مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

طراحی سامانه کنترل پرواز تحمل‌پذیر خطا برای هواپیمای شش‌درجه‌آزادی مبتنی بر GRU، TCN و رأی‌گیری مقاوم

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
گروه مهندسی هوافضا، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران
10.48311/mme.2026.120224.83006
چکیده
در این پژوهش، یک چارچوب کنترل تحمل‌پذیر خطا برای هواپیمای شش‌درجه‌آزادی با هدف حفظ عملکرد سامانه کنترل پرواز در برابر خطاهای نرم‌افزاری ارائه شده است. با توجه به وابستگی روزافزون سامانه‌های پروازی به ساختارهای نرم‌افزارمحور، بروز خطا در مسیر تولید فرمان می‌تواند موجب افت محسوس کیفیت کنترل شود. در ساختار پیشنهادی، کنترل‌کننده‌های کلاسیک برای کانال‌های طولی و عرضی طراحی شده‌اند و به‌منظور ارزیابی عملکرد روش، یک خطای نرم‌افزاری در کانال عرضی اعمال شده است. برای جبران اثر این خرابی در فرمان ایلرون، دو مدل داده‌محور شامل واحد بازگشتی دروازه‌دار (GRU) و شبکه کانولوشنی زمانی (TCN) بر پایه داده‌های زمانی پرواز آموزش داده شده‌اند تا به‌صورت موازی فرمان کمکی تولید کنند. خروجی این دو مدل همراه با خروجی کنترل‌کننده اصلی از طریق یک سازوکار رأی‌گیری مقاوم تلفیق می‌شود. این سازوکار با تکیه بر شاخص‌های سلامت و کاهش اثر مسیر معیوب، فرمان نهایی پایدارتری در اختیار سامانه قرار می‌دهد. برای بررسی پایداری و مقاومت ساختار پیشنهادی، سامانه تحت اغتشاشات شدید جوی مبتنی بر مدل استاندارد درایدن قرار گرفته است. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد که روش پیشنهادی می‌تواند اثر خرابی را تضعیف کرده، پیوستگی عملکرد کانال عرضی را حفظ کند و بدون نیاز به مدل دقیق خرابی، پایداری پاسخ سامانه را در شرایط خطا بهبود دهد. در مجموع، ترکیب کنترل کلاسیک، مدل‌های داده‌محور و رأی‌گیری مقاوم، رویکردی مؤثر برای افزایش تحمل‌پذیری خطا در سامانه‌های کنترل پرواز فراهم می‌کند.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Design of a Fault-Tolerant Flight Control System for a Six-Degree-of-Freedom Aircraft Using GRU, TCN and Robust Voting

نویسندگان English

Sayed Mahdi Mortazavi
Hojat Taei
Department of Aerospace Engineering, Faculty of Engineering, University of Isfahan, Isfahan, Iran
چکیده English

This study presents a fault-tolerant control framework for a six-degree-of-freedom aircraft aimed at preserving flight control system performance in the presence of software faults. As flight systems become increasingly dependent on software-based architectures, faults in the command generation path can lead to noticeable degradation in control quality. In the proposed structure, classical controllers are designed for the longitudinal and lateral channels, and a software fault is intentionally introduced in the lateral channel to evaluate the effectiveness of the method. To compensate for the failure effect on the aileron command, two data-driven models, namely a Gated Recurrent Unit (GRU) and a Temporal Convolutional Network (TCN), are trained using flight time-series data to generate auxiliary commands in parallel. The outputs of these two models, together with the output of the main controller, are fused through a robust voting mechanism. By relying on health indicators and reducing the influence of the faulty path, this mechanism provides a more stable final command to the system. To investigate the robustness of the proposed framework, the aircraft is subjected to severe atmospheric disturbances generated based on the standard Dryden turbulence model. Simulation results demonstrate that the proposed approach can mitigate the impact of the fault, preserve the continuity of lateral channel performance, and improve the stability of the system response under faulty and turbulent conditions without requiring an accurate fault model. Overall, the integration of classical control, data-driven models, and robust voting offers an effective solution for enhancing fault tolerance in flight control systems.

کلیدواژه‌ها English

Flight Control
Fault-Tolerant Control
Robust Voting
Gated Recurrent Unit (GRU)
Temporal Convolutional Network (TCN)

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 03 مرداد 1405