بقلم المهندس والباحث الجامعي عامر الدرابسه

يعتبر تطبيق الديناميكيات العكسية للتحكم في الطائرات. يمكن استخدامه جنبًا إلى جنب مع وحدة تحكم التغذية المرتدة لتعزيز صفات الطيران للطائرة. ركز هذا البحث على نموذج كامل لطائرة هليكوبتر بمدخلاتها المتعددة - خصائص الخرج المتعددة ، والاقتران بين الديناميكيات الطولية والديناميكية الاتجاهية. تم إعطاء النموذج الرياضي للطائرة في شكل مساحة الدولة لسرعة الطيران المختلفة. ثم تمت مقارنة النتائج مع التحكم في التغذية المرتدة الكلاسيكية المستخدمة في الطائرة.

تتطلب الديناميكيات العكسية طائرة مستقرة كشرط أولي. بالنظر إلى المدخلات المتعددة - نظام المخرجات المتعددة ، تم توفير الاستقرار من خلال مصفوفة الكسب المستخدمة في التغذية المرتدة للحالات الكاملة. وقد تم حسابه باستخدام طريقة وضع العمود.

بعد التأكد من استقرار الطائرة ، تم حساب الديناميكيات العكسية لنظام الحلقة المغلقة. لتحقيق ذلك ، تم أخذ نظام المدخلات المتعددة - المخرجات المتعددة الممثلة في شكل مساحة الدولة في شكل مربع بحيث أن عدد المدخلات كان مساوياً لعدد المخرجات ، لتجنب التفرد الرياضي. وكانت المخرجات التي تم اختيارها هي معدلات الملعب واللف والياو والصعود. ثم تم تحويل النظام في مصفوفة من وظائف النقل ، وتم عكس كل وظيفة نقل قبل إعادة تجميعها في مساحة الحالة من.

تم تصميم ديناميكيات المحرك كنظام من الدرجة الأولى ، وكان هناك تأخير زمني في النظام تم تقريبه كنظام من الدرجة الثالثة. وبسبب هذا ، كان بسط الديناميكيات العكسية بأوامر أكبر من المقامين وكان من الضروري استخدام مرشح تمرير منخفض من المرتبة الخامسة لجعل الديناميكيات العكسية مناسبة. تم اختيار تردد المرشح بالتجربة والخطأ ، بحيث يكون عاليًا بما يكفي لعدم التأثير على ديناميكيات النظام ، ولكن ليس مرتفعًا جدًا بحيث يتطلب معدل محرك غير فعلي. لهذه التحقيقات ، تم تنفيذ التجارب على أحد محاكيات مختبر المركبات التجريبية من MAI ، مع الطيار في الحلقة أثناء مهمة التتبع. تم تمثيل العروض بمربع الوسط لخطأ التتبع طوال الرحلة لمدة 144 ثانية. تم تنفيذ المجموعة الأولى من التجارب دون مراعاة الروابط بين الديناميكيات. كان الطيار يتحكم فقط في قناة ديناميكية واحدة ، بغض النظر عن الأخرى وكيف تأثر بها.

تم تحليق الطائرة مع الديناميكيات العكسية في حلقة التحكم ، وتمت مقارنة النتائج بالطائرة التي تم نقلها باستخدام وحدة التحكم التقليدية في التغذية المرتدة. كانت التجارب الأولى التي أجريت في حالة عندما كانت ديناميكيات الطائرة معروفة تمامًا. كانت دقة المهمة مع الديناميكيات العكسية في الحلقة أفضل 2.8 مرة من وحدة التحكم في التغذية المرتدة وحدها. ثم أجريت التجارب مع الاضطرابات الجوية. كانت أداء الديناميكيات العكسية جيدة لبعض اتساع الترددات وتردداتها ، ولكن الحمل التجريبي كان مرتفعًا كما أظهر تحليل الأداء التجريبي. مع زيادة اتساع و / أو تكرار الاضطرابات ، تدهور أداء التتبع مع الديناميكيات العكسية ، وفي النهاية كانت أسوأ من تلك التي تحتوي على وحدة تحكم التغذية المرتدة الكلاسيكية. كما أجريت التجارب في حالة عدم اليقين النمذجة. عندما كانت أوجه عدم اليقين في الأعمدة المتوسطة التي لم تكن سريعة جدًا ولا بطيئة جدًا ، أظهرت التجارب مع الديناميكيات العكسية أداءً جيدًا مقارنة بالتعليقات. وتدهور الأداء مع تزايد مستوى عدم اليقين. ومع ذلك ، عندما كانت أوجه عدم اليقين في الأقطاب البطيئة ، انخفض أداء الديناميكيات العكسية بشكل كبير. كما تم اختبار عدم اليقين في حالة مشتقات الاستقرار غير المؤكدة.

في كلتا الحالتين ، عندما كانت الشكوك تزداد حدة ، كان أداء الديناميكيات العكسية يزداد سوءًا ، وفي النهاية ، أصبحت الطائرة لا يمكن السيطرة عليها ، على الرغم من أنها لا تزال قابلة للتحكم مع وحدة تحكم التغذية المرتدة وحدها. ثم تم تقديم مخطط جديد باستخدام نموذج مرجعي وعكسه لمواجهة هذه التأثيرات وتعزيز الأداء في حالة الاضطرابات و / أو نمذجة عدم اليقين.

تم اختيار النموذج المرجعي ليكون المرشح المستخدم مع الديناميكيات العكسية. كان هذا الاختيار مدفوعًا بحقيقة أن ديناميكيات هذا الفلتر كانت قريبة جدًا من ديناميكيات النظام بأكمله للطائرة ذات الديناميكيات العكسية. في حالة عدم وجود اضطرابات أو شكوك حول النمذجة ، لم يغير النموذج المرجعي ديناميكيات الطائرة على الإطلاق ، وأظهرت التجارب أن الأداء مع الديناميكيات العكسية ظل كما هو عند إضافة النموذج المرجعي إلى الحلقة. أجريت التجارب مرة أخرى مع النموذج المرجعي في حلقة التحكم في حالة الاضطرابات الجوية وزاد الأداء مع الديناميكيات العكسية بشكل ملحوظ. كانت دقة التتبع أفضل 7 مرات على الأقل من وحدة تحكم الملاحظات.

في حالة عدم اليقين النمذجة ، تم إجراء التجارب مرة أخرى مع النموذج المرجعي في الحلقة ، وأظهروا أن الديناميكيات العكسية تفوقت على وحدة التحكم في التغذية المرتدة الكلاسيكية. تم التحقيق بنسبة 20٪ من الشكوك. عندما كانت الشكوك في القطبين ، بما في ذلك القطبين البطيئين ، كانت العروض مع الديناميكيات العكسية 2.2 مرة أكثر من ردود الفعل. عندما كانت الشكوك في مشتقات الاستقرار ، كانت العروض أفضل 1.8 مرة.

تم تنفيذ مجموعة ثانية من التجارب في بيئة مقترنة حيث كان الطيار على دراية بالديناميكيات المقترنة وكان يحاول الفصل أثناء أداء مهمة التتبع. يتم أخذ الديناميكيات العكسية مع النموذج المرجعي.

في الحالة التي يفترض فيها أننا عرفنا 100٪ من ديناميكيات الطائرة ولم يكن هناك أي اضطراب في الغلاف الجوي ، أظهرت التجارب أن الأداء كان أفضل 2.9 مرة مع الديناميكيات العكسية.

مع الاضطرابات الجوية ، كانت العروض مع الديناميكيات العكسية أفضل 6.2 مرة من التغذية المرتدة وحدها.

مع وجود 20 ٪ من حالات عدم اليقين في القطبين ، بما في ذلك الأقطاب البطيئة ، كانت أداء التتبع أفضل 2.5 مرة مع الديناميكيات العكسية ؛ ومع وجود 20٪ من حالات عدم اليقين في مشتقات الاستقرار ، فإنها مرة أخرى أفضل 2.5 مرة مما كانت عليه عندما تم استخدام وحدة التحكم في التغذية الراجعة وحدها.

تظهر نتائج التجارب ، كما هو موضح أعلاه ، أن استخدام الديناميكيات العكسية والنموذج المرجعي في حلقة التحكم أثبت أنه يعزز الأداء وخصائص الطيران لكل من الديناميكيات الطولية والاتجاهية للطائرة العمودية ، وقمع الاقتران بين هذه الديناميكيات.