طراحی و پیاده سازی بستر آزمون سخت افزار در حلقه کنترل وضعیت ماهواره ها به همراه نتایج تجربی و ملاحظات عملی در این مقاله ارائه شده است. یک مجموعه ی سخت افزاری شامل میز سه درجه آزادی، سیم پیچ هلمهولتز، شبیه ساز پرتوهای خورشیدی، شبیه ساز مدار، عملگرهای چرخ عکس العملی، گشتاوردهنده مغناطیسی، حسگرهای ژیروسکوپ، خورشید، جی پی اس، AHRS، مغناطیس سنج و بورد الکترونیکی پردازشی، طراحی و راه اندازی شده است. به علاوه، پایش برخط وضعیت و موقعیت ماهواره در نرم افزار های LabVIEW و Celestia، تبادل رادیویی داده ها، طراحی بسته باتری و بورد توزیع توان الکتریکی از فعالیت های مکمل، برای ارتقاء بستر بوده است. سناریوها و مودهای عملیاتی در قالب الگوریتم های نرم افزاری، در بستر آزمون ارزیابی می شود. نتایج تجربی این بستر در آزمون آرام سازی توانسته سرعت زاویه ای اولیه را به سرعت الزام کمتر از 3/0 درجه برثانیه در سه محور برساند. امکان اعمال گشتاور اغتشاشی متناسب با موقعیت ماهواره، امکان آزمون پیشرانش بدون مخزن و سیستم پرفشار، ارتباط برخط میز و نمایشگرها و ساختار بهینه هلمهولتز نوآوری هایی هستند که این بستر را از نمونه های مشابه متمایز می کند.

در این مقاله، مود آرام سازی سه محوره سرعت زاویه ای یک ماهواره در بستر نرم افزار و سخت افزار در حلقه، با عملگر مغناطیسی طراحی و پیاده سازی شده است. در این راستا، مدل میدان مغناطیسی توسط سیم پیچ هلمهولتز ایجاد شده و ماهواره با جانمایی روی میز سه درجه آزادی، در میدان مغناطیسی معادل موقعیت مداری قرار می گیرد. الگوریتم کنترلی که بر روی برد پردازشی پیاده سازی شده، با اندازه گیری میدان مغناطیسی و تغییرات آن، اقدام به تحریک عملگرهای مغناطیسی نموده، از تعامل دو میدان مدار و میدان تولیدی عملگر، نهایتاً گشتاور ترمزی ایجاد شده و سرعت زاویه ای مستهلک می شود. ملاحظات و محدودیت های عملی ویژه ای، از جمله عدم همزمانی کارکرد عملگر و حسگر مغناطیسی، غلبه گشتاور تولیدی بر اصطکاک میز و اندازه سرعت زاویه ای اولیه در پیاده سازی مورد توجه بوده که در نرم افزار درحلقه نیز لحاظ شده است. با شناسایی مدل اغتشاشی میز، نتایج نرم افزار و سخت افزار در حلقه با یکدیگر مقایسه شده که علاوه بر تطابق زیاد نتایج، نشانگر توانمندی این بستر در استهلاک سرعت زاویه ای است.

این مقاله به بررسی طراحی و ساخت دستگاه مکانیکی کنترل زاویه دو محوره مبتنی بر سخت افزار در حلقه به منظور ساخت بستر آزمون دو محوره پرداخته است. هدف از این دستگاه رسیدن به بستر آزمون کنترل دو محوره زاویه با خطای کوچک به منظور ارزیابی و تست حسگرهای وضعیت یا به عنوان میز دو درجه آزادی کوچک برای کنترل وضعیت اجزای ماهواره بوده است. دستگاه از دو بخش اصلی سازه مکانیکی و بخش الکترونیکی تشکیل شده و الگوریتم کنترلی در بستر سخت افزار در حلقه نوشته شده و قابلیت تعریف انواع کنترل-کننده ها بر روی آن وجود دارد. سازه از میله قابل دوران، کوپلینگ، یاتاقان ها، بدنه، پایه و بخش الکترونیکی از یک برد پردازشگر، حسگر انکودر، باتری، ماژول مخابراتی و یک موتور کورلس با دیسک دوار به عنوان چرخ عکس العملی، تشکیل شده است. این دستگاه بصورت دو درجه آزادی توانایی مانورهای وضعیت پیچ (pitch) و یاو (yaw)را داشته و خطای وضعیت آن متناسب با الگوریتم کنترلی است. قابلیت اطمینان دقت این دستگاه به ازای صد مرتبه تکرار آزمون برای مانورهای مذکور به ترتیب مقدار 11/0 و 2/0 درجه، با کنترل کننده PID، صحه گذاری شده است. تحلیل عملکرد دستگاه به ازای بررسی زوایای ورودی مختلف، ضرایب متنوع کنترل کننده، شرایط اولیه متفاوت، مانورهای تک محوره و دومحوره به تفصیل بررسی شده است. نتایج بدست آمده نشانگر عملکرد مناسب دستگاه ساخته شده با خطای میانگین کمتر از 23/0 درجه می باشد.

هدف از این مقاله ارائه روش نوین در ناوبری تلفیقی اینرسی با استفاده از تصویر به منظور افزایش دقت توأم با حفظ قابلیت اطمینان و عدم واگرایی می باشد. حال به منظور تخمین پارامترهای ناوبری شامل سرعت، موقعیت و وضعیت (جهت گیری) از روش فیلتر کالمن گسسته استفاده شده است. در این روش از داده های واحد اندازه گیری اینرسی (IMU) متشکل از سه شتاب سنج و سه ژایروسکوپ به عنوان مدل سیستم ناوبری و تصویر به عنوان اندازه گیری استفاده شده است. بدین ترتیب برای استفاده از تصویر، ابتدا با روش تطبیق تصویر با رویکرد "سیفت" که به معنای استفاده از ویژگی های تغییرناپذیر با مقیاس تصویر است، مؤلفه های موقعیت صفحه ای پرنده استخراج می شود. در این راستا به منظور ارزیابی عملکرد و کارایی کلی سیستم و بر طرف کردن چالش هایی مانند تأخیر زمانی ارتباطات، انتخاب فرکانس کاری مناسب، اثر حجم محاسباتی پردازش تصویر و تلفیق روی میکروکنترلر نهایی، به صورت زمان حقیقی از بستر سخت افزار در حلقه استفاده شده است. نتایج پیاده سازی سخت افزار در حلقه نشان می دهد باوجود داشتن اندازه گیری تصویر در فرکانس خروجی نه چندان زیاد، رویکرد مذکور می تواند دقت مناسبی برای تخمین پارامترهای ناوبری پهپاد داشته باشد. این روش می تواند با حفظ دقت و هزینه، جایگزین مناسبی برای پهپادهایی باشد که از روش ناوبری بر پایه سیگنال های ماهواره ای (GPS) استفاده می کنند

لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.

در این مقاله سناریوی تصویربرداری به صورت استریو توسط یک ماهواره سنجش از دور بیان می شود. سپس به منظور انجام مانورهای مورد نیاز جهت اجرای این سناریو توسط ماهواره، یک سیستم کنترل وضعیت مناسب برای انجام مانورهای زاویه بزرگ و با استفاده از 4 چرخ عکس العملی با ساختار هرمی طراحی می شود. این سیستم کنترل وضعیت به گونه ای طراحی می شود که قابلیت نشانه روی به سمت مرکز زمین و انجام مانورهای سریع و حفظ وضعیت مناسب ماهواره برای اخذ تصاویر مختلف از یک منطقه مشخص و از زوایای گوناگون را برای ماهواره فراهم آورد. سپس یک بستر سخت افزار در حلقه (Hardware in The Loop) جهت تست عملکرد سیستم کنترل وضعیت طراحی شده، ارائه می شود. این بستر سخت افزاری، قابلیت تست الگوریتم های کنترل وضعیت را به صورت زمان حقیقیو در یک بستر سخت افزاری، فراهم می آورد. در این بستر، مدل سازیبلادرنگ دینامیک ماهواره، اغتشاشات محیطی وارد بر آن و مدل دقیق چرخ های عکس العملی و حسگرهای ژیروسکوپ در کامپیوتر شبیه ساز انجام می شود و عملکرد الگوریتم کنترل وضعیت طراحی شده برای تحقق ماموریت تصویربرداری استریو، به صورت زمان حقیقی بررسی می شود.

کنترل مناسب دینامیک طولی خودرو نیاز به داشتن اطلاع دقیق از مقدار پارامترهای دینامیک خودرو دارد. در این مقاله الگوریتم تخمین پارامتر با نام فرم درجه دوم خطی به صورت زمان کوتاه (STLQF) برای تخمین هم زمان پارامترهای جرم خودرو، زاویه شیب جاده و ضریب درگ کلی آیرودینامیک خودرو توسعه داده می شود. سپس، کارکرد موثر تخمین گر STLQF با مقایسه عملکرد این تخمین گر با روش حداقل مربعات بازگشتی (RLS) نشان داده می شود. در پایان، الگوریتم STLQF به صورت سخت افزار در حلقه شبیه سازی می شود تا از این طریق تخمین گر STLQF با حداقل هزینه و در کوتاه ترین زمان برای نمونه سازی سریع توسعه پیدا کند.

فرمان گیری بهبود یافته و پایداری مطلوب، دو جنبه مهم فرمان پذیری خودرو هستند. در این پژوهش، کنترلر بهینه غیر خطی مجهز به تخمینگر برای کنترل تغییرات زاویه چرخش (Yaw) از طریق اعمال فرمان اصلاحی به سیستم فرمان و نسبت به ورودی فرمان راننده، طراحی و اعمال شده است. برای اعمال کنترل مناسب از سیستم فرمان SBW (سیستم فرمان سیمی) استفاده شده است. به این منظور ابتدا یک مدل چهار درجه آزادی غیر خطی با متغییر های حالت زاویه غلت، سرعت طولی، نرخ زاویه چرخش و سرعت جانبی توسعه داده شده است. به منظور طراحی کنترلر که بر پایه مدل است با ساده سازی های منطقی به یک مدل ساده تر دست یافته شده است. در مدل ساده شده با 2 درجه آزادی خطی متغییرهای حالت نرخ چرخش و سرعت جانبی به عنوان متغییرهای حالت اصلی در فرمان پذیری استفاده شده است. برای بررسی رفتار سیستم کنترلی، ورودی کنترلی بهنیه به کمک روش همیلتون با توجه به مدل ساده شده، طراحی شده است. این کنترلر به سیستم 4 درجه آزادی خودرو که بر پایه اطلاعات خودرو Jeep Cherokee صحه گذاری شده، در جاده خشک و جاده با اصطکاک کم (خیس) اعمال شده است. به کمک شبیه-سازی تاثیر سیستم کنترلی بهینه SBW در مقایسه با شرایط خودرو بدون کنترلر مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفته و در نتیجه رفتار چرخشی خودرو بهبود یافته است. به این ترتیب زاویه فرمان اعمالی از طریق راننده به کمک سیستم کنترلی اصلاح می شود. در انتها یک سیستم سخت افزار در حلقه برای شبیه سازی کنترل خودرو به کار گرفته شده است. در این سیستم ECU کنترلی سیستم فرمان به رایانه متصل شده و خروجی های قابل اندازه گیری مدل را به عنوان ورودی دریافت می کند. این کنترلر می تواند خودرو را در شرایط جاده برفی و آزمون سینوسی به خوبی پایدار کرده و عملکرد مشابه کنترلر در شبیه سازی رایانه ای نشان می دهد.

ماشین های الکتریکی از مهم ترین عناصر موجود در سیستم های انرژی الکتریکی هستند. جهت طراحی و ساخت بهینه ماشین های الکتریکی و یا سیستم های متصل به آن می توان از شبیه ساز های بلادرنگ به صورت سخت افزار در حلقه استفاده نمود. شبیه ساز مورد بحث مقاله حاضر یک دستگاه سخت افزاری است که به صورت بلادرنگ با تجهیزات فیزیکی پیرامونی در تعامل است و جایگزینی برای ماشین الکتریکی در انجام آزمایشها محسوب می شود. در واقع در این نوع از شبیه سازی امکان بررسی تعامل ماشین و سیستم متصل به آن قبل از ساخت نمونه فیزیکی مهیا می گردد. در نتیجه، باعث کاهش زمان ساخت، صرفه جویی در هزینه و رسیدن به طراحی بهینه عناصر یک سیستم می گردد. در این مقاله به معماری یک شبیه ساز بلادرنگ برای ماشین القایی سه فاز پرداخته شده است. از تکنیک های به کار رفته در این مقاله می توان در انواع دیگر ماشین نیز استفاده نمود. در این مقاله معادلات ماشین در قالب dq استخراج و سپس به روش اویلر پسرو گسسته شده است. نوآوری مقاله در بهره گیری از الگوریتم نوین حل معادلات دیفرانسیل بر مبنای روش شرمن-موریسون-وودبری و معماری سخت افزاری خلاقانه و بهینه FPGA می باشد که معادلات گسسته شده ماشین به روش اویلر پسرو را با دقت مضاعف و در گام زمانی بسیار کوچک 110 نانو ثانیه ای حل می کند.