طراحی جبران‌سازهای دینامیکی و استاتیکی رفع انباشتگی برای یک خودخلبان سه‌حلقه‌ای

وجود تابع غیرخطی اشباع عملگر در یک خودخلبان سه‌حلقه‌ای وسیله پرنده منجر به افت عملکرد ناشی از پدیده انباشتگی می‌شود. در این مقاله، یک جبران‌ساز دینامیکی و یک جبران‌ساز استاتیکی برای رفع انباشتگی (aw) پیشنهاد می‌شود. جبران‌ساز دینامیکی موجود در بعضی از مراجع برای سیستم‌های با پس‌خور از خروجی سیستم به‌گونه‌ای طراحی شده‌است که حالت‌های کنترل‌کننده سیستم اشباع‌شده نزدیک به حالت‌های کنترل‌کننده سیستم اشباع‌نشده ‌شود. در این مقاله، این جبران‌ساز برای کنترل‌کننده‌هایی مشابه خودخلبان سه حلقه‌ای وسایل پرنده که در آن فرمان کنترلی، علاوه بر پس‌خور از خروجی، پس‌خور از حالت‌های سیستم نیز است، توسعه و استفاده ‌شده‌است. به‌منظور مقایسه با جبران‌ساز دینامیکی، یک جبران‌ساز استاتیکی نیز با یک رویکرد جدید به این‌گونه‌ طراحی شده که خروجی کنترل‌کننده، خروجی تابع اشباع را تعقیب کند. با این معیار انتظار می‌رود که انباشتگی ایجاد نشود. بر مبنای این خواسته، بهره‌ مناسب جبران‌ساز استاتیکی بر اساس تحلیل حساسیت عددی به‌دست آمده است. این دو جبران‌ساز بر روی یک خودخلبان سه حلقه‌ای وسیله پرنده آیرودینامیکی دم-کنترل اعمال شده و در دو شرایط پایدار و ناپایدار عملکرد این جبران‌سازها به لحاظ کنترلی با هم مقایسه شده‌اند. نتایج نشان دهنده عملکرد بهتر جبران‌ساز استاتیکی در مقابل جبران‌ساز دینامیکی در تعقیب فرمان مطلوب در هر دو شرایط کاری است. همچنین با شبیه‌سازی سیستم هدایت وسیله پرنده، نشان داده می‌شود که استفاده از کنترل‌کننده با جبران‌ساز رفع انباشتگی منجر به کاهش خطای برخورد می‌شود. به خصوص استفاده از جبران‌ساز استاتیکی منجر به کاهش خطای برخورد در حدود 50% در شرایط ناپایدار نسبت به استفاده از جبران‌ساز دینامیکی می‌شود.

design of dynamic and static antiwindup compensators for a three-loop autopilot

the presence of the actuator saturation in a three-loop autopilot of a flying vehicle arising from the windup phenomena leads to the performance degradation. in this paper, a dynamic anti-windup and a static anti-windup compensators are proposed. the dynamic compensator, available in some references for systems with output feedback is designed to make the controller states of the saturated system arbitrarily close to the controller states of the unsaturated system. in this paper, this compensator is developed for controllers similar to three-loop autopilot of a flying vehicle, in which, the controller is a feedback of both plant output and plant states. in order to compare with the dynamic compensator, a static compensator is also designed with a new approach in such a way that the controller output tracks the output of saturation function. with this requirement, it is expected that no windup will occur. these two compensators have been applied on the autopilot of an aerodynamic tail-controlled flying vehicle in two stable and unstable conditions and their performances have been compared to each other in terms of control performance. the results show the better performance of the static compensator compared to the dynamic compensator in tracking the desired command in both operating conditions. moreover, through simulation of flying vehicle guidance system, it is shown that using anti-windup leads to the less miss distances. especially, using the static compensator leads to reduction of the miss distance by about 50% in unstable conditions compared to the use of the dynamic compensator.