تشخیص خرابی بالک آیرودینامیکی یک وسیله مافوق‌صوت براساس داده‌های واحد اندازه‌گیری اینرسی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه صنعتی شریف، دانشکده مهندسی هوافضا

2 دانشکده هوافضا - دانشگاه صنعتی شریف

چکیده

در این مقاله، یک روش تشخیص خرابی بالک‌های کنترل آیرودینامیکی برای یک ره‌گیر مافوق‌صوت ارائه شده‌است. این خرابی‌ها شامل سوختن، شکستن و یا بازنشدن بالک‌های تاشو می‌باشد. در این روش از داده‌های سنسورهای اینرسی و مدل غیرخطی وسیله استفاده می‌شود تا خرابی بالک، قبل از شکست مأموریت، شناسایی شود. از بین‌رفتن بالک کنترلی، سبب تغییر در ضرایب آیرودینامیکی و بنابراین تغییر در مدل خواهد شد. بنابراین علاوه بر تغییر در سیگنال کنترلی، مدل سیستم نیز تغییر می‌کند که فرآیند شناسایی خرابی را پیچیده‌تر خواهد کرد. برای غلبه بر این مشکل، یک مدل آیرودینامیکی معادل معرفی می‌شود. سپس درصد صحت هر بالک توسط یک فیلتر غیرخطی در طول زمان تخمین زده‌‌می‌شود. در بخش نتایج، سناریوهای مختلفی شامل سوختن و شکستن بالک‌ها در زمان‌های مختلف، در حضور خطاهای آیرودینامیک و سنسورهای اینرسی بررسی شده‌اند. نتایج نشان می‌دهند که روش پیشنهادی خرابی بالک را در زمان کوتاه و با دقت خوبی تشخیص می‌دهد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Agile flight vehicle fin failure tolerant control using inertial measurement unit data

نویسندگان [English]

  • Asghar Ashrafifar 1
  • Mohsen Fathi Jegarkandi 2
1 Aerospace Engineering Department, Sharif University of Technology
2 Aerospace Engineering Department, Sharif University of Technology.
چکیده [English]

In this paper, a new model-based fault detection method for an agile supersonic flight vehicle is presented. A nonlinear model, controlled by a classical closed loop controller and proportional navigation guidance in interception scenario, describes the behavior of the vehicle. The proposed FDD method uses Inertial measurement unit (IMU) data and nonlinear dynamic model of the vehicle to inform fins damage to the controller before leading to an undesired performance or mission failure. Broken, burnt or not opening of control surfaces causes a drastic change in aerodynamic coefficients and thus dynamic model. Therefore, in addition to the changes in the control forces and moments, system dynamics will change too, leading to the failure detection process being encountered with difficulty. To this purpose, an equivalent aerodynamic model is proposed to represent the dynamics of the vehicle, and the health of each fin is monitored by the value of a parameter which is estimated using a nonlinear filter. To identify model changes after fin failure, the aerodynamics of body and control surfaces are modeled separately. A percentage of the fins which have the ability to generate aerodynamic force is modeled by a parameter and these parameters are estimated over time, using a nonlinear estimator. Parameters estimation through the filtering approach is an indirect procedure, consisting of transforming the problem into a state estimation problem. The value of these parameters will be between 0 and 1. Where value 1 corresponds to the health of the fin and value denotes whether the fin has not opened or has been destroyed completely. The proposed method detects and isolates fins damage in a few seconds with good accuracy. Simulation results show that the new failure diagnosis algorithm estimated fins health percentage with good accuracy. After estimating the parameters, they can be sent to the controller and the controller has changed control signal.

کلیدواژه‌ها [English]

  • fin failure detection
  • nonlinear Kalman filter
  • fin control agile vehicle
  • parameter estimation
  • aerodynamic coefficient estimation