طراحي كنترل‌كننده پيش بين تعميم يافته با ساختار رگولاتور خود تنظيم براي جلوگيري از اثر اشباع سرعت عملگر

Designing a Generalized Predictive Control with Self-Tuning Regulator Structure to Prevent the Effect of Actuator Rate Saturation

سيستم هاي فيزيكي اكثرا شامل قيود و محدوديت هايي هستند و اشباع سرعت عملگر يكي از اين محدوديت ها است كه تاثيرات نامطلوبي در سيستم كنترل پرواز دارد و باعث افزايش پاسخ نوساني و در نتيجه ناپايداري سيستم مي شود. اشباع سرعت عملگر از دلايل اصلي نوسانات القايي خلبان مي باشد. در اين مقاله با پيشنهاد يك الگوريتم كنترل پيش بين با ساختار دو درجه آزادي از وقوع اثرات مخرب اشباع سرعت عملگر جلوگيري شده است. همچنين با بدست آوردن موقعيت نقطه شروع حلقه باز شدن سيستم پرواز و فركانسي كه محدوديت سرعت عملگر براي اولين بار فعال مي شود به خوبي اثرات اشباع سرعت عملگر پيش بيني شده است. سپس با معرفي يك روش تحليلي شبيه به يكي از روش هاي مرسوم كنترل مقاوم معروف به روش شكل دهي حلقه به تنظيم پارامترهاي كنترل كننده پيش بين تعميم يافته پرداخته و پايداري و قوام سيستم حلقه بسته در برابر عدم قطعيت پارامترهاي كنترل كننده بررسي شده است. در اين روش با بدست آوردن الگوهاي مقاوم سعي بر شكل دهي آن به گونه اي شده است كه اغتشاشات و نويز در يك بازه فركانسي تضعيف شوند. همچنين با استفاده از يك سوئيچ نحوه عملكرد كنترل كننده و خلبان نشان داده شده است. در نهايت كنترل كننده طراحي شده با كنترل كننده تناسبي-انتگرالي-مشتقي (PID) كه در صنعت مرسوم است مقايسه شده و برتري هاي آن نشان داده شده است.

Physical systems often contain constraints and limitations. Actuator rate saturation is one of these limitations that has adverse effects on the flight control system which increases the oscillating response and thus the instability of the system. Actuator rate saturation is one of the main reasons for pilot-induced oscillations (PIOs). This paper proposes a model predictive control algorithm with two degrees of freedom structure to prevent the destructive effects of actuator rate saturation on the flight control system. Also, by obtaining starting point of the opening loop position in the flight system and the frequency at which the actuator rate saturation is activated for the first time, the saturation effects are well predicted. Then, by introducing an analytical method similar to one of the conventional methods of robust control known as loop shaping method, proposed model predictive controller parameters are adjusted and the stability and robustness of the closed-loop system against the uncertainty of the controller parameters are investigated. In this method, by obtaining robust patterns, an attempt has been made to shape it in such a way that disturbances and noise are suppressed in a frequency range. It also shows how the controller and pilot work by using a switch. Finally, the designed controller is compared with the proportional-integral-derivative controller (PID) that is common in the industry and its advantages are shown.