سیستم جامع شناسایی و کنترل پرواز

علیرضا لطیفیدر دفتر طراحی سیستمی شناسا پروژه ای تحت عنوان طراحی و ساخت سیستم یکپارچه شناسایی و مدیریت پرواز  انجام شده است. یعنی سیستمی که بتوان با آن هم­زمان دینامیک پرنده را تحریک کرده، داده­های آن را جمع­آوری، به صورت آفلاین ذخیره، به صورت آنلاین تله متری کرد و هم فرمان­های کنترلی و هدایتی لازم را به پرنده داد تا پرنده مسیر مشخصی را طی کند و در حین طی کردن آن نیز بتوان رفتار دینامیکی آنرا بررسی کرد

من افشین بنازاده هستم. ورودی سال ۷۴ دانشگاه، عضو هیئت علمی دانشکده مهندسی هوافضا از سال ۸۷ و مدیر عامل دفتر طراحی سیستمی شناسا.

دفتر سه سال است که حول محور “شناسایی دینامیکی و طراحی سیستمی” شکل گرفته و فعالیت­های ما در دو بخش خلاصه می شود.

  • انجام پروژه به معنای پروژه­های جاری که از خارج دانشگاه ارجاع داده می­شوند و به سفارش کارفرمای مشخص است.
  • ایجاد زیرساخت و تولید دانش برای افزایش مهارت و کارهایی که در آینده انتظار داریم انجام دهیم به فرم پروژه­های تحقیقاتی و یا آموزش دوره­های کوتاه مدت.

یکی از فعالیت­های دفتر در حوزه دوم، طراحی و ساخت سیستم یکپارچه شناسایی و مدیریت پرواز است. یعنی سیستمی که بتوان با آن هم­زمان دینامیک پرنده را تحریک کرده، داده­های آن را جمع­آوری، به صورت آفلاین ذخیره، به صورت آنلاین تله متری کرد و هم فرمان­های کنترلی و هدایتی لازم را به پرنده داد تا پرنده مسیر مشخصی را طی کند و در حین طی کردن آن نیز بتوان رفتار دینامیکی آنرا بررسی کرد.

در همین راستا ما یک پروژه برای طراحی و ساخت یک بورد شناسایی دینامیکی و مدیریت پرواز تعریف کردیم. از خصوصیات این برد می­توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • وزن کمتر از ۱۰۰ گرم
  • ابعاد سانتی متر ۲×۷×۱۳
  • ماژولار بودن
    • ماژول­های اصلی شامل:
      • ارسال و دریافت داده با کامپیوتر به صورت باسیم و بدون سیم ( ارتباط تله متری با استفاده از اتصال مستقیم به ماژول های XBee)
      • ارسال و دریافت سیگنال سرووها و RC Control ( 12 کانال ورودی و ۱۲ کانال خروجی)
      • سنسورها (سه جایروسکوپ تک محوره، شتاب­سنج سه محوره، مغناطیس سنج سه محوره، فشار بارومتریک و ارتفاع سنج، امکان دریافت داده­های لوله پیتوت ( از طریق ماژول تبدیل سیگنال آنالوگ به دیجیتال )، امکان دریافت داده های GPS)
      • پردازنده (DSP)
      • ماژول ذخیره داده

می­شود.

  • منبع توان ۱۲ ولتی (مطابق با پرنده­های مدل)
  • نرخ ارسال و ذخیره سازی داده بسیار بالا که برای ارسال داده به ایستگاه کنترل زمینی (GCS) و اعمال فیلترینگ روی آنها به آن نیاز داشتیم (۱۹۰۰۰ bit/s برای ارسال داده و ۶۰۰۰۰ bit/s برای ذخیره سازی). ( ۲۳۰۴۰۰ bit/s برای ارتباط باسیم، ۱۹۲۰۰  bit/s برای ارتباط تله متری که بسته به انتخاب ماژول تله متری قابل تغییر است).
shenasa
تصویری از بورد طراحی شده

نرم افزار پایه برنامه ریزی بورد به زبان C است. منظورم از نرم افزار یعنی بتواند داده­های دریافت شده از حسگرها را درست فیلتر کند و بتواند رفتار داده را درست شناسایی کند نه اینکه آن­ها را تفسیر کرده و دینامیک را شناسایی کند. بعدا که می­خواهیم دینامیک سیستم را بشناسیم هم می­توانیم ازMATLAB ، هم از LABVIEW و یا نرم افزارهای دیگری مثل CIFER در حوزه فرکانس استفاده کنیم.

شناسایی را عمدتا در حوزه فرکانس انجام می­دهیم و این به دلیل نیاز به داده­های کمتر، سرعت بالاتر شناسایی به خصوص در شناسایی آنلاین، حصول سریعتر نتایج و داشتن معیار ارزیابی در حوزه فرکانس است. ولی اگر نتوانیم یکسری از داده­ها ، مثل برخی سرعت­های زاویه­ای،را از سیستم استخراج کنیم، با فیلترهای تخمین در حوزه زمان مثل فیلتر کالمن کار می­کنیم. تخمین در حوزه زمان به دلیل اعمال ریاضی بیشتر، زمان بیشتری می­برد، معیار ارزیابی خوبی نداریم و همگی مدل­پایه هستند یعنی نیاز به الگو دارند در حالی که شناسایی در حوزه فرکانس بدون داشتن مدل و غیر پارامتریک هم امکان­پذیر است.

مدت فعالیت

سه سال است که پروژه تعریف شده. حدود یکسال روی نیازمندیها و بررسی بوردهای مختلف از جنبه طراحی سخت افزار و عملکرد، با رنج قیمت حدود ۱ تا ۷ میلیون تومان، کار کردیم و دانش­مان را در این حوزه افزایش دادیم. یکسال روی طراحی و ساخت کار کردیم و مدتی است که در حال تست و ارزیابی هستیم. شاید یکسال دیگر هم برای رفع خطا و پتنت کردن و استاندارد گرفتن و تجاری سازی و تولید لازم باشد. تا کنون تست­های استاتیکی آن انجام شده و همچنین هنوز در پرواز و مانور تست‌ها انجام نشده است. ۵ نفر متخصص در این پروژه همکاری داشته­اند. به علاوه کاربر یعنی کسی که استفاده عملی از این محصول خواهد داشت و  نیازمندی­ها را اعلام می­کند که مثلا چه نرخ داده برداری و چه کانال­های داده­برداری در چه شرایط محیطی نیاز است.

قابلیت گسترش:

در صورت تعویض پرنده و نصب بر روی هواپیماها و پهپاد­های تجاری و صنعتی قسمت مدیریت پرواز و کنترل این بورد نیاز به تغییراتی خواهد داشت ولی قسمت شناسایی روی هر پرنده و یا سیستمی به خوبی کار می کند و در هواپیما، هلیکوپتر، استندهای آزمایشگاهی(مثل سیستم تعلیق سه درجه آزادی)، خودرو و حتی حوزه دریا قابل استفاده است. هدف ما فعلا تولید انبوه نیست. هدف ما تولید بوردهای خاص برای کاربردهای خاص است. هدف ما این است که فعلا دانش آن را به دست بیاوریم و برای برآوردن نیازمندی­های خاص آنرا تطبیق دهیم. در آینده می­خواهیم بورد را حرفه­ای تر کنیم و خطاهای احتمالی آن، بویژه خطاهای تصادفی و یا خطاهای معین ناشی از اندازه­گیری، را به طور کامل رفع کنیم.

توصیه ها:

اگر چند نفر که به موضوعی علاقه دارند، ‌سعی کنند حول آن محور جمع شوند و مدت زیادی حول آن بمانند، دانش­شان را در آن حوزه زیاد کنند، تحقیق کنند و سعی کنند نهایتاً محصول داشته باشند، سعی کنند محصولشان را تجاری کنند، معمولا موفق می­شوند. تجاری سازی یک دانش خیلی به دانشجویان دید می­دهد.

جای کار هست ولی هرچه جلوتر می­رویم تخصصی تر و پیچیده تر می­شود. یعنی شما به یک پیش­زمینه چند ساله در آن حوزه نیاز دارید و بعدش است که می­توانید آنرا توسعه دهید. پس من وقتی می­توانم یک محصول تجاری برای خودم داشته باشم که محصولم حرف برای گفتن دارد حالا یا از دیدگاه کیفیت یا فناوری و یا حتی شکل ظاهری آنرا باید توسعه دهم. نمی خواهم چرخ را از نو اختراع کنم ولی اینطور هم نیست که بگویم کاری برای انجام دادن نیست. به عنوان مثال شاید الان دوره­اش گذشته باشد که من بخواهم بیایم و مثلاً بلبرینگ طراحی و تولید کنیم ولی الان شاید بتوانم بلبرینگ­های خاص برای کاربردهای خاص تولید کنیم. شاید الان نشود که من بیایم سرووهای تجاری با توانایی متوسط طراحی و تولید کنم ولی می­شود که بیایم و در سروو قوی بشوم و سرووهای تخصصی با کورس بالا و قابل اطمینان بالا و زمان پاسخ خوب تولید کنم. هنوز هم که هنوز است یک AHRS (Attitude and heading reference system )خوب در بازار به سادگی پیدا نمی­شود! یا قیمتش بالاست یا دسترسی به آن سخت است یا عملکرد مناسبی ندارد. هنوز هم یک Gyro خوب، یک سیستم پیتو- استاتیک خوب جا برای کار دارد. این­ها تنها مثال­هایی از کار در سطح زیر سیستمی است. در سطح سیستمی هم پرنده­هایی با ماموریت خاص و عملکرد خاص و حتی با محموله خاص جا برای کار دارند.

0

مطالب مرتبط

نظر بدهید