كنترل تطبيقي و مقاوم كشتي هوايي استراتوسفر

Adaptive and robust control of a stratospheric airship

كشتيهاي هوايي استراتوسفر راهحلهاي جالبي را براي بسياري از چالشهاي صنعت هوافضا فراهم ساختهاند. نيروهاي رانشي و شناوري كه توسط كشتي هوايي توليد مي-شود اين وسيله را قادر به پروازهاي طولاني مدت و داشتن عملكرد كارا كرده است. با وجود همه پيشرفتها، هنوز هم چالشهاي اساسي در اين زمينه وجود دارد. در اين مقاله، ابتدا مدل ديناميكي كشتي هوايي استراتوسفر كامل تحريك داراي شش درجه‌آزادي با استفاده از مختصات تعميم يافته استخراج شده‌است، سپس مقادير مطلوب جهت‌گيري و سرعت‌هاي خطي و زاويه‌اي كشتي هوايي با توجه به مسير مطلوب و استفاده از شبه‌معكوس معادله‌ي سينماتيكي موقعيت و جهت‌گيري به‌دست آورده شده است. با فرض نامعيني در پارامترهاي اينرسي ابتدا در روش كنترل ديناميك معكوس تطبيقي با استفاده از خاصيت پارامتري‌سازي خطي و قانون به‌روز رساني گراديان پارامترها به‌صورت برخط تخمين زده مي‌شوند. در ادامه با طراحي الگوريتم حركت بر اساس پسيو بودن، قانون كنترل و معادله‌ي غيرخطي حركت استنتاج مي‌شوند و روش‌هاي كنترل تطبيقي و مقاوم بر اساس پسيو بودن براي كنترل كشتي هوايي به‌كارگرفته ‌مي‌شود. پايداري سيستم حلقه بسته نيز به‌طور مختصر با استفاده از تيوري پايداري لياپانوف شرح‌ داده ‌مي‌شود. در نهايت، نتايج شبيه‌سازي براي رديابي مسير دلخواه متغير با زمان ارايه ميشود. مقايسه بين نتايج كنترل تطبيقي و مقاوم ديناميك معكوس و كنترل تطبيقي و مقاوم بر اساس پسيو بودن ارايه ميشود.

Stratospheric airships have introduced interesting solutions for many challenges in the aerospace industries. Buoyant and propulsion forces produced by airships make them capable of long-time flight and efficient operation. In spite of much progress, there are still many challenges in this exciting field of study. In this paper, first the dynamic model of fully-actuated stratospheric airship with 6-DOF is expressed by the generalized coordinates, then desired values of the airship attitude, linear and angular velocities are obtained according to desired path and using pseudo inversion of the kinematics and dynamics equations. In view of the unknown inertial parameters, first in adaptive inverse dynamic control, inertial parameters are estimated online using linearization parameters and gradient update law. Next, control law and nonlinear dynamic equation arededuced by designing passivity based control algorithm, and according to that, adaptive and robust control based on passivity is applied to control the airship. The stability of the closed loop control system is briefly proved using the Lyapunov stability theory. Finally, the simulation results for tracking of a desired path are shown and comparison between the results of all methods is presented.