مکانیک هوا فضا
سال:1398 | دوره:15 | شماره:1 (پیاپی 55) |تعداد مقالات:12

در این مقاله، طراحی و پیاده سازی کنترل پیش بین مدل برای کنترل سوخت موتور توربوفن انجام شده است. ارضاء قیود عملکردی و ساختاری موتور چالشی برای طراحی کنترل کننده ایجاد می کند. سیستم کنترل باید اطمینان دهد که موتور در شرایط سلامت کامل، یعنی بدون فرارفت سرعت محور، استال کمپرسور، خاموشی محفظه احتراق و فرارفت دمای توربین کار می کند. در این راستا کنترل کننده ای مورد نیاز است که بتواند این قیود را ضمن بدست آوردن سیگنال کنترل بهینه لحاظ کند. به همین دلیل، کنترل پیش بین مدل برای کنترل سوخت موتور توربوفن با استفاده از یک مدل خطی از موتور در یک نقطه عملکردی طراحی شده است. نتایج عملکرد این کنترل کننده نشان می دهد که ضمن تولید سیگنال کنترلی بهینه، تمامی قیود در محدوده مورد نظر قرار گرفته اند. پس از اطمینان از عملکرد مناسب کنترلر در شبیه سازی های کامپیوتری، الگوریتم کنترل سوخت به صورت سخت افزاری پیاده سازی شده است. بدین منظور الگوریتم کنترلی بر روی یک میکروکنترلر پیاده سازی شده و تست سخت افزار در حلقه انجام گرفته است. نتایج حاصل از تست سخت افزار در حلقه، نشان دهنده پیاده سازی صحیح کنترل پیش بین طراحی شده بر روی سخت افزار مورد نظر می باشد.

امروزه، با پیشرفت فناوری، امکان به کارگیری ربات های پرنده چهارپره در ماموریت های درون شهری همچون تحویل کالا، پایش، جستجو و نجات فراهم شده است. یک سامانه هدایت و کنترل با اطمینان پذیری بالا باعث ارتقا دامنه عملیاتی و اطمینان پذیری و رعایت بهتر قیود ایمنی و مخابراتی می گردد. در این پژوهش، یک سامانه ترکیبی هدایت-کنترل رفتار-محور جهت تعقیب ربات راهبر برای یک ربات چهارپره ارائه می شود. در طراحی سامانه کنترل به قابل پیاده سازی بودن توجه ویژه شده است. علاوه بر این سامانه کنترل با بررسی محدودیت های دینامیکی از جمله کم عملگر بودن، طراحی شده تا بتواند تعقیب مسیر در فضای سه بعدی را ممکن سازد. همچنین سامانه هدایت بر مبنا رویکرد رفتار محور ارائه شده است. شبیه سازی صورت گرفته در شرایط وجود نامعینی و عدم ایده آل نگری در سامانه، نشان دهنده عملکرد خوب سامانه هدایت و کنترل پرواز، در هر دو رویکرد کنترلی خطی و غیرخطی با وارون سازی دینامیکی در اجرای ماموریت می باشد. با انجام این پژوهش، زمینه برای اعمال الگوریتم اجتناب از مانع و پرواز گروهی با رویکرد رفتارمحور در آینده فراهم شده است.

یکی از چالش های مهم در اجرای روش کنترل پیش بین به ویژه در سامانه های سریع، حجم محاسباتی بالای آن می باشد. برای کاهش حجم محاسبات این روش، از بسط توابع لاگر استفاده می شود. در این مقاله، روش کنترل پیش بین خطی با استفاده از توابع لاگر برای مدل غیرخطی دینامیک پرواز یک بالگرد دارای خلبان در وضعیت ایستا و با در نظر گرفتن قیود سیگنال کنترل و نرخ آن ارائه شده است. با استفاده از دو شاخص قابلیت مانور و حذف تداخل ورودی های کنترل، پارامترهای کنترل پیش بین در مدل غیرخطی تنظیم شده و سپس میزان کارایی روش پیشنهادی در طراحی سامانه کنترل پرواز مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته است. در سامانه کنترل طراحی شده، با در نظر گرفتن نامعینی ها در مدل فضای حالت، مقاومت روش ارائه شده با استفاده از شبیه سازی غیرخطی بررسی و با روش کنترل پیش بین تعمیم یافته مقایسه شده است. شبیه سازی ها نشان می دهد روش کنترل پیش بین مبتنی بر توابع لاگر علاوه بر مزایای عمومی روش کنترل پیش بین تعمیم یافته، از مزیت کاهش زمان محاسباتی برخوردار بوده و در عملکرد نیز دو شاخص پیشنهادی در محدوده سطح یک قرار گرفته اند.

کنترل سیستم های سروالکتروهیدرولیک به دلیل عملکرد مناسب در گشتاور اینرسی بار بالا و همچنین دستیابی به سرعت پاسخ سریع بسیار حائز اهمیت می باشد. کنترل سرعت، کنترل موقعیت و کنترل گشتاور جزء مهمترین روش های کنترلی برای این سیستم ها می باشد. روش های پیشنهادی که برای کنترل سیستم ارائه شده اند دارای یک سری عدم قطعیت در سیستم از جمله وجود اصطکاک داخلی، شار داخلی، اثر غیر خطی مدل و نویز خارجی می باشند. در این مقاله از یک روش ترکیبی با استفاده از روش جبران توزیع شده به صورت موازی و بر پایه مدل تاکاگی سوگنو و کنترل کننده فازی با ایده آموزش پسخورد خطا استفاده شده است. علاوه بر این، کنترل سرعت و شناسایی مدل سیستم توسط ایده رگولاسیون انجام شده است. نتایج تحقیق حاضر در مقایسه با سایر کنترل کننده ها عملکرد بهتری در پاسخگویی سیستم نشان می دهد. همچنین پایداری گنترل کننده توسط روش نامساوی ماتریس خطی به اثبات رسیده است.

سایش لبه ابزار کیفیت قطعات تولیدی، قابلیت اطمینان و بهره وری را در فرایند تولید کاهش می دهد به این دلیل پایش وضعیت ابزار برای جلوگیری از شکست در هر لحظه ضروری است. متاسفانه هیچ روش مستقیمی برای اندازه گیری سایش ابزار وجود ندارد. در روش غیر مستقیم، سایش با اندازه گیری پارامترهای فیزیکی در طول فرایند ماشین کاری مانند ارتعاش، جریان، نیروی برشی و. . . اندازه گیری می شود. در این مقاله شبکه عصبی چندلایه (MLP) با الگوریتم پس انتشار و سامانه استنتاج تطبیقی فازی-عصبی (ANFIS) برای پیش بینی سایش ابزار در فرزکاری به کار گرفته شده است. بدین منظور یک سری آزمایش، توسط ماشین فرز روی قطعه کار انجام شد. مشاهده شد که با افزایش سایش ابزار، جریان مصرفی موتور پیشروی افزایش پیدا می کند. همچنین در این مطالعه تاثیر سایش ابزار، مقدار پیشروی و عمق بار بر جریان مصرفی موتور پیشروی بررسی و کارایی دو شبکه عصبی و انفیس در تشخیص مقدار سایش و شکست ابزار مقایسه شده است. نتایج نشان داد که برای 86 مورد اندازه گیری شده، انفیس و شبکه عصبی به طور میانگین دارای 92 و 84 درصد موفقیت در تشخیص درست میزان سایش و شکست ابزار بودند. از آن جایی که انفیس در مقایسه با شبکه عصبی در طبقه بندی سایش ابزار نتایج بهتر و قابل قبول تری ارائه می دهد، می تواند به عنوان روشی مناسب برای تشخیص هوشمند سایش ابزار به کار برده شود.

به دلیل قیمت بالای ژایروسکوپ های مکانیکی و اپتیکی، در سال های اخیر استفاده از سیستم های اندازه گیری ارزان قیمت مبتنی بر حسگر های ارزان قیمت میکرو الکترومکانیکی، در کنار تلفیق با سیستم های کمک ناوبری رادیویی جهت دست یافتن به دقت مورد نیاز مورد توجه قرار گرفته است. لیکن وجود مشکلاتی چون دریفت بالای ژایروسکوپ های MEMS و حساسیت آکوستیکی آنها، در مقایسه با شتاب سنج های هم رده خود، موجب شده تا موضوع طراحی واحد اندازه گیری اینرسی بدون استفاده از ژایروسکوپ و تنها با استفاده از چینش شتاب سنج های ارزان قیمت MEMS روی یک پیکره هندسی مطرح گردد. بر این اساس در این مقاله ضمن معرفی معیار های بهینگی، ساختار هندسی مناسبی با پیکربندی و توزیع شتاب سنج ها روی آن انتخاب شده و در ادامه این ساختار و پیکربندی با شتاب سنج های سه محوره ارزان قیمت موجود ساخته شده و نتایج آزمایشگاهی ارائه گردیده است.

در کار حاضر با هدف برداشت انرژی با لایه پیزوالکتریک، به تحلیل ارتعاشات غیرخطی دو تیر یکسرگیردار با فاصله از هم و تحت تحریک هارمونیک پایه، پرداخته می شود. برای مدل کردن تیرها از تئوری تیر اویلر-برنولی با شرط غیرکشسانی و همچنین فرض رابطه غیرخطی بین انحناء و جابجایی استفاده شده است. برای حل سریع مسئله از روش عددی استفاده شده است. تاثیر عوامل مختلف مانند مقاومت خارجی، لقی بین تیرها در رفتارهای غیرخطی سیستم مطالعه شدند. نتایج نشان دادند که هرچقدر لقی سیستم کوچک تر باشد، توان دریافتی افزایش می یابد و سیستم نیز تمایل به رفتار غیرپریودیک پیدا می کند. همچنین غیرخطی بودن سیستم باعث دور شدن فرکانس رزونانسی از فرکانس طبیعی سیستم شده و موجب رفتار غیرخطی سفت شونده می شود.

در این مقاله ارتعاش آزاد ورق گرد قطاعی سوراخ دار تابعی هدفمند که با نانولوله های کربنی تقویت شده اند بررسی شده است. توزیع نانولوله های کربنی به صورت پیوسته و تغییرات تدریجی و هدفمند در راستای ضخامت ورق، به صورت کسر حجمی می باشد. ورق گرد قطاعی روی بستر الاستیک دو پارامتری وینکلر-پاسترناک قرار گرفته است. معادلات حرکت ورق با استفاده از اصل همیلتون و تئوری بهبودیافته استخراج گردیده است. این معادلات دیفرانسیل کوپل شده با استفاده از بسط سری مثلثاتی توابع تغییر مکان ها، به معادلات دیفرانسیل معمولی تبدیل شده و به کمک روش عددی مربعات تفاضلی حل شده اند. نتایج به دست آمده با نتایج دیگران محققان مقایسه و مطابقت بسیار خوبی بین آن ها مشاهده شده است. درنهایت اثرات پارامترهای مختلف هندسی، توزیع های مختلف از نانولوله های کربنی در راستای ضخامت، اثر بستر الاستیک و همچنین شرایط تکیه گاهی مختلف بر روی فرکانس های طبیعی بررسی شده است.

در این مقاله، یک ساختار جامع برای بهینه سازی طراحی چندموضوعی هواپیماهای بی سرنشین بیان و سپس جهت اعتبارسنجی آن بهینه-سازی طراحی هواپیمای بی سرنشین Predator MQ-1 مورد بررسی قرار گرفته است. موضوعات درگیر در آنالیز چندموضوعی عبارتند از: عملکرد، آیرودینامیک، تخمین جرم، مرکز جرم و ممان اینرسی ها، تخمین مشتقات پایداری و کنترل، تریم و تخمین مشخصه های پایداری دینامیکی. کمینه سازی وزن برخاست و نیروی پسآی فاز سیر هدف های در نظر گرفته شده در این تحقیق می باشند. از آنجایی که دو تابع هدف در نظر گرفته شده است از الگوریتم ژنتیک چندهدفه ( با مفهوم مرتب سازی نامغلوب) به عنوان بهینه ساز استفاده شده است که قادر به ایجاد مجموعه ای از حل های بهینه تحت عنوان پرتو فرانت می باشد. جهت انتخاب یک حل نهایی از میان پرتو فرانت ها در این مقاله روشی بر مبنای منطق فازی تحت عنوان درجه رضایت مندی مطرح گردیده است. از نقاط قوت این تحقیق می توان به جامعیت آن (تعداد موضوعات درگیر در طراحی، تعداد متغیرهای طراحی و قیود مساله) و همچنین ارائه یک روش ساده و موثر جهت انتخاب حل نهایی اشاره کرد. نتایج بهینه سازی نشان دهنده کارآمدی ساختار تدوین شده و همچنین روش پیشنهادی می باشند.

در این مقاله، کنترل پسگام مقاوم فازی برای کنترل دسته ی خاصی از سیستم های فرو تحریک مکانیکی با دو درجه آزادی ارائه می شود. برای اینکار در ابتدا این سیستم به دو زیر سیستم اول و دوم تقسیم می گردد. در ادامه برای هر کدام از این زیر سیستم ها، یک کنترل کننده ی پسگام مقاوم طراحی می شود. اثبات ریاضی نشان می دهد که زیر سیستم های اول و دوم، با اعمال کنترل کننده های پیشنهادی در حضور عدم قطعیت های ساختاری و غیرساختاری موجود، دارای پایداری مجانبی سراسری هستند. از آنجاکه این سیستم تنها دارای یک ورودی است، بنابراین اعمال همزمان کنترل کننده های زیر سیستم اول و دوم امکانپذیر نخواهد بود. به همین دلیل برای مرتبط نمودن زیر سیستم ها، یک تابع با ویژگی های خاص تعریف می شود که استفاده از آن می تواند کنترل همزمان این زیر سیستم ها را امکانپذیر نماید و پایداری مجانبی سراسری سیستم حلقه بسته را نیز در حضور عدم قطعیت های موجود حفظ نماید. سپس با استفاده از منطق فازی، یک تقریبگر فازی برای پیاده سازی این تابع خاص ارائه می گردد. از آنجاکه در ورودی کنترل پیشنهادی از ترمهای سویچینگ استفاده می شود، بروز پدیده نامطلوب لرزش در ورودی کنترل امری اجتناب ناپذیر خواهد بود. بنابراین با استفاده از نظریه ی فازی، راهکاری برای بر طرف نمودن این پدیده و نرم نمودن دامنه ی ورودی کنترل ارائه می شود.

در این مقاله، یک حل تحلیلی برای کمانش ورق های قطاعی حلقوی متخلخل ارائه شده است. ابتدا معادلات تعادل و شرایط مرزی ورق، طبق فرضیات تئوری برشی مرتبه اول ورق و با استفاده از اصل حداقل انرژی پتانسیل به دست آمده اند. سپس معادلات پایداری ورق بر حسب جابجایی های بسیار کوچک و با استفاده از معیار تعادل همسایگی استخراج شده اند. به دلیل وابستگی شدید در معادلات دیفرانسیل پایداری حاصله، ارائه حل تحلیلی برای آن ها به آسانی امکان پذیر نیست. از این رو، با تعریف چهار تابع کمکی و انجام یک سری عملیات ریاضی، معادلات به هم وابسته پایداری از هم جدا شده و به دو معادله دیفرانسیل مستقل از هم تبدیل شده اند. پس از حل این معادلات مستقل، با در نظر گرفتن شرایط مرزی تکیه گاه ساده در لبه های شعاعی و شرایط مرزی دلخواه در لبه های محیطی بار بحرانی کمانش محاسبه شده است. در بخش نتایج عددی، تاثیر پارامترهای مختلف هندسی نظیر زاویه قطاع، ضخامت و شعاع داخلی ورق، همچنین تاثیر میزان تخلخل ورق بر بار بحرانی کمانش آن به ازای شرایط مرزی دلخواه روی لبه های محیطی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاصل شده نشان می دهد که اثر افزایش میزان تخلخل موجود در ورق در کاهش بار بحرانی کمانش، به مراتب کمتر از اثر پارامترهای هندسی و شرایط مرزی است.

ناوبری اینرسی روشی برای تعیین موقعیت، سرعت و وضعیت یک وسیله است. در این سامانه ها، سه شتاب سنجِ عمود برهم، و سه ژیروسکوپِ عمود بر هم، به ترتیب نقش اندازه گیری شتاب های خطی و سرعت های زاویه ای وسیله را بر عهده دارند؛ با استفاده از داده های خروجی شتاب سنج ها و ژیروسکوپ ها و روابط خاص ناوبری اینرسی، تعیین موقعیت، سرعت و وضعیت انجام می پذیرد. علیرغم برخورداری این سامانه از مزایای فراوان، این روش معایبی نیز دارد که افزایش خطای سرعت و موقعیت و وضعیت وسیله با گذشت زمان، از مهمترین معایب آن است؛ این عیب، عمدتا از خطاهای حسگرهای اینرسی حاصل می شود. در این مقاله سعی شده است ابتدا خطاهای حسگرهای اینرسی (شتاب سنج ها و ژیروسکوپ ها) با یک مدل مناسب بیان شوند. در ادامه مقاله، جهت تصحیح عملکرد سامانه ناوبری اینرسی و کاهش خطاهای حسگرهای اینرسی، از تلفیق این سامانه با سامانه GPS و به کمک فیلتر کالمن توسعه یافته بهره گیری می شود. در این راستا، معادلات و روابط لازم جهت تلفیق دو سامانه مذکور، به شیوه ای گویا و کامل، استخراج و بیان می شوند. در پایانِ مقاله، شبیه سازیِ تلفیقِ این دو سامانه، در قالبِ دو سناریوی حرکتی یک شناور دریایی آورده می شود. نتایج شبیه سازی، نشان می دهد که تلفیق داده های این دو سامانه، باعث بهبود قابل ملاحظه ای در عملکرد سامانه ناوبری اینرسی و تصحیح خطاهای آن شده است.