كنترل غيرخطي تحمل خطاي پرواز هواپيماي مسافربري در حضور خطا و شكست عملگرهاي كنترلي

Nonlinear fault-tolerant flight control for a transport aircraft in presence of actuators fault and failure

آسيب‌ديدگي عملگرهاي كنترلي از عمده دلايل از دست رفتن كنترل هواپيما حين پرواز است. ديناميك هواپيما به شدت تحت تاثير خطا و شكست اجزاي سيستم كنترل پرواز قرار گرفته و در صورت عدم صدور فرمان كنترل اصلاحي توسط كنترلر تحمل خطا، پيامدهاي نامطلوبي همچون ناپايداري و كاهش عملكرد سيستم را در پي داشته و سوانح هوايي مرگباري به وقوع خواهد پيوست. اين مقاله شامل ارايه يك تكنيك كنترلي تحمل خطا مبتني بر روش كنترل بهينه غيرخطي با استفاده از معادله ي ريكاتي وابسته به حالت است. ويژگي‌هاي روش كنترل بهينه غيرخطي، امكان مدل‌سازي جديد هواپيما و پيكربندي مجدد سيستم كنترل را در زمان وقوع خرابي ايجاد كرده و امكان نجات هواپيما را افزايش مي‌دهد. دو سناريوي خطا و شكست شامل كاهش كارايي الويتور و از مهار خارج شدن ايلرون يك هواپيماي تجاري بزرگ مورد بررسي قرار گرفته و عملكرد روش بهينه غيرخطي در مقايسه با كنترل بهينه خطي ارزيابي مي‌شود. براي نخستين بار است كه اين تكنيك به عنوان روش كنترلي تحمل خطاي پرواز در سطح تحقيقات داخلي مورد استفاده قرار مي‌گيرد. نتايج شبيه‌سازي‌ها، اثربخشي رويكرد غيرخطي پيشنهادي را در بازيابي پايداري و حفظ مسير پروازي به اثبات مي‌رساند.

Aircraft actuator damage is one of the main causes of the loss of control during the flight. Aircraft dynamic is severely affected by the faults and failures and if the corrective command signals are not supplied immediately, damages will lead to catastrophic consequences such as instability and system performance degradation and deadly plane crashes will occur. This paper presents a fault-tolerant control technique based on nonlinear optimal control method using State-Dependent Riccati Equation. The features of the State-Dependent Riccati Equation method make the new modeling and reconfiguration of control system possible in presence of damages and increase the chances of rescue aircraft. Two fault and failure scenarios including loss of elevator effectiveness and aileron hard-over for a large transport aircraft are considered and the performance of SDRE method is evaluated in comparison with its linear counterpart (LQR). For the first time this technique as a fault-tolerant flight control method is used in the internal investigations. Simulation results demonstrate the effectiveness of the proposed nonlinear approach in restoring stability and maintaining the flight path.