جبران‌سازی تاخیر زمانی در شبیه‌سازی سخت افزار در حلقه تحت شبکه سیستم کنترل پرواز با استفاده از روش پیش‌بینی چندجمله‌ای

شبیه‌سازی سخت‌افزار در حلقه روشی برای تست سخت‌افزار کنترل‌کننده یک سیستم کنترل حلقه بسته به صورت واقعی در کنار شبیه‌سازی نرم‌افزاری بقیه اجزای سیستم است. در این مقاله به شبیه‌سازی سخت افزار در حلقه سیستم کنترل زاویه فراز یک هواپیما پرداخته می‌شود. این سیستم شامل یک کامپیوتر برای شبیه‌سازی زمان واقعی پرواز و یک بورد الکترونیکی به عنوان سیستم کنترل پرواز است که با پروتکل شبکه به هم متصل شده‌اند. تاخیر زمانی ناشی از اتصال کامپیوتر شبیه‌سازی پرواز و سخت‌افزار در سیستم حلقه بسته می‌تواند باعث کاهش عملکرد سیستم و یا حتی ناپایداری شود. برای جبران‌سازی و اثر تاخیر زمانی در عملکرد سیستم، از روش پیش‌بینی چندجمله‌ای استفاده شده است. با استفاده از این روش پیش‌بینی، نتایج شبیه‌سازی سخت افزار در حلقه با نتایج شبیه‌سازی کامپیوتری بدون تاخیر زمانی مقایسه گردیده است. نتایج حاصل از شبیه‌سازی سخت‌افزار در حلقه بیانگر عملکرد مناسب پیش‌بینی کننده چندجمله‌ای در جبران اثر تاخیر زمانی ایجاد شده است. همچنین عدم قطعیت در مدل هواپیما که ناشی از مشتقات پایداری و کنترل است در تاخیر زمانی بحرانی، بررسی شده است و بعضی از مشتقات پایداری و کنترل هواپیما که تاثیر بیشتری بر تاخیر زمانی بحرانی در شبیه‌سازی سخت‌افزار در حلقه تحت شبکه دارند، بدست آمده است.

Time-delay compensation for networked hardware-in-the-loop simulation of a flight control system using polynomial prediction

Hardwareintheloop simulation is an effective approach for testing the electronic controller of a closedloop control system within a computerbased realtime simulation of the rest of the system. In this paper, the pitch attitude hold mode controller of an aircraft vehicle is tested using hardwareintheloop simulation. A computer is used for realtime simulation of flight, and an electronic board is employed for controller implementation. The controller and the simulator are connected using a network protocol. The hardwareintheloop simulation can achieve unstable behavior or inaccurate results due to the timedelay of network connection. The maximum allowable delay bound in networked connection is derived using the method of delayed differential equations. The sufficient conditions for the stability of linear timedelay systems are given. The proof makes use of Lyapunov–Krasovskii functional and the condition is expressed in term of linear matrix inequalities. Therefore, a polynomialbased predictor is designed for the timedelay compensation of network connection. The consistency of the experimental realtime simulation and offline simulation shows the applicability of the presented method for mitigating the effect of timedelay in the networked hardwareintheloop simulation. Also, the uncertainty of the model due to stability and control derivatives are considered for analyzing the stability of the networked hardwareintheloop simulation.