Sistem de Asistare a Navigației unui Vehicul Aerian

Capitolul 1

Introducere

1.1 Micro vehicule aeriene

Sistemele autonome sunt de multă vreme în prim-planul atenţiei ingineriei cibernetice, în special datorită greutăţilor de realizare a unui model care să satisfacă un criteriu esential: adaptabilitatea la condiţiile de mediu de funcţionare. Luând ca exemplu un vehicul terestru autonom, acesta trebuie să fie capabil să adapteze traseul prestabilit de deplasare la realitatea terenului parcurs astfel încât să fie capabil să modifice ruta trasată pe harta digitală în scopul evitării unor obstacole în coordonate 2-D sau chiar 3-D. Pentru un astfel de vehicul terestru, modificările de înclinare datorate terenului accidentat reprezintă tot obstacole cu potential distructiv sau de oprire a deplasării, de aceea sistemele integrate de control trebuie să răspundă corect şi să se adapteze realităţilor mediului de deplasare.

Din punct de vedere istoric, aeronavele fără pilot (AFP) au fost utilizate în principal pentru scopuri militare cum ar fi recunoaştere, livrare de arme, comunicaţii pe câmpul de luptă, şi tot ceea ce era periculos pentru un pilot. Exemple de AFP sunt: Predator MQ-1 (folosit în misiuni de recunoaştere şi livrare de arme), RQ-4 Global Hawk (misiuni de recunoaştere) şi Pioneer RQ-2B (misiuni de recunoaştere).

Micro vehiculele aeriene (MVA) sunt un tip de AFT care devin din ce în ce mai populare pe câmpul de luptă. MVA-urile sunt uşor transportate şi implementate pe câmp de către soldaţi. Deoarece MVA-urile au devenit de dimensiuni mai mici, mai ieftine şi uşor de transportat, aplicaţiile non-miliatre câştiga interes. Prin faptul că utilizările non-militare devin mult mai populare, crearea de MVA-uri uşor de utilizat este esenţială pentru viabilitatea comercială. MVA-urile îşi găsesc locul în aplicarea legii, supravegherea culturilor, stingerea incendiilor, relee de comunicare, căutare şi salvare, etc. Cu toate acestea, cele mai multe aparate comerciale cu autopilot trebuie să fie reglate manual atunci când sunt instalate pe o aeronavă. Acest lucru implică de obicei un pilot experimentat în control la distanţă (CD) care zboară un

MVA pentru a regla controlul proporţional-integral-derivativ (PID) în stabilizarea avionului. Un astfel de proces poate fi costisitor şi consumator de timp. În plus, datorită inexactităţi proceselor de fabricaţie, sensibilităţii temperaturii, prăbuşirii şi condiţiile de schimbări atmosferice, valorile reglate variază de la aeronavă la aeronavă şi uneori pe fiecare avion pe tot parcursul zilei.Pentru multe aplicaţii, reglarea autopilotilor poate varia de la enervant la inacceptabil. De asemenea, chiar dacă MVA-urile sunt în scădere ca preţ, pierderea unui UAV poate fi în continuare scumpă. Astfel, un pilot automat ar trebui să regleze automat şi să fie tolerant la erori. Sistemele adaptive de reglare par să fie soluţia care să respecte aceste condiţii.

Accentul acestei lucrarii este pus pe controlul adaptiv al MVA-urilor. Experienţa a demonstrat că valorile PID sunt diferite pentru fiecare MVA. chiar dacă acestea au aceeaşi geometrie fizică. Controlul adaptiv este o abordare la posibilitatea ca un pilot automat să poată controla fiecare MVA solicitând în acelaşi timp reglări minime. Datorită dimensiunilor fizice ale MVA-urilor, un mic pilot automat este utilizat care are spaţiu limitat de cod, memorie şi resurse de calcul. De asemenea, parametri aerodinamici ai MVA-urilor sunt necunoscuţi. Astfel, codul adaptiv al pilotului automat trebuie să aibă o amprentă mică, necesită puţin calcul şi memorie pentru a rula, şi să fie capabil să se adapteze la orice MVA.

1.2 Controlul adaptiv

Conform dicţionarului Webster, a adapta înseamnă "a se schimba (pe sine) astfel încât comportarea să fie în concordanţă cu noile circumstanţe sau cu circumstanţele modificate". Cuvintele "sisteme adaptive" şi "control adaptiv" au fost utilizate înainte de anul 1950.

Unul din motivele iniţiale care au determinat cercetări active asupra controlului adaptiv, înainte de 1950, l-a constituit proiectarea autopiloţilor pentru aparate de zbor de înaltă performanţă.

Aparatele de zbor funcţionează într-un domeniu larg de viteze şi altitudini, iar dinamicile lor sunt neliniare şi variabile în timp. Totuşi, pentru un punct de funcţionare dat, precizat prin

viteza aparatului (numărul Mach) şi altitudinea sa, dinamica complexă a aparatului poate fi aproximată printr-un model liniar de forma