Model öngörülü kontrole dayalı hava savunma füzesi için karışık tamsayılı karesel programlamalı otopilot tasarımı

Modern muharebe senaryolarında, taktik füzelerin etkinliği büyük ölçüde manevra kabiliyeti ve kontrol sistemlerine bağlıdır. Yüksek manevra kabiliyetli veya hızlı balistik füze hedeflerinin yarattığı zorluklar ve daha hızlı tepki süreleri ihtiyacı göz önüne alındığında, füze performansını artırmak, eyleyici kapasitesine dayanır. Manevra kabiliyetini artırmak için aerodinamik yüzeylerin yanı sıra, yanal itici sistemler gibi ikincil eyleyiciler de incelenmektedir. Geleneksel kontrol mekanizmalarından farklı olarak, bu sistemler fırlatılan yüksek hızlı gazlardan gelen reaksiyon kuvvetlerini kullanarak, özellikle aerodinamik yüzeylerin düşük dinamik basınç koşullarında daha az etkili olabileceği tüm uçuş aşamalarında tutarlı bir kontrol verimliliği sunar. Ancak açma-kapama niteliğinde olmaları ve sınırlı sayıda itki sistemi bulunması, kontrolör tasarımında kısıtların tanımlanmasını gerektirir. Yanal itici kısıtlarına ek olarak, aerodinamik yüzeylerin açı ve açısal hız sınırlamaları vardır. Bu çalışma tanımlanan kısıtlar altında optimal çözüm sağlamak için MÖK (Model Öngörülü Kontrol) tabanlı "Karışık Tamsayılı Karesel Programlama (KTKP)" yaklaşımını önermektedir. MÖK'te, kontrol edilecek sistemin dinamik modeli, mevcut durumu ve uygulanan kontrol girdilerine dayalı olarak gelecekteki davranışını tahmin etmek için kullanılır. MÖK, amaç fonksiyonunun kuadratik olduğu ve karar değişkenlerinin bazılarının veya tamamının tamsayı olması gereken bir optimizasyon problemidir. MIQP'nin kullanılmasının nedeni, yanal iticinin tamsayı bir değişken olarak kabul edilmesidir. Çalışmada, bir diğer sistem kısıtı olan aerodinamik kanatçık açı kısıtı, eşitsizlik kısıtı olarak tanımlanmıştır. Ancak, zaten sistemde bir eşitlik kısıtı varken kanatçık kısıtının aktif olduğu durumlarda sistem kararlılık açısından zorlanır. Bu nedenle, tezin amaçlarından biri, kanatçık kısıtının aktif olmamasını sağlamak için ceza fonksiyonundaki kanatçığın değerini güncellemektir. Bu, MÖK tabanlı ağırlık tahmin yöntemi olan yenilikçi bir yaklaşımla denenmektedir. Yöntem basitçe MÖK çözümünden dar pencereler kontrol ederek kanatçık sınırının tetiklenip tetiklenmediğini görmek ve kanatçık sınırı aktifse ağırlığı artırarak kanatçığın etkisini azaltmayı amaçlamaktadır. otopilot ana hedefi, güdümden gelen ivme komutunu takip etmektir. otopilot, bir füzenin yalnızca pitch kanalında doğrusal alanda tasarlanmış ve performansı farklı senaryolar için analiz edilmiştir. Ayrıca, otopilot yan iticiler ile hava akışı arasındaki jet etkileşimi etkisine karşı gürbüzlüğü de incelenmiştir. Bu etkileşim, aerodinamik kontrolün kritik bir yönüdür ve füzenin uçuş yolunu değiştirebilecek karmaşık aerodinamik kuvvetler ve momentler yaratır. Fırlatılan gaz jetleri, füzenin etrafındaki hava akışının düzgünlüğünü bozarak potansiyel olarak türbülans yaratabilir ve genel kararlılığı ve kontrolü etkileyebilir. Son olarak, yan itici ile entegre edilen otopilot performansını geleneksel kanatçık kontrollü otopilot yapısı ile karşılaştırmak ve tasarlanan otopilotu güdüm döngüsünde değerlendirmek için bir balistik füze hedef senaryosu kurgulanmış ve sonuçlar değerlendirilmiştir.