Skip to main content
SUPERVISOR
Saeid Hosseinia,Javad Askari,Marzieh Kamali
سعید حسین نیا (استاد راهنما) جواد عسگری مارنانی (استاد راهنما) مرضیه کمالی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Hamed Pourazad
حامد پورآزاد

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390
: Unmanned aerial vehicles (UAV) received a lot of attention in recent years, considering latest advances in technology which boosted the possibility of vast military and commercial applications for such aircrafts. The possibility to build smaller (and more efficient) UAVs improved research interest in this field. One popular application in recent years is cooperative flight (i.e. flying of a team of UAVs). In cooperative mission, objectives and means can be assigned to multiple UAVs - instead of one UAV - and thus makes mission designing possible in situations that one UAV cannot handle the whole mission. Among the important issues in every UAV mission is trajectory generation. This trajectory should be flyable first (i.e. it should consider UAV’s maneuver limits), and second, it should not pass through obstacles. In addition, UAVs are prone to numerous uncertainties and faults during their flight course. Of the most common aircraft faults are lock-in-place fault (as an actuator fault) and icing fault (as a structural fault). These faults share similar symptoms that make theirisolation difficult. Moreover, in the case of icing on the aircraft wings and control surfaces, system states are subject to change and in extreme cases (i.e. full icing) UAV may even lose controllability which leads to crash. Actions taken to prevent icing are generally costly, heavy and require huge power consumption and are not implementable on small aircrafts. Therefore, it seems crucial to design a method to prevent crash in case of an occurrence of icing fault. In this thesis,we discuss fault detectionand isolation in UAVs cooperative flights. For this matter, we first discuss trajectory generation using Pythagorean Hodograph (PH)algorithm. This algorithm can be implemented easily and the designed route is flyable. In our thesis, we present a new trajectory generation approach through which not only the route is carried out with a suitable and suboptimal result, but also it will reduce the design time to less than a quarter comparing to regular methods. Furthermore, a controller is designed to track the route in normal and faulty situations. The controller is robust and is designed based on theorem, using McFarlane-Glover loop shaping algorithm. Finally using one Unknown Input Observer (UIO), a fault detectionand isolation scheme is proposed to detect icing faults. Our proposed method enables the observer to be sensitive against both structural faults and actuator faults, and can isolate icing faults from lock-in-place. Simulation results confirm the success of our design. Finally, the performance of this fault detection system is examined through a cooperative simultaneous arrivalmission. Keywords: Unmanned Aerial Vehicle, Trajectory Generation, Fault Detection and Isolation, Pythagorean Hodograph, Robust Controller.
هواپیماهای بدون سرنشین در سال‌های اخیر بسیار مورد توجه بوده‌اند. زیرا با پیشرفت فناوری در سال‌های اخیر امکان استفاده از این هواپیماها در کاربردهای تجاری و نظامی به طور روزافزون در حال افزایش بوده است. ساخت هواپیماهای بدون سرنشین کوچک‌تر این امکان را برای محققان فراهم آورده که تحقیقات خود را بر روی این هواپیماها بیشتر نمایند. یکی از کاربردهای این هواپیماها که در سال‌های اخیر بسیار به آن توجه شده، پرواز مشارکتی یا پرواز یک دسته هواپیما به‌صورت تیم است. این نوع پرواز، انجام مأموریت‌هایی را ممکن می‌سازد که یک هواپیما هرگز قادر به انجام آن‌ها نخواهد بود. از جمله این‌که می‌توان تجهیزات اندازه‌گیری مورد نیاز مأموریت را بر روی چند هواپیما تقسیم کرد، و با این‌کار از حجم بار قرار داده‌شده روی یک هواپیما کاست. از جمله مواردی که در هر مأموریت هواپیمای بدون سرنشین اهمیت دارد، طراحی مسیری است که هواپیما بر روی آن حرکت کند. این مسیر باید اولاً قابل تعقیب باشد، و ثانیاً از موانع و نواحی ممنوع عبور نکند.علاوه بر این،هواپیماهای بدون سرنشینبه دلیل این‌که در حال پرواز هستند، تحت نامعینی‌ها و عیب‌های فراوانی قرار می‌گیرند. دو مورد از عیب‌هایی که در هواپیماها بسیار شایع است، عیب قفل- در- محل (به‌عنوان یک عیب عملگری) و عیب یخ‌زدگی (به‌عنوان یک عیب ساختاری) است. این عیب‌ها دارای نشانه‌های مشابهی می‌باشند که جداسازی آن‌ها از یکدیگر را مشکل می‌سازد. علاوه بر این درصورتی‌که یخ‌زدگی بر روی بال‌های یک هواپیما به وجود بیاید، معادلات حالت سیستم دچار تغییر می‌شوند و در حالتی که یخ‌زدگی بر روی بال‌ها به طور کامل باشد، هواپیما عملاً قدرت حرکت خود را از دست می‌دهد و سقوط می‌کند. راه‌های جلوگیری از یخ‌زدگی و برطرف نمودن آن نیز عموماً گران‌قیمت، سنگین یا با توان مصرفی بالا هستند و قابل پیاده‌سازی بر روی هواپیماهای کوچک نیستند. بنابراین باید روشی پیدا کرد تا بتوان هواپیما را در شرایط بروز عیب یخ‌زدگی، از سقوط نجات داد. در این پایان‌نامه در ابتدا به طراحی مسیر با استفاده از الگوریتم PH(Pythagorean Hodograph) پرداخته خواهد شد. این الگوریتم علاوه بر سادگی، دارای ویژگی قابل پرواز بودن مسیر طراحی‌شده است. در این پایان‌نامه با ارائه راهکاری جدید، طراحی مسیر به گونه‌ای انجام می‌شود که نتیجه مناسب و زیر بهینه باشد، و ضمناً زمان طراحی با استفاده از این راهکار به تقریباً کمتر از یک چهارم روش‌های موجود کاهش پیدا خواهد کرد. علاوه بر اینروشی برای طراحی کنترل‌کنندهجهت تعقیب مسیر در شرایط بروز عیب ارائه خواهد شد. این کنترل‌کننده از نوع بوده و بر اساس الگوریتم شکل‌دهی حلقه مک‌فارلن-گلورطراحی می‌شود. در نهایت با استفاده از رویتگر ورودی نامعلوم (UIO)، یک سیستم شناسایی و جداسازی عیب جهت شناسایی عیب یخ‌زدگی طراحی خواهد شد. از جمله مزایای این روش طراحی ، این است که رویتگر حاصله نسبت به عیب‌های عملگری و عیب‌های ساختاری حساس بوده و عیب‌های عملگری را از عیوب یخ‌زدگی جداسازی می‌کند. نتایج شبیه‌سازی موید موفقیت‌آمیز بودن تمامی طراحی‌های صورت گرفته است. در انتها، کارکرد این سیستم شناسایی عیب در یک مأموریت پرواز مشارکتی (مأموریت همزمانی رسیدن) مورد بررسی قرار خواهد گرفت تا کارایی سیستم نشان داده شود. کلمات کلیدی: هواپیمای بدون سرنشین، شناسایی و تشخیص عیب، طراحی مسیر، الگوریتم PH، کنترل‌کننده مقاوم، کنترل‌کننده ، رویتگر ورودی نامعلوم

ارتقاء امنیت وب با وف بومی