فناوری در مهندسی هوافضا

فناوری در مهندسی هوافضا

طراحی سیستم کنترل سرعت هواپیما بر مبنای نتایج بدست آمده از بیشینه سازی همزمان برد و مداومت پروازی با رویکرد الگوریتم ژنتیک چندهدفه

نوع مقاله : علمی پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی هوافضا، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران.
2 دانشجوی دکتری مهندسی هوافضا، گروه هوافضا، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات تهران، ایران
چکیده
در سیستم‌های مدرن هوانوردی، کنترل دقیق سرعت یکی از عناصر حیاتی در بهینه‌سازی عملکرد پروازی و مصرف سوخت محسوب می‌شود. سیستم کنترل سرعت (Speed Control System) هواپیما وظیفه دارد سرعت پرنده را در طول پرواز، به‌ویژه در فاز کروز (Cruise)، در یک مقدار مشخص و پایدار نگه دارد. این مقدار تنظیمی، بسته به هدف مأموریت، ممکن است برای بیشینه‌سازی برد، مداومت پروازی، کاهش مصرف سوخت، یا حفظ عملکرد مطلوب موتور تعیین شود. در این مقاله، رویکردی چندهدفه به مسئله کنترل سرعت ارائه شده است تا به جای انتخاب یک سرعت ثابت، مجموعه‌ای از سرعت‌های بهینه استخراج شود که به سیستم کنترلی اجازه می‌دهد در شرایط مختلف پروازی، تصمیم‌گیری انعطاف‌پذیرتری داشته باشد.برای دستیابی به این هدف، از الگوریتم ژنتیک چندهدفه (MOGA) به منظور بهینه‌سازی هم‌زمان دو شاخص کلیدی یعنی برد (Range) و مداومت (Endurance) استفاده شده و نتایج آن با الگوریتم ازدحام ذرات چندهدفه (MOPSO) مقایسه شده‌اند. مجموعه‌ای از سرعت‌های پارتو-بهینه حاصل از این فرآیند، به عنوان ورودی به سیستم کنترلی معرفی شده‌اند.در ادامه، از یک کنترلر PID کلاسیک برای دنبال‌سازی (Tracking) مقادیر سرعت بهینه استفاده شده است تا سیستم بتواند در شرایط واقعی پرواز، به یکی از این مقادیر مرجع دست یابد. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد که استفاده از چنین رویکردی می‌تواند منجر به عملکرد بهتر، افزایش انعطاف‌پذیری سیستم کنترلی و بهره‌وری بیشتر در اجرای مأموریت‌های طولانی‌مدت شود.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Design of an Aircraft Speed Control System Based on Simultaneous Maximization of Range and Endurance Using a Multi-Objective Genetic Algorithm Approach

نویسندگان English

Nikta Forouzandeh 1
Elias Mohajer 2
1 Faculty of Aerospace Engineering, K. N. Toosi University of Technology, Tehran, Iran
2 Department of Aerospace, Faculty of Engineering, Islamic Azad University, Tehran Science and Research Branch, Iran
چکیده English

The aircraft speed control system plays a critical role in maintaining a designated speed during the cruise phase of flight, ensuring alignment with predefined mission objectives. Maintaining optimal cruise speed is vital for efficient fuel usage, engine performance, and overall mission success. This study presents a multi-objective optimization approach aimed at generating a set of optimal speeds that simultaneously maximize both flight range and endurance. By providing a diverse set of trade-off solutions, the control system gains flexibility in selecting the most appropriate reference speed during flight, considering operational constraints such as fuel limitations, time restrictions, navigation requirements, or emergency rerouting scenarios.The core motivation behind this research lies in addressing complex mission profiles, including emergency operations where extended range is necessary to reach a distant alternate airport while maintaining sufficient endurance to ensure safety and stability. To achieve this, a computational optimization method—specifically a multi-objective genetic algorithm (MOGA)—is employed to evaluate the trade-offs between competing objectives. The results are further validated by comparison with an alternative method, such as the multi-objective particle swarm optimization (MOPSO), to improve reliability.A conventional PID controller is then used to regulate the aircraft’s speed, ensuring it converges in real time to one of the optimal values derived from offline optimization. Simulation results confirm that these precomputed optimal speeds can serve as reference values for real-time control, improving the adaptability and performance of both piloted and autonomous aircraft. This framework bridges the gap between offline planning and online execution, enhancing efficiency in critical missions.

کلیدواژه‌ها English

Maximum Range
Flight Endurance
Genetic Algorithm
Automatic Control System
Optimization

  • تاریخ دریافت 07 تیر 1404
  • تاریخ بازنگری 29 شهریور 1404
  • تاریخ پذیرش 07 مهر 1404
  • تاریخ اولین انتشار 04 آبان 1404