برای سیستم فرود خودکار یک پهپاد بر اساس سیستم ناوبری خارجی

یشهوژپ یملع همانهام

یسدنهم کیناکم

سردم

mme.modares.ac.ir

Please cite this article using:

کی یحارط لرتنک

هدننک PID

- H

∞

متسیس ساسا رب داپهپ کی راکدوخ دورف متسیس یارب

یجراخ یربوان

یفجن نیدلادجم

*1

باهش ، ناینامحر نیدلا ،

1

یناریش دازهب

2

-1 یتعنص هاگشناد ،قرب یسدنهم ،رایداتسا ناهفصا ،ناهفصا

-2 ناهفصا یتعنص هاگشناد ،قرب یسدنهم ،دشرا یسانشراک یوجشناد ناهفصا ،

* یتسپ قودنص ،ناهفصا 6113865111

، majd_najafi@cc.iut.ac.ir

هلاقم تاعلاطا هدیکچ

لماک یشهوژپ هلاقم :تفایرد ریت26 1396

:شریذپ رهم53 1396

:تیاس رد هئارا نابآ19

1396 کی یحارط ،هلاقم نیا رد

لرتنک هدننک تهج مواقم دیدج هدنرپ کی راکدوخ دورف

تاعلاطا ساسا رب نیشنرس نودب تباث لاب لاسرا

هدش کی زا

.تسا هتفرگ رارق یسررب دروم هدنرپ زا جراخ یربوان متسیس زا

اجنآ هک ،تسا دورف زاف نیشنرس نودب یامیپاوه کی یزاورپ زاف نیرتراوشد

لاومعم یم خر زاف نیا رد ثداوح نیرتشیب ینیعمان و یطیحم تاشاشتغا دوجو اب و لااب تقد اب راکدوخ دورف متسیس کی هئارا اذل .دهد

یاه

،زاف نیا یارب متسیس متسیس .دراد یناوارف تیمها

ینیمز لمح لباق رزیل و کیتپا متسیس کی ،هلاقم نیا رد هدافتسا دروم دورف یربوان زا هک تسا

یور هدنرپ ،دناب ی عافترا و تمس هیواز هب طوبرم تاعلاطا و هدومن بیقعت ار فده نآ

دورف دناب زکرم هب تبسن ار هبساحم

یم هب هجوت اب اما .دنک

اب تسا نکمم هدنرپ یارب تیعقوم تاعلاطا لاسرا ،یربوان متسیس ندوب یجراخ خأت

ی ر هدنرپ لرتنک متسیس ،اتسار نیا رد .دوش لاسرا نآ یارب

یم تسیاب هب هنوگ ا ار هدنرپ یرادیاپ ،یتفایرد تاعلاطا ساسا رب هک دوش یحارط ی دوجواب

ینیعمان مهم و طیحم تاشاشتغا ،لدم یاه ،همه زا رت

خأت ی ر کی هلاقم نیا رد اذل .دیامن ظفح ،تیعقوم تاعلاطا لاسرا رد لرتنک

هدننک دیدج شلاچ ندرک هدروآرب یارب مواقم زاسرادیاپ قوف یاه

و

تیدودحم ساسا رب نینچمه یراتخاس یاه

لرتنک هدننک ،هدنرپ ی داهنشیپ هیبش جیاتن اهتنا رد .تسا هدش مرن یزاس

یرازفا ساسا رب مرن رازفا رد

هقلح هئارا هدش تسا جیاتن . ناشن هدنهد تیلباق ی هدنرپ راکدوخ دورف لرتنک رد شور نیا یاه .تسا نیشنرس نودب یاه

:ناگژاو دیلک نیشنرس نودب یامیپاوه راکدوخ دورف لرتنک هدننک

PID - H∞

ینیمز یریوصت یربوان

Design of an H

∞

-PID Controller for an UAV Auto-Landing System Based on External Navigation

Majdeddin Najafi^1*, Shahaboddin Rahmanian¹, Behzad Shirani²

1- Research Institute for Avionics, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran.

2- Department of Electrical & Computer Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran.

* P.O.B. 8415683111, Isfahan, Iran, majd_najafi@cc.iut.ac.ir

ARTICLE INFORMATION ABSTRACT

Original Research Paper Received 19 July 2017 Accepted 27 September 2017 Available Online 10 November 2017

The design of a robust controller for the automatic landing system is investigated for an unmanned fixed-wing aircraft based on an external navigation system. Since landing is the most difficult phase of flight, the major accidents occur in this phase. So, providing a high-precision automatic landing system in presence of environmental disturbances is very important for UAVs landing. The used landing navigation system is founded on a portable land-based laser-optics system which can track the UAV and calculate the altitude and direction of it toward the center of runway. However, the navigation system is external; sending them to the UAV can be done with a delay. In this regard, UAV’s control systems must be designed such that the stability of aircraft is satisfied based on information of navigation system with considering the model uncertainty, noises, disturbance and navigation delay. So in this paper, a new robust stabilizer controller is suggested for UAVs to overcome these challenges with considering some limitation in the structure of the controller. Finally, simulation results based on laboratory software in the loop is presented. The results indicate the capability of using proposed method for automatic landing of UAVs.

Keywords:

Unmanned Aerial Vehicle Auto-landing

H∞-PID Robust Controller

Ground-Vision Based Navigation Systems

-1 همدقم رد یراتخمدوخ فلتخم حوطس اب نیشنرس نودب یاهامیپاوه هزورما

یم رارق هدافتسا دروم فلتخم یاهدربراک .دنریگ

هلمجزا نآ یاهدربراک

یم سانش ،تراظن تایلمع هب ناوت هلومحم لمح ،ییا

هراشا تاجن و دادما و

ماجنا یارب نیشنرس نودب یاهامیپاوه .درک رومأم

ی ت اه رد دیاب فلتخم ی

طیحم و طیارش تروص نیا ریغ رد ،دنشاب تایلمع ماجنا هب رداق فلتخم یاه

نآ هب تسا نکمم دسرب بیسآ اه

[ ]1 زا یکی هشیمه دورف زاف ،نایم نیا رد .

هثداح هدنرپ عاونا رد یزاورپ یاهزاف نیرتزیخ امیپاوه و اه

نیمه هب .تسا اه

نانیمطا تیلباق اب راکدوخ دورف لرتنک و یربوان متسیس کی زا هدافتسا تهج هدنرپ عاونا یارب لااب اه

ب و دورف یاهدناب عونت ،یکیمانید عونت هب هجوت ا

هدنرپ نیا تیساسح نینچمه یم رظن هب یرورض یطیحم تاشاشتغا هب اه

-

دسر [ ].2

زاف رد شلاچ نیلوا دناب یاتسار رد هدنرپ قیقد تیاده و یربوان ،دورف

لاس رد .تسا دورف متیروگلا ،هتشذگ یاه

یربوان یارب یفلتخم تازیهجت و اه

هثداح لماوع شهاک و دورف تقد شیازفا یاتسار رد و هدنرپ تیاده و رد زاس

زاف نیا پ ی هدشداهنش تسا

[ ]3 .

ًلاومعم متسیس زا گرزب یاهامیپاوه یارب ،

ILS1

یم هدافتسا دورف یارب .دوش

هب تروص یارب ،هباشم UAV2

متسیس زا اه -

لثم ییاه UCARS3

4 و هدافتسا TALS هدش هک تسا پ ی هدا زاس نآ ی

تسا صخشم دناب کی یارب اهنت و هنیزهرپ [

]4 د . شور رثکا ر ،دوجوم یاه

هدنرپ تیعضو ساسا رب

ای پوکسوریژ رب ینتبم یلخاد هناماس کی

سح اهرگ ی IMU5

دننامه یربوان کمک متسیس کی طسوت هدنرپ تیعقوم و

یم هبساحم یریوصت ای و یرزیل ،یرادار متسیس ،GPS یارب نینچمه .دوش

زین یتارباخم و یسرنیا متسیس قیفلت زا راکدوخ دورف یم هدافتسا

دوش [ ]5 زا .

متسیس نیا نیب ،اه

رتدربراکرپGPS ی ن شور یربوان تسا هتبلا هک ًلاومعم زا

هدایپ .تسین رادروخرب دورف زاف یارب یفاک تقد متسیس یزاس

یاه

ج نارب هدننک لثم ،GPS

DGPS6

نیا ،یفرط زا و تسا یدایز هنیزه یاراد زین

متسیس بیسآ طابترا ندش عطق ای و گنیمج لباقم رد اه دنتسه ریذپ

[7 ,6 .]

لاس رد زین یرزیل یاهروسنس یانبم رب دورف هتفرگ رارق هجوت دروم ریخا یاه

تسا [ ,8 ]9 .

ًلاومعم متسیس نیا نکمم و دنراد ییلااب ناوت هب زاین اه

تسا

متسیس .دنشاب هنیزهرپ متسیس هجوت دروم رتشیب هزورما رادار رب ینتبم یاه

-

یماظن یاه هتفرگرارق

تسا [ ,6 ]7 هک رواّنف نیا تخاس تهج ییلااب ی

متسیس زاین دروم اه تسا

متسیس تفرشیپ اب . شزادرپ یاه

زا هدافتسا ،ریوصت

نیققحم هجوت دروم راکدوخ دورف رد زین شور نیا هتفرگرارق

.تسا هب لکروط ی

شور نیا یم اه دناب تیعقوم صیخشت تهج هدنرپ یور رب دنناوت [

,10 ]11 ای و

شت تهج دناب یور رب دنوش بصن فده هدنرپ تیعقوم صیخ

[ ,12 ]13 شور .

،ریوصت رب ینتبم مک

زه ی هن یاراد ، رواّنف ینوریب لماوع هب مواقم و یتعنص ی

یاراد تسا نکمم اما تسا خأت

ی ر یئزج .دشاب اب ا ی ن لاح ، تروصرد ی هک

شور نیا رد ،دوش بصن دناب یور رب یشزادرپ متسیس تازیهجت

هدافتسادروم

مک مجح فلتخم یاهدناب یارب ار یتایلمع هدافتسا تیلباق و هدوب کبس و

یم شیازفا .دهد

اما هب لکروط متسیس ی دناب یور رب هک تیعقوم نییعت یاه

یم بصن اب ار تیعقوم تاعلاطا تسا نکمم ،دنوش خأت

ی ر لاسرا هدنرپ یارب

یحارط رد دیاب عوضوم نیا هک دننک لرتنک

هدننک .دوش ظاحل

هب زج لئسم ه و یربوان خأت ی اهر هتسد ،نآ زا یشان ی زاف رد ثداوح زا یا

داب یچیق لثم یرفسمتا تاشاشتغا زا یشان دورف تسا7

[ ]14 هدیدپ نیا .

نایرج یناهگان رییغت ثعاب یم هدنرپ رگید حوطس و لاب فارطا ییاوه یاه

دوش

یم رییغت ار هدنرپ عافترا و زاورپ ریسم و دورف ییاهن هلحرم رد نینچمه .دهد

نامز رد و لف

8ر لاب فارطا یاوه نایرج ، اخ هب اه

نیمز رثا رط یم رییغت9

.دننک

یم هدنرپ یلوط یرادیاپ رییغت ثعاب راک نیا راوشد ار نآ لرتنک و دوش

یم ،هلمح هیواز شیازفا و هدنرپ تعرس شهاک تلع هب هکنآ رگید هتکن .دنک

د ی مان ی ک اه ی عمان ی ن شان ی مرت زا اه ی غ ی طخر ی روهظ دورف زاف رد پ

ی هدرکاد و

هرطاخم هب ار هدنرپ یرادیاپ یم

دزادنا [ ]15 کی ،دورف زاف ندش نمیا یارب اذل .

تاشاشتغا ربارب رد مواقم زاورپ لرتنک متسیس کی هب زهجم دیاب هدنرپ ینیعمان نینچمه و یطیحم دشاب لدم یاه

[ -16 ].18

1 Inertial Navigation System

2 Unmanned Aerial Vehicle

3 UAV Common Automatic Recovery System

4 Tactical Automatic Landing System

5 Inertial Measurement Unit

6 Differential GPS

7Wind shear

8Flare

9Ground effect

لاس رد متیروگلا ،هتشذگ یاه شیازفا تهج ،هدنرپ لرتنک یارب یفلتخم یاه

دورف تقد شهاک و هثداح لماوع تسا هدش داهنشیپ زاف نیا رد زاس

[ ]19 رد .

یم نیا لرتنک ،نا هدننک لابقا دروم رایسب زاورپ لرتنک متسیس یارب PID

تیبوبحم .تسا هدوب ناحارط لرتنک

هدننک هدایپ تلوهس زا یشان رتشیبPID

-

یبسن تمواقم و زاورپ یاهرتویپماک رثکا رد هدامآ یلرتنک هتسب هئارا ،یزاس تسا یطیحم تاشاشتغا لابق رد [

]19 مرت زا یشان ینیعمان ،یفرط زا . یاه

کی دنمزاین یطخریغ لرتنک

هدننک لثم مواقم لرتنک

هدننک H∞

تسا [ ]20 .

رد [ ]21 لرتنک کی ، هدننک

H∞

یامیپاوه راکدوخ دورف یارب یطخریغ مواقم

داب روضح رد نیشنرس نودب هئارا

هدش یم نآ رب هولاع .تسا شور زا ناوت

یاه

نوراو لثم رگید کیمانید

درک هدافتسا بیقعت تقد شیازفا یارب10

[ ]22 رد .

[ ]23 هدهاشم کی ندوزفا و شور ود نیا بیکرت اب ، کی ،هنیهب رگ

لرتنک هدننک هزادنا زیون ربارب رد مواقم داب یچیق و روسنس یریگ

پ ی هدشداهنش

ا لرتنک زا هدافتسا اب هک تسا هدش هداد ناشن نینچمه .تس هدننک

H2

-یم

شرس بیش ناوت و داب شاشتغا ربارب رد و درک بیقعت یبسانم درکلمع اب ار11

درک داجیا دورف زاف رد رفص راگدنام یاطخ ،متسیس رد یرگلمع بیع عوقو [ ]24 شور زا . لثم مواقم یبیکرت یاه /H∞

H2

یامیپاوه راکدوخ دورف یارب

زین نیشنرس نودب هدافتسا

هدش تسا [ ,25 ]26 رد . [ ]26 ندروآرب یارب ،

ندوب هنیهب و مواقم یدنمزاین هب

تروص مه نامز دورف یارب شور نیا زا ،

.تسا هدش هدافتسا راکدوخ هب

روط ی هک زا ،دورف هنیهب ریسم داجیا یارب ،

لرتنک هدننک H2

زا متسیس درکلمع یور رب شاشتغا رثا ندرک هنیمک یارب و

لرتنک هدننک H∞

س .تسا هدش هدافتسا لرتنک ود نیا یمتیروگلا طسوت سپ

-

رگیدکی اب هدننک کرت

ی ب هدش دنا رد نینچمه . [

]27 و [ ]28 یبصع هکبش زا

اب راکدوخ دورف یارب رظن رد

.تسا هدش هدافتسا ،شاشتغا نتفرگ

کی هئارا فده ،قیقحت نیا رد لرتنک

هدننک دیدج PID - H∞

دورف تهج

ن ساسا رب نیشنرس نودب هدنرپ کی راکدوخ ،رادریخات یجراخ تیعقوم یربوا

هیاپ نیمز یریوصت یربوان متسیس دننامه تسا

. لرتنک هدننک رد یداهنشیپ

و هدوب مواقم نیمز رثا و داب زا یشان یطیحم تاشاشتغا لباقم رد هلاقم نیا هب ار هدنرپ یرادیاپ نینچمه ازا

ینیعمان ی مرت زا یشان یاه یطخریغ یاه

نیا نینچمه .دنک تنامض نک

لرت هدننک دوجواب ار یرادیاپ خأت

ی ر هدش داجیا

یم نیمضت هدنرپ زا جراخ تیعقوم یربوان متسیس رثا رب یلرتنک هقلح رد .دنک

یلرتنک هیاپ زا هدافتسا لیلد هدایپ هدامآ رتسب دوجو ،قیقحت نیا ردPID

-

رتویپماک رثکا رد نآ یزاس ثعاب عوضوم نیا هک تسا دوجوم زاورپ یاه

هدایپ تلوهس نیا یزاس

لرتنک هدننک یم دوش [ ]29 .

ًانمض اهراتخاس ، هیلوا ی ی

هقلح یاه ظفح شور نیا رد دوجوم زاورپ یاهرتویپماک رد دوجوم یلرتنک

یم .دوش ،هلاقم نیا همادا رد مود شخب رد

یکیمانید لدم غ

ی طخر یطخ و ی

هدنرپ تباث لاب یاه یم هئارا

تیاده و یربوان شور موس شخب رد .دوش

یم یسررب یلامجا تروص هب یداهنشیپ

،مراهچ شخب رد .دوش لرتنک

هدننک

PID - H∞

یداهنشیپ حارط ی هدش یم تابثا نآ یرادیاپ و ،مجنپ شخب رد .دوش

لرتنک هدننک یعقاو نیشنرس نودب هدنرپ لدم کی یارب یداهنشیپ

حارط ی هدش جیاتن و مرن رازفا یم هئارا هقلح رد .ددرگ

اهن ی

ًات عمج دنب شخب رد ی

یم نایب مشش .دوش

-2 متسیس لدم لدم ،یمومع تروص هب هدنرپ یدازآ هجرد شش

اه تلاداعم تروص هب

10Dynamic inversion

11Glide slope

:دنتسه فیصوت لباق ریز یطخریغ

1( )

{

𝑋̈ = 𝑢̇ = 𝑟𝑣 − 𝑤𝑞 − 𝑔 sin 𝜃 −𝐷

𝑚+𝑇 cos 𝛼

𝑚 𝑌̈ = 𝑣̇ = −𝑢𝑟 + 𝑤𝑝 + 𝑔 sin 𝜑 cos 𝜃 +𝑌

𝑚+𝑇 cos 𝛼 sin 𝛽 𝑚 𝑍̈ = 𝑤̇ = 𝑢𝑣 − 𝑣𝑝 + 𝑔 cos 𝜑 cos 𝜃 −𝐿

𝑚−𝑇 sin 𝛼 𝑚 𝜑̈ = 𝑝̇ = (𝑐₁𝑟 + 𝑐₂𝑝)𝑞 + 𝑐₃𝐿_𝐴+ 𝑐₄𝑁_𝐴 𝜃̈ = 𝑞̇ = 𝑐₅𝑝𝑟 + 𝑐₆(𝑝²− 𝑟²) + 𝑐7𝑀_𝐴 𝜓^̈ = 𝑟̇ = (𝑐₈𝑝 + 𝑐₂𝑟)𝑞 + 𝑐₄𝐿_𝐴 + 𝑐₉𝑁_𝐴

نآ رد هک 𝑥

و و𝑦 ،نیمز هاگتسد رد تیعقومz φ

𝜃 و 𝜓 و رد تیعضو

،هندب هاگتسد ،مرج𝑚

و𝛼 ،یبناج شزغل هیواز و هلمح هیواز 𝛽 یورین𝑇

،روتوم شنار و𝐿

و𝐷 ،یبناج یورین و اسپ یورین و ارب یورین𝑌 𝐿_𝐴

و 𝑀_𝐴 و

𝑁𝐴

و شدرگ و شچیپ ،شخرچ یکیمانیدوریآ رواتشگ اهن

ی ًات 𝑐𝑖

قتشم بیارض

هدنرپ رد .دنتسه یرادیاپ لاب یاه

و روتوم تردق یور لرتنک یاراد هک تباث

یاهرتماراپ ،دنشاب یلرتنک کلاب حطس هس لقادح 𝑇(𝛿_𝑡)

، 𝐷 (𝛿_𝑒) ، 𝐿(𝛿_𝑒)

، 𝑌(𝛿_𝑎, 𝛿_𝑟)

، 𝐿_𝐴(𝛿_𝑎, 𝛿_𝑟, 𝛿_𝑡)

، 𝑀_𝐴(𝛿_𝑒) ، 𝑁_𝐴(𝛿_𝑎, 𝛿_𝑟, 𝛿_𝑡) حوطس زا یعباوت

(لتارت یلرتنک 𝛿𝑡

(یدومع کلاب ، ) 𝛿𝑟

( یقفا کلاب ، ) 𝛿𝑒

( رپهش کلاب و ) 𝛿𝑎

)

.دنتسه هدنرپ یارب ،تباث لاب یاه

ًلاومعم دح ات ،راک هیحان لوح هدش یطخ تلاداعم

یم یدایز دناوت صوت ی ف هدننک یطخ تشاد هجوت دیاب اما .دشاب یعقاو متسیس -

متسیس یزاس ًلاومعم

مرت تلع هب ثعاب ،یطخریغ کیمانید رتلااب هبترم یاه

یم یطخ متسیس یاهرتماراپ رد تیعطق مدع روهظ دوش

اذل . فیصوت کی

یم ار راک هیحان لوح متسیس زا یطخ بسانم ریز یمومع تروص هب ناوت

:دومن ضرف 2( ) {

ẋ(𝑡) = Ax(𝑡) + B1u(𝑡) + B2ω(𝑡) z(𝑡) = C1x(𝑡) y(𝑡) = C₂x(𝑡)

نآ رد هک x = [u, 𝑋, 𝑣, 𝑌, 𝑤, 𝑍, 𝑝, 𝜑, 𝑞, 𝜃, 𝑟,ψ]^T

تلاح اه ،متسیس ی

، A B1

، B2

و Ci

،نیعم بیارض تلاحy

رد بولطم اه هلئسم

،دورف تلاح z اه ی

ثأت ی راذگر

،لدم ینیعمان رد u = [𝛿𝑡, 𝛿_𝑎, 𝛿_𝑟, 𝛿_𝑒]^T

و هدنرپ یلرتنک حوطس ω

یم دناوت ناشن هدنهد رثا ای و )یبناج داب دننامه( یجراخ شاشتغا

ینیعمان یاه .دش دنهاوخ هداد حیضوت همادا رد هک دشاب لدم رد دوجوم

نایب زا یضعب رد ،اه

هب اج روحم رد تعرس ی و 𝑣

رب تلاح تلاداعم ،𝑤

( هلمح هیواز ساسا (یبناج شزغل هیواز و )𝛼

هعومجم تروص هب )𝛽 تلاح

ه ا

x = [u, 𝑋, 𝛼, 𝑌, 𝛽, 𝑍, 𝑝, 𝜑, 𝑞, 𝜃, 𝑟,ψ]^T یم نایب زین

.دنوش

هب لکروط یم ی لماش هتسب هقلح متسیس لدم ناوت لرتنک

هدننک و

ینیعمان مرت زا یشان یاه کی تروص هب ار یطخریغ یاه

LFT1

تروص هب و

1 لکش .داد ناشن

نآ رد هک

، نیشنرس نودب هدنرپ یطخ لدمP ینیعمان∆

یاه غ ی ر

راتخاس ی مرت زا هدشن لدم و یطخریغ یاه

لرتنکK هدننک متسیس یلک

،دش دهاوخ هداد حیضوت همادا رد هک کچوک هرهب هیضق ساسا رب .تسا تروصرد ی هک ینیعمان لاقتنا عبات ود مرن بولطم دح کی زا∆

کچوک رت دشاب

‖∆‖∞<¹( یم ) γ

ار هتسب هقلح متسیس یرادیاپ ناوت ساسا رب

لاقتنا عبات مرن

( شاشتغا یجورخ هب )ω

ریداقم ضرف اب تشاد هجوت دیاب .دومن یسرربz(𝑡)

گرزب رت ترابع یارب یطخریغ هیحان∆

گرزب رت لدم یارب راک هطقن لوح ی

1 Linear Functional Transformation

Fig. 1 The LFT model

1 لکش LFT لدم

و هدش ضرف متسیس لرتنک

هدننک حارط ی هدش بذج هیحان یارب یرادیاپ ،

گرزب رت ار ی مأت ی ن یم رب اما ،دنک هظفاحم

راک نامرف و هدوزفا ی یلرتنک یاه

گرزب رت یم داجیا ی شور رثکا فلاخرب نینچمه .دیامن

متسیس یحارط یاه

یم ادج مه زا ار یبناج و یلوط روحم تلاداعم هک راکدوخ نابلخ دننک

، رد

شور هئارا هدش رما نیا هب یزاین هلاقم نیا رد نی

تس .

-3 متسیس تیاده و یربوان

نامه روط لرتنک شور کی هئارا فده هلاقم نیا رد ،دش نایب همدقم رد هک

هدنرپ دورف زاف یارب مواقم یربوان متسیس کی ساسا رب نیشنرس نودب یاه

یم متسیس نیا .تسا یجراخ تیعقوم و هیاپ نیمز یرادار متسیس کی دناوت

دناب یور رب رقتسم یریوصت شزادرپ متسیس کی ای متسیس نیا رد .دشاب

،اه

ود هلئسم نینچمه و یربوان تقد خأت

ی ر ا ی هدشداج و تیعقوم صیخشت رد

.دراد دورف زاف رد هدنرپ بسانم لرتنک رد یدیلک شقن ،هدنرپ یارب نآ لاسرا یصاصتخا مان اب رزیل و یریوصت یبایدر متسیس کی زا هلاقم نیا رد BINA

.تسا هدش هدرب هرهب نامه

روط رد هک عجرم [ ]30 نیا ،تسا هدش هراشا

زهجم یدازآ هجرد ود یوکس لماش متسیس یترارح و یئرم یاهروسنس هب

یم هناماس نیا .تسا و هدومن لفق رظن دروم فده یور رب دناوت

ار نآ لابند

اب و گنردلاب تروص هب دیامن خأت

ی ر و تمس یایاوز ،فده ات هلصاف یئزج

هزادنا ار عافترا متسیس نیا یدازآ هجرد ود روحم .دیامن یریگ

هب هنوگ ا ی

یم تکرح فده هراومه هک دنک هبساحم اب سپس و هدوب نیبرود زکرم رد

یم جارختسا فده یایاوز ،اهروحم شدرگ نازیم ،تلاح نیا رد .دوش

هلصاف ی با تروص هب زین یرزیل مه

نامز و هدومن جارختسا ار فده ات هلصاف

یم لاسرا .دیامن لودج رد متسیس ینف تاصخشم هراشا دیاب هتبلا .تسا هدش هدروآ1

ا و شزادرپ هک دومن یامیپاوه یارب هناماس نیا طسوت تیعقوم تاعلاطا لاسر

فده خأت ی ر دودح رد ی م155

ی ل ی ناث ی ه لکش رد .دراد نیا زا ییامن 2

هنومن و متسیس ناشن نآ یجورخ ریواصت زا یا

هداد هدش .تسا

Fig. 2 BINA navigation system and its real outputs

2 لکش یربوان متسیس نآ یعقاو یجورخ هارمه هبBINA

لودج متسیس ینف تاصخشم1 [BINA

]30

Table 1 Technical Specifications of Bina System [30]

یدازآ هجرد ود یوکس تکرح نشولوزر

هجرد0.2

تکرح هدودحم تیدودحم نودب تمس رد

زا عافترا رد ات-10

75 هجرد

دید نادیم یلا هجرد0.6

هجرد20

هلصاف ی با یرزیل هزادنا درب

یریگ ات

رتم2000

تیاده متسیس نینچمه هدافتسادروم

شور رب ینتبم هلاقم نیا رد

عجرم رد یداهنشیپ [

]30 زا هدنرپ تمس تیاده تهج ،اتسار نیا رد .تسا

وصت متسیس ساسا رب یرادرب نادیم شور کی مان اب هیاپ نیمز یری

1 IVFGL

،رلف و شرس زاف ود رد زین عافترا روحم رد هدنرپ تیاده .تسا هدش هدرب هرهب .تسا هدش هتسج هرهب ییامن شور کی زا و هدش داهنشیپ -4 مواقم لرتنک متسیس یحارط H∞

کی یحارط شخب نیا رد لرتنک

هدننک نودب هدنرپ کی یارب زاسرادیاپ

یم هئارا یجراخ تیعقوم یربوان ساسا رب نیشنرس نیا .دوش

لرتنک هدننک

یم تیدودحم تسیاب :دیامن ناربج ار ریز یاه

پ ی هدا زاس راتخاس بلاق تحت ی لرتنک

هدننک اه یاهرتویپماک رد دوجوم ی

( زاورپ لرتنک هدننک اه ی )یدورو ره یارب هدش لقتسم جیوزت ریغPID

شهاک ثأت ی ر رثا و داب یچیق زا هقلح متسیس یجورخ رب طیحم تاشاشتغا

نیمز ینیعمان لابق رد یرادیاپ ظفح رد دوجوم یاه

مرت زا یشان لدم یاه

یطخریغ دوجو اب هتسب هقلح متسیس یرادیاپ ظفح خأت

ی ر هداد لاسرا زا لصاح یاه

سیس یوس زا تیعقوم ینیمز یربوان مت

هدنرپ رد هک تشاد هجوت دیاب لوا دروم حیضوت رد نیشنرس نودب یاه

ًلاومعم

یم هدافتسا هدامآ راکدوخ نابلخ متسیس کی زا راتخاس کی یاراد هک دوش

یلرتنک ،رگید یوس زا .تسا میظنت لباق نآ بیارض اهنت و تسا تباث PID

ًلاومعم نیا لرتنک هدننک اه دنچ تروص هب نک

لرت هدننک ی غMISO ی ر وزت ی ج

یم یحارط میقتسم تعرس و یضرع ،یبناج ،یلوط روحم رد هدش اذل .دنوش

ره لرتنک هدننک نامرف زا یکی اهنت کلاب یاه

و رپهش و یقفا ،یدومع یاه

یم نییعت ار روتوم لتارت تیدودحم زا رگید یکی نیا هک دنک

یاه لرتنک هدننک

.تسا سا نآ رب فده شخب نیا رد هک ت

لرتنک هدننک مواقم دیدج حارط

ی هدش

هنوگ هب و هدش جیوزت راتخاس ره اب هک دشاب یا غ

ی ر وزت ی ج هدش ی

لرتنک هدننک ینیعمان لابق رد ار یرادیاپ و هتشاد قباطت هدنرپ رد دوجوم ی

و لدم خأت ی ر و هدومن ظفح یربوان اهن

ی

ًات .دیامن لقادح ار یبناج شاشتغا رثا

یحارط زا لبق لرتنک

هدننک تروص هب فده هدنرپ لدم ات تسا زاین

یحارط ات دوش یسیونزاب بسانم لرتنک

هدننک هب و هاوخلد راتخاس ساسا رب

نایب هداس رت نایب دروم رد یتاحیضوت همادا رد اتسار نیا رد .دشاب نکمم

لدم هعسوت ی هتفا .دش دهاوخ هئارا

هدایپ تهج هک تشاد هجوت دیاب یزاس

لرتنک ننک هد اه ی جیوزت ریغPID

،هدش م ی اب ی تس زا یضعب تلاح اه هن و(

ًاموزل همه تلاح اه اهروسنس طسوت )

هزادنا لارگتنا و تاقتشم و هدش یریگ اجنآ زا .دنوش هبساحم زین زاین دروم یاه

هک

ًلاومعم هب زج تلاح اه تاقتشم ،ایاوز یلصا ی نآ

اه یربوان متسیس رد زین

1 Image Vector Filed Guidance Law

هزادنا یم یریگ ،دوش م

ًلاومع ریداقم اما .تسین تاقتشم هبساحم هب یزاین

یلارگتنا تلاح اه یم زاین دروم ،دنوش هبساحم تسیاب

دادعت ندرک هفاضا اب

ساسا رب ریز هدش هداد هعسوت متسیس ،فده متسیس هب ریگ لارگتنا بسانم 2( یم هئارا ) :دوش

5( ) {

x̅̇(𝑡) = A̅x(𝑡) + B̅1u(𝑡) + B̅₂ω(𝑡) z(𝑡) = C̅1x(𝑡) y(𝑡) = C̅2x(𝑡)

نآ رد هک تلاح اه تروص هب هدش هداد هعسوت x̅ = [x^T ∫ x𝑖]^T∈ ℜ^𝑛+𝑛̅

هدوب

و لارگتنا دادعت𝑛̅

تلاح اه هدایپ رد زاین دروم هقلح یمامت یزاس

یاه PID

ن ینچمه ،هدافتسا دروم B̅₁= [B1T 0]^T

، B̅₂= [B2T 0]^T

، C̅₁=

[C₁ 0]

، A̅ = diag{A, A𝑖} نآ رد هک ،

A𝑖

صوت ی ف هدننک تلاح اه یلارگتنا

یم لاثم ناونع هب .تسا دیدج تروص هب ار ایاوز یلارگتنا ریداقم ناوت

x̅ =

[x^T, ∫ 𝜑 , ∫ 𝜃 , ∫ 𝜓]^T

هب تلاح اه .دومن هفاضا یلصا متسیس یلصا ی

رد ،رگید یوس زا لرتنک

هدننک اه ی هدنرپ رد دوجومPID

،اه حطس ره

کلاب و لتارت( یلرتنک )یقفا و یدومع و رپهش یاه

ًلاومعم کی زا یعباوت

کی هب رجنم عوضوم نیا هک تسا هدش هتفرگ رظن رد صاخ تلاح زا هتسد یارب هدش جیوزت ریغ راتخاس لرتنک

هدننک یم هنومن ناونع هب .دوش

ًلاومعم

( زورک تعرس زا یعبات طقف لتارت 𝛿_𝑡= 𝑘𝑡(u, ∫ u)

اب ،) زا یعبات رپهش کل

(لور هیواز 𝛿_𝑎= 𝑘𝑎(𝑝, 𝜑, ∫ 𝜑) ( هدنرپ تمس زا یعبات یدومع کلاب ،)

𝛿_𝑟=

𝑘_𝑟(𝑟, 𝜓, ∫ 𝜓) ( هدنرپ عافترا و چیپ هیواز زا یعبات یقفا کلاب و )

𝛿_𝑒=

𝑘𝑡(𝑞, 𝛳, ∫ 𝛳 , 𝑍, ∫ 𝑍) یم ضرف )

هب راتخاس نیا هلاقم نیا رد هتبلا .دوش

یم هتفرگ رظن رد هاوخلد تروص ،رگید یوس زا .دوش

تلاح اه طسوت هک ی

ینیمز متسیس هزادنا

گ ی ر یم ی ( دننام دنوش 𝜓, ∫ 𝜓 , 𝑍, ∫ 𝑍

یاراد ،) خأت ی ر

نیا هک دنتسه لاسرا هلئسم

یحارط دیاب لرتنک

هدننک .دوش ظاحل

تهج پ ی هدا زاس ی لرتنک هدننک یم ،هدش جیوزت ریغ هتفای راتخاس تسیاب

تلاح اه رد هدافتسا دروم ی لرتنک

هدننک .دنوش کیکفت یدورو ره ازا

ی ن ور رد

( متسیس دینک ضرف هلحرم نیا دننامه لیدبت کی اب )5

x̃ = Tx̅

یتروص هب

دوش یسیونزاب هک

تلاح اه نینچمه و یلرتنک حطس ره رد هدافتسا بیترت هب ،

تلاح بیترت هب هزادنا یاه

سپس و یلخاد یربوان متسیس طسوت هدش یریگ

تلاح هزادنا یاه گ ،ینیمز یربوان متسیس طسوت هدش یری بترم

هدش سپس و

تلاح چیه رد هک ییاه لرتنک

هدننک ا یمن هدافتسا ی .دوش هدروآ اهتنا رد دنوش

:دشاب ریز تروص هب روکذم متسیس دینک ضرف 1( ) {

x̃̇(𝑡) = Ãx(𝑡) + B̃1u(𝑡) + B̃₂ω(𝑡) z(𝑡) = C̃1x(𝑡) y(𝑡) = Ĉx(𝑡)

نآ رد هک Ã = TA̅T⁻¹

، B̃ = TB̅₁ ، C̃ = C̅1T⁻¹

بیترت نیمه هب هیقب و

یم هبساحم تلاح لاثم ناونع هب .دنوش

دیدج متسیس یاه یم

هب دناوت

تروص x = [u, ∫ u , 𝑝, 𝜑, ∫ 𝜑 , 𝑟,𝜓, ∫𝜓, 𝑞, 𝜃, ∫ 𝜃 , 𝑍, ∫ 𝑍 , 𝑋, … ]^T .دشاب

لرتنک هدننک هدایپ ناکما هک دشاب یتروص هب دیاب یداهنشیپ هب نآ یزاس

نیدنچ تروص لرتنک

هدننک تلاح ساسا رب یدورو ره یارب لقتسمPID

یاه

هزادنا هاوخلد نینچمه و دشاب هدنرپ یلخاد یربوان متسیس زا هدش یریگ

هک تشاد هجوت دیاب رگید یوس زا .دشاب فیصوت لباق ینیمز یربوان متسیس تلع هب خأت ی ر ،یطابترا نامرف اه یاراد ینیمز متسیس زا هدش جتنم یلرتنک ی

کی خأت ی ر اذل .دنتسه تباث نیعمان لرتنک

هدننک تلاح کبدیف ود تروص هب

یم یسیونزاب ریز تروص هب :دوش

3( ) u(𝑡) = K_sx̃(𝑡) + K_dx̃(𝑡 − 𝑑)

نآ رد هک Ks

تلاح یلرتنک بیرض و یلخاد یاه

Kd

تلاح یلرتنک بیرض یاه

هدهاشم هدش و یجراخ یربوان متسیس طسوت خأت𝑑

ی ر اب .تسا نآ زا یشان

هب هجوت بترم زاس ی تلاح اه ( هلداعم رد هدایپ تهج ،)3

کی یزاس

لرتنک هدننک یم هتفایراتخاس یجورخ کبدیف تروص هب ار روکذم بیارض ناوت

:دومن نایب ریز 8( Ks= diag{[ks₁ 0], [ks₂ 0], … , [ks_m 0], 0_E} )

Kd= diag{[0 kd₁], [0 kd₂], … , [0 kd_m], 0E}

نآ رد هک ks_𝑗∈ ℜ^𝑛𝑠𝑗

رظانتم یلرتنک بیرض تلاحاب

اه نودب ی خأت ی ر رد

ی لرتنک حطس و ما𝑗

kd_𝑗∈ ℜ^𝑛𝑑𝑗 رظانتم یلرتنک بیرض

تلاحاب اه ی

هدهاشم هدش یلرتنک حطس رد یجراخ یربوان متسیس زا نینچمه و هدوب ما𝑗

سیرتام داعبا هنوگ هب دیاب رفص یاه

سیرتام ود هک دنوش ظاحل یا k_s𝑗

و k_d𝑗

و دنشاب ناسکی و حیحص داعبا یاراد 0𝐸∈ ℜ^𝑛𝐸

رظانتم اب تلاح اه تسا یی

متسیس رد هک لرتنک

هدننک ( تسا هدشن هدافتسا

∑ 𝑛𝑠𝑗+ ∑ 𝑛𝑑𝑗+ 𝑛𝐸=

𝑛 + 𝑛̅

) یم ،بیارض راتخاس نیا اب هک تشاد هجوت دیاب . حطس ره یارب ناوت

کی ،یلرتنک لرتنک

ک هدنن ساسا رب بسانمPID

تلاح اه یحارط هاوخلد ی

.دومن یارب ،مینک ضرف یقفا کلاب ار یلرتنک حطس نیلوا رگا لاثم ناونع هب

یلرتنک هقلح زا کلاب نیاPID

تلاح اه هزادنا ی یربوان متسیس هدش یریگ

چیپ هیواز دننامه یلخاد [𝜃̇, 𝜃, ∫ 𝜃]^T

یم یوناث هقلح رد .دومن هدافتسا ناوت

یم زین کی دناوت لرتنک هدننک زا ار هدنرپ عافترا تیعقوم هک ددرگ داجیاPI

تروص هب و یجراخ یربوان هناماس خأت

ی ر هتفای [z(𝑡 − 𝑑), ∫ z(𝑡 − 𝑑)]^T رد

تلاح نیا رد .دراد رایتخا 𝑛𝑠1= 3

و 𝑛𝑑1= 2 تسا و تلاح اه هب متسیس ی

ت روص x = [ 𝜃̇, 𝜃, ∫ 𝜃 , z(𝑡 − 𝑑), ∫ z(𝑡 − 𝑑) , … ]^T یم بترم

هب .دنوش

بیترت نیمه تلاح

اه نایب لباق زین لرتنک حوطس یقبام یارب بولطم ی .دنا

همادا رد لرتنک هدننک هقلح متسیس یرادیاپ و نایب هیضق کی تحت فده

یم تابثا هتسب .دوش

هیضق :1 ( هتسب هقلح متسیس هب )1

ازا ی لرتنک هدننک 3 ( ( و ) ره یارب )8

نازیم خأت ی ر 0 ≤ 𝑑 ≤ 𝑑_𝑚 طرش اب یکولب ینیعمان نازیم ره و

‖∆‖_∞<¹ 𝛾

رگا ،تسا رادیاپ رتام

ی س اه ی

،Y

،U Fs

، Fd

و رتام ی س اه نراقتم نیعم تبثم ی

Q > 0

، S > 0 ، P > 0 دوجو دنشاب هتشاد هب

هنوگ ا ( سیرتام هک ی یفنم )7

:دشاب نیعم

7( )

[

ψ₁₁ ψ₁₂ B̃₂ PC̃^T ψ₁₅ −𝑑𝑚Y

∗ ψ₂₂ 0 0 ψ₂₅ −𝑑𝑚U

∗ ∗ −𝛾²I 0 ψ₃₅ 0

∗ ∗ ∗ −I 0 0

∗ ∗ ∗ ∗ −𝑑_𝑚s 0

∗ ∗ ∗ ∗ ∗ ψ_{66 ]}

نآ رد هک

6( )

{

ψ₁₁= ÃP + PÃ^T+ B̃₁F_s+ F_s^TB̃₁^T+ Y + Y^T+ Q ψ₁₂= B̃₁Fd− Y + U^T ψ₂₂= −U − U^T− Q ψ₁₅= 𝑑_𝑚(PÃ^T+ F_s^TB̃₁^T) ψ₂₅= 𝑑𝑚FdT

B̃₁^T ψ₃₅= 𝑑_𝑚B̃₂^T ψ₆₆= −𝑑_𝑚PS⁻¹P

یم تلاح نیا رد .دنشاب لرتنک

هدننک یم یداهنشیپ :دشاب ریز تروص هب دناوت

9( ) K_d= F_dP⁻¹

K_s= F_sP⁻¹

میهاوخب هک یتروص رد لرتنک

هدننک کی تروص هب لرتنک

هدننک هتفایراتخاس

غ ی ر وزت ی ج ( هدش یم ،دوش یحارط )19 سیرتام تسیاب

یاه P و F_d و F_s ار

وربور تروص هب رد

رظن :تفرگ

15( ) P = diag{Ps₁, Pd₁, Ps₂, Pd₂, … , Ps_m, Pd_m, PE} > 0

F_s= diag{[Fs₁ 0], [Fs₂ 0], … , [Fs_m 0], 0E} F_d= diag{[0 Fd₁], [0 Fd₂], … , [0 Fd_m], 0E} P_s𝑗∈ ℜ^{𝑛𝑠𝑗×𝑛𝑠𝑗}, P_d𝑗∈ ℜ^{𝑛𝑑𝑗×𝑛𝑑𝑗}, P_E∈ ℜ^{𝑛𝐸×𝑛𝐸}, F_s𝑗∈ ℜ^𝑛𝑠𝑗, F_d𝑗∈ ℜ^𝑛𝑑𝑗, 𝑗 = 1: 𝑚

فناپایل عباوت :تابثا -

رظن رد ار ریز یکسفسارک گب

ی ر ی د .

11( V(x̃) = x̃(𝑡)^TP̅x̃(𝑡) + ∫ x̃(𝛼)^{𝑡 T} )

𝑡−𝑑

Q̅x̃(𝛼)d𝛼 +∫ ∫_−𝑑⁰ _𝑡+𝛽^𝑡 x̃̇(𝛼)^TS̅x̃̇(𝛼)d𝛼 d𝛽

نآ رد هک Q̅ > 0 ، S̅ > 0 ، P̅ > 0 رتام ی س اه .دنتسه نراقتم نیعم تبثم ی

نینچمه عبات دییامن ضرف .دوش نایب ریز تروص هب 𝐻

12( ) 𝐻 = V̇(x̃) + z̃(𝑡)^Tz̃(t) − 𝛾²ω(𝑡)^Tω(𝑡)

رگا عبات نیا رد 𝐻 < 0

هب ، ازا ،رفص شاشتغا یدورو ی V̇(x̃)

.تسا یفنم

هک اجنآ زا نینچمه V(0) = 0

و V(∞) ≥ 0 زا لارگتنا نتفرگ اب ،

هزاب رد𝐻

ات0 یم ،∞ رگا هک داد ناشن ناوت 𝐻 < 0

عبات ، 𝐽(ω) = ∫ (z̃₀^{∞ T}z̃ −

𝛾²ω^Tω) d𝑡 عبات ندوب یفنم .تسا یفنم عبات کی

𝐽(ω) لداعم تسا نآ هک

( شاشتغا لاقتنا عبات یجورخ هب )ω

ادz(𝑡) تیاهنیب مرن یار کچوک

رت زا

رادقم

‖T_zω‖_∞< 𝛾 هیضق ساسا رب هک تسا موهفم نیا هب عوضوم نیا .تسا

تمرف رد ینیعمان لاقتنا عبات تیاهنیب مرن هک یتروص رد ،کچوک هرهب LFT

رادقم یاراد کچوک

رت

‖∆‖_∞<¹ زا 𝛾

هدش تنامض هتسب هقلح یرادیاپ ،دشاب

تسا [ ].31 عبات هک دوش تابثا تسا یفاک هیضق طیارش ندش هدروآرب یارب اذل 𝐻

یمامت یارب تلاح

اه هب و ازا ی 0 ≤ 𝑑 ≤ 𝑑_𝑚

مل زا هدافتسا اب .تسا یفنم

زینبل نتوین [

]32 عجرم تسویپ رد هچنآ دننامه و [

]33 هدروآ یم ،میا ناوت

هک داد ناشن 15( ) 𝐻 =1

𝑑∫ ξ(𝑡, 𝛼)^TΛ(𝑑)ξ(𝑡, 𝛼)d𝛼

𝑡

𝑡−𝑑

نآ رد هک

11( ) Λ(𝑑) =

[

Ξ₁₁ Ξ₁₂ P̅B̃₂+ 𝑑A_c^TSB̃₂ −𝑑Y̅

∗ Ξ₂₂ 𝑑(B̃₁K_d)^TS̅B̃₂ −𝑑U̅

∗ ∗ 𝑑B̃₂^TSB̃₂− 𝛾²I 0

∗ ∗ ∗ −𝑑S̅]

Ξ11= P̅Ac+ AcT

P̅ + Y̅ + Y̅^T+ 𝑑AcT

S̅Ac

+Q̅ + C̃^TC̃

Ξ₁₂= P̅A_d− Y̅ + U̅^T+ 𝑑A_c^TS̅B̃₁K_d Ξ22= −U̅ − U̅^T− Q̅ + 𝑑(B̃1Kd)^TS̅B̃₁Kd

Ac= Ã + B̃1Kd

ξ(𝑡, 𝛼) = [x(𝑡)^T x(𝑡 − 𝑑)^T ω(𝑡)^T ẋ(𝛼)^T]^T

سیرتام نینچمه و یاه

Y̅

، U̅ و Q̅ سیرتام .دنتسه دازآ یاه مل زا هدافتسا اب

یم روش هک داد ناشن ناوت Λ(𝑑)

رارقرب ریز هلداعمان رگا اهنت و رگا تسا یفنم

:دشاب 13( ) Λt(𝑑) =

[

Φ11 Φ12 P̅B̃₂ C̃²

∗ Φ22 0 0

∗ ∗ −𝛾²I 0

∗ ∗ ∗ −I

] + 𝑑Θ[S̅⁻¹ 0

0 S̅⁻¹]Θ^T< 0