقه تحت شبكه سيستم كنترل پرواز با استفاده از روش پيش‌بيني چندجمله‌اي

Time-delay compensation for networked hardware-in-the-loop simulation of a flight control system using polynomial prediction

شبيه‌سازي سخت‌افزار در حلقه روشي براي تست سخت‌افزار كنترل‌كننده يك سيستم كنترل حلقه بسته به صورت واقعي در كنار شبيه‌سازي نرم‌افزاري بقيه اجزاي سيستم است. در اين مقاله به شبيه‌سازي سخت افزار در حلقه سيستم كنترل زاويه فراز يك هواپيما پرداخته مي‌شود. اين سيستم شامل يك كامپيوتر براي شبيه‌سازي زمان- واقعي پرواز و يك بورد الكترونيكي به عنوان سيستم كنترل پرواز است كه با پروتكل شبكه به هم متصل شده‌اند. تأخير زماني ناشي از اتصال كامپيوتر شبيه‌سازي پرواز و سخت‌افزار در سيستم حلقه بسته مي‌تواند باعث كاهش عملكرد سيستم و يا حتي ناپايداري شود. براي جبران‌سازي و اثر تأخير زماني در عملكرد سيستم، از روش پيش‌بيني چندجمله‌اي استفاده شده است. با استفاده از اين روش پيش‌بيني، نتايج شبيه‌سازي سخت افزار در حلقه با نتايج شبيه‌سازي كامپيوتري بدون تأخير زماني مقايسه گرديده است. نتايج حاصل از شبيه‌سازي سخت‌افزار در حلقه بيانگر عملكرد مناسب پيش‌بيني كننده چندجمله‌اي در جبران اثر تأخير زماني ايجاد شده است. همچنين عدم قطعيت در مدل هواپيما كه ناشي از مشتقات پايداري و كنترل است در تأخير زماني بحراني، بررسي شده است و بعضي از مشتقات پايداري و كنترل هواپيما كه تأثير بيشتري بر تأخير زماني بحراني در شبيه‌سازي سخت‌افزار در حلقه تحت شبكه دارند، بدست آمده است.

Hardware-in-the-loop simulation is an effective approach for testing the electronic controller of a closed-loop control system within a computer-based real-time simulation of the rest of the system. In this paper, the pitch attitude hold mode controller of an aircraft vehicle is tested using hardware-in-the-loop simulation. A computer is used for real-time simulation of flight, and an electronic board is employed for controller implementation. The controller and the simulator are connected using a network protocol. The hardware-in-the-loop simulation can achieve unstable behavior or inaccurate results due to the time-delay of network connection. The maximum allowable delay bound in networked connection is derived using the method of delayed differential equations. The sufficient conditions for the stability of linear time-delay systems are given. The proof makes use of Lyapunov–Krasovskii functional and the condition is expressed in term of linear matrix inequalities. Therefore, a polynomial-based predictor is designed for the time-delay compensation of network connection. The consistency of the experimental real-time simulation and off-line simulation shows the applicability of the presented method for mitigating the effect of time-delay in the networked hardware-in-the-loop simulation. Also, the uncertainty of the model due to stability and control derivatives are considered for analyzing the stability of the networked hardware-in-the-loop simulation.