طراحي و شبيه‌سازي سيستم كنترل نظارتي فازي و الگوريتم هدايت سه‌بعدي بهينه شده تعقيب هويج فازي براي يك ريزپرنده بال-ثابت

Design and simulation of a fuzzy-supervisory control system and an optimized three-dimensional fuzzy carrot-chasing guidance algorithm for a fixed-wing MAV

با توجه به اهميت سيستم‌هاي خلبان خودكار در هواپيماهاي بدون سرنشين، در اين مقاله ابتدا به طراحي پارامتري سيستم‌هاي هدايت و كنترل پرداخته‌ شده و سپس روش بدست آمده بر روي يك ريزپرنده عملياتي شش درجه آزادي غيرخطي پياده‌سازي مي‌شود. سيستم كنترل پيشنهادي نظارتي فازي بوده كه ضرايب نهايي آن به روش الگوريتم ژنتيك بهينه شده‌اند. به منظور طراحي سيستم هدايت نيز، ابتدا الگوريتم‌هاي هندسي تعقيب مسير ميدان برداري و تعقيب هويج دو بعدي (ارتفاع ثابت)، به سه بعد تعميم داده شده‌اند. سپس، سيستم هدايت سه بعدي بهينه‌شده تعقيب هويج فازي بر پايه تركيب الگوريتم هندسي تعقيب هويج، منطق فازي و الگوريتم ژنتيك، براي يك ريزپرنده بال-ثابت ارايه شده ‌‌است. اضافه شدن منطق فازي به روش تعقيب هويج موجود، عملكرد آن را به طور قابل‌توجهي بهبود مي‌بخشد. در هر مانور پروازي خودكار، سيستم‌هاي كنترل و هدايت به طور همزمان بر عملكرد هواپيما تاثير دارند. بنابراين، با در نظر گرفتن سيستم كنترل يكسان، مقايسه عملكرد سيستم‌هاي هدايت سه بعدي بر پايه هر سه روش تعقيب هويج، تعقيب هويج فازي و ميدان برداري با حضور اغتشاش باد و بدون آن صورت گرفته است. نتايج حاكي از برتري روش تعقيب هويج فازي ارايه شده در اين مقاله در حركت افقي و روش ميدان برداري تعميم داده شده به بعد سوم ارتفاع در حركت عمودي مي‌باشد.

Due to the importance of autopilot systems in Micro Aerial Vehicles (MAVs), in this paper, first, parametric guidance and control systems are designed and are then implemented on a simulated nonlinear six-DOF MAV. The control system is fuzzy-supervisory and its gains are optimized using genetic algorithm. For designing the guidance system, first, two-dimensional (constant height) path following algorithms of vector field and carrot-chasing are developed to 3D algorithms. Then, an optimized 3D fuzzy carrot-chasing guidance system is presented using a combination of the carrot-chasing geometric algorithm, fuzzy logic, and genetic algorithm. Augmentation of the fuzzy logic to the carrot-chasing algorithm improves its performance significantly. In any autonomous flight maneuver, guidance and control systems affect the performance of the aircraft, simultaneously. So, using a similar control system, the performance of the 3D carrot-chasing algorithm, 3D vector field method, and the proposed 3D fuzzy carrot chasing algorithms are compared with and without applying the wind external disturbance. Results have shown significant superiority of the proposed 3D fuzzy carrot-chasing approach in the horizontal plane of motion and the 3D vector field method in the vertical plane of motion.