فهرست مطالب

مکانیک هوافضا - سال پانزدهم شماره 1 (پیاپی 55، بهار 1398)

فصلنامه مکانیک هوافضا
سال پانزدهم شماره 1 (پیاپی 55، بهار 1398)

  • 166 صفحه، بهای روی جلد: 100,000ريال
  • تاریخ انتشار: 1398/02/31
  • تعداد عناوین: 12
|
  • گرایش دینامیک،ارتعاشات و کنترل
  • مرتضی منتظری *، علی جعفری، علی راستی صفحات 1-12
    در این مقاله، طراحی و پیاده سازی کنترل پیش بین مدل برای کنترل سوخت موتور توربوفن انجام شده است. ارضاء قیود عملکردی و ساختاری موتور چالشی برای طراحی کنترل کننده ایجاد می کند. سیستم کنترل باید اطمینان دهد که موتور در شرایط سلامت کامل، یعنی بدون فرارفت سرعت محور، استال کمپرسور، خاموشی محفظه احتراق و فرارفت دمای توربین کار می کند. در این راستا کنترل کننده ای مورد نیاز است که بتواند این قیود را ضمن بدست آوردن سیگنال کنترل بهینه لحاظ کند. به همین دلیل، کنترل پیش بین مدل برای کنترل سوخت موتور توربوفن با استفاده از یک مدل خطی از موتور در یک نقطه عملکردی طراحی شده است. نتایج عملکرد این کنترل کننده نشان می دهد که ضمن تولید سیگنال کنترلی بهینه، تمامی قیود در محدوده مورد نظر قرار گرفته اند. پس از اطمینان از عملکرد مناسب کنترلر در شبیه سازی های کامپیوتری، الگوریتم کنترل سوخت به صورت سخت افزاری پیاده سازی شده است. بدین منظور الگوریتم کنترلی بر روی یک میکروکنترلر پیاده سازی شده و تست سخت افزار در حلقه انجام گرفته است. نتایج حاصل از تست سخت افزار در حلقه، نشان دهنده پیاده سازی صحیح کنترل پیش بین طراحی شده بر روی سخت افزار مورد نظر می باشد.
    کلیدواژگان: موتور توربوفن، کنترل سوخت، کنترل پیش بین مدل، مدل خطی، سخت افزار در حلقه
  • احسان زیبایی، محمد علی امیری آتشگاه، نفیسه محمدیان افتح صفحات 13-24
    امروزه، با پیشرفت فناوری، امکان به کارگیری ربات های پرنده چهارپره در ماموریت های درون شهری همچون تحویل کالا، پایش، جستجو و نجات فراهم شده است. یک سامانه هدایت و کنترل با اطمینان پذیری بالا باعث ارتقا دامنه عملیاتی و اطمینان پذیری و رعایت بهتر قیود ایمنی و مخابراتی می گردد. در این پژوهش، یک سامانه ترکیبی هدایت- کنترل رفتار- محور جهت تعقیب ربات راهبر برای یک ربات چهارپره ارائه می شود. در طراحی سامانه کنترل به قابل پیاده سازی بودن توجه ویژه شده است. علاوه بر این سامانه کنترل با بررسی محدودیت های دینامیکی از جمله کم عملگر بودن، طراحی شده تا بتواند تعقیب مسیر در فضای سه بعدی را ممکن سازد. همچنین سامانه هدایت بر مبنا رویکرد رفتار محور ارائه شده است. شبیه سازی صورت گرفته در شرایط وجود نامعینی و عدم ایده آل نگری در سامانه، نشان دهنده عملکرد خوب سامانه هدایت و کنترل پرواز، در هر دو رویکرد کنترلی خطی و غیرخطی با وارون سازی دینامیکی در اجرای ماموریت می باشد. با انجام این پژوهش، زمینه برای اعمال الگوریتم اجتناب از مانع و پرواز گروهی با رویکرد رفتارمحور در آینده فراهم شده است.
    کلیدواژگان: هدایت و کنترل، هدایت رفتار، محور، کنترل غیرخطی، ربات پرنده چهارپره
  • علی یادگاری، محمدصادق نظری، نعمت الله قهرمانی صفحات 25-38
    یکی از چالش های مهم در اجرای روش کنترل پیش بین به ویژه در سامانه های سریع، حجم محاسباتی بالای آن می باشد. برای کاهش حجم محاسبات این روش، از بسط توابع لاگر استفاده می شود. در این مقاله، روش کنترل پیش بین خطی با استفاده از توابع لاگر برای مدل غیرخطی دینامیک پرواز یک بالگرد دارای خلبان در وضعیت ایستا و با در نظر گرفتن قیود سیگنال کنترل و نرخ آن ارائه شده است. با استفاده از دو شاخص قابلیت مانور و حذف تداخل ورودی های کنترل، پارامترهای کنترل پیش بین در مدل غیرخطی تنظیم شده و سپس میزان کارایی روش پیشنهادی در طراحی سامانه کنترل پرواز مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته است. در سامانه کنترل طراحی شده، با در نظر گرفتن نامعینی ها در مدل فضای حالت، مقاومت روش ارائه شده با استفاده از شبیه سازی غیرخطی بررسی و با روش کنترل پیش بین تعمیم یافته مقایسه شده است. شبیه سازی ها نشان می دهد روش کنترل پیش بین مبتنی بر توابع لاگر علاوه بر مزایای عمومی روش کنترل پیش بین تعمیم یافته، از مزیت کاهش زمان محاسباتی برخوردار بوده و در عملکرد نیز دو شاخص پیشنهادی در محدوده سطح یک قرار گرفته اند.
    کلیدواژگان: کنترل پیش بین، توابع لاگر، بالگرد، مانور ایستا، سامانه کنترل پرواز
  • امیررضا زارع، محسن جهانشاهی * صفحات 39-50
    کنترل سیستم های سروالکتروهیدرولیک به دلیل عملکرد مناسب در گشتاور اینرسی بار بالا و همچنین دستیابی به سرعت پاسخ سریع بسیار حائز اهمیت می باشد. کنترل سرعت، کنترل موقعیت و کنترل گشتاور جزء مهمترین روش های کنترلی برای این سیستم ها می باشد. روش های پیشنهادی که برای کنترل سیستم ارائه شده اند دارای یک سری عدم قطعیت در سیستم از جمله وجود اصطکاک داخلی، شار داخلی، اثر غیر خطی مدل و نویز خارجی می باشند. در این مقاله از یک روش ترکیبی با استفاده از روش جبران توزیع شده به صورت موازی و بر پایه مدل تاکاگی سوگنو و کنترل کننده فازی با ایده آموزش پسخورد خطا استفاده شده است. علاوه بر این، کنترل سرعت و شناسایی مدل سیستم توسط ایده رگولاسیون انجام شده است. نتایج تحقیق حاضر در مقایسه با سایر کنترل کننده ها عملکرد بهتری در پاسخگویی سیستم نشان می دهد. همچنین پایداری گنترل کننده توسط روش نامساوی ماتریس خطی به اثبات رسیده است.
    کلیدواژگان: سامانه سروالکتروهیدرولیک، روش نامساوی ماتریس خطی، روش جبران توزیع شده به صورت موازی، کنترل کننده فازی، آموزش بازخورد خطا
  • ابراهیم ناصر نیا، مهرداد نوری خاجوی، موسی رضایی صفحات 51-62
    سایش لبه ابزار کیفیت قطعات تولیدی، قابلیت اطمینان و بهره وری را در فرایند تولید کاهش می دهد به این دلیل پایش وضعیت ابزار برای جلوگیری از شکست در هر لحظه ضروری است. متاسفانه هیچ روش مستقیمی برای اندازه گیری سایش ابزار وجود ندارد. در روش غیر مستقیم، سایش با اندازه گیری پارامترهای فیزیکی در طول فرایند ماشین کاری مانند ارتعاش، جریان، نیروی برشی و... اندازه گیری می شود. در این مقاله شبکه عصبی چندلایه (MLP) با الگوریتم پس انتشار و سامانه استنتاج تطبیقی فازی- عصبی (ANFIS) برای پیش بینی سایش ابزار در فرزکاری به کار گرفته شده است. بدین منظور یک سری آزمایش، توسط ماشین فرز روی قطعه کار انجام شد. مشاهده شد که با افزایش سایش ابزار، جریان مصرفی موتور پیشروی افزایش پیدا می کند. همچنین در این مطالعه تاثیر سایش ابزار، مقدار پیشروی و عمق بار بر جریان مصرفی موتور پیشروی بررسی و کارایی دو شبکه عصبی و انفیس در تشخیص مقدار سایش و شکست ابزار مقایسه شده است. نتایج نشان داد که برای 86 مورد اندازه گیری شده، انفیس و شبکه عصبی به طور میانگین دارای 92 و 84 درصد موفقیت در تشخیص درست میزان سایش و شکست ابزار بودند. از آن جایی که انفیس در مقایسه با شبکه عصبی در طبقه بندی سایش ابزار نتایج بهتر و قابل قبول تری ارائه می دهد، می تواند به عنوان روشی مناسب برای تشخیص هوشمند سایش ابزار به کار برده شود.
    کلیدواژگان: سایش ابزار، جریان موتور، شبکه های عصبی چندلایه، سیستم استنتاج تطبیقی فازی، عصبی
  • سعید محمدحسینی *، عباس مرادی صفحات 63-74
    به دلیل قیمت بالای ژایروسکوپ های مکانیکی و اپتیکی، در سال های اخیر استفاده از سیستم های اندازه گیری ارزان قیمت مبتنی بر حسگر های ارزان قیمت میکرو الکترومکانیکی ، در کنار تلفیق با سیستم های کمک ناوبری رادیویی جهت دست یافتن به دقت مورد نیاز مورد توجه قرار گرفته است. لیکن وجود مشکلاتی چون دریفت بالای ژایروسکوپ های MEMS و حساسیت آکوستیکی آنها ، در مقایسه با شتاب سنج های هم رده خود، موجب شده تا موضوع طراحی واحد اندازه گیری اینرسی بدون استفاده از ژایروسکوپ و تنها با استفاده از چینش شتاب سنج های ارزان قیمت MEMS روی یک پیکره هندسی مطرح گردد. بر این اساس در این مقاله ضمن معرفی معیار های بهینگی، ساختار هندسی مناسبی با پیکربندی و توزیع شتاب سنج ها روی آن انتخاب شده و در ادامه این ساختار و پیکربندی با شتاب سنج های سه محوره ارزان قیمت موجود ساخته شده و نتایج آزمایشگاهی ارائه گردیده است.
    کلیدواژگان: بلوک اندازه گیری اینرسی بدون ژایرو، شتاب سنج های میکرو الکترومکانیکی، الگوریتم تخمین کمترین مربعات خطا
  • پیمان فیروزی، علی ابراهیمی ممقانی، روح الله حسینی صفحات 75-88
    در کار حاضر با هدف برداشت انرژی با لایه پیزوالکتریک، به تحلیل ارتعاشات غیرخطی دو تیر یکسرگیردار با فاصله از هم و تحت تحریک هارمونیک پایه، پرداخته می شود. برای مدل کردن تیرها از تئوری تیر اویلر-برنولی با شرط غیرکشسانی و همچنین فرض رابطه غیرخطی بین انحناء و جابجایی استفاده شده است. برای حل سریع مسئله از روش عددی استفاده شده است. تاثیر عوامل مختلف مانند مقاومت خارجی، لقی بین تیرها در رفتارهای غیرخطی سیستم مطالعه شدند. نتایج نشان دادند که هرچقدر لقی سیستم کوچک تر باشد، توان دریافتی افزایش می‏یابد و سیستم نیز تمایل به رفتار غیرپریودیک پیدا می‏کند. همچنین غیرخطی بودن سیستم باعث دور شدن فرکانس رزونانسی از فرکانس طبیعی سیستم شده و موجب رفتار غیرخطی سفت شونده می شود.
    کلیدواژگان: برداشت انرژی، تیر یکسرگیردار برخوردی، ارتعاشات غیرخطی، تحریک هارمونیک پایه، روش عددی
  • سید سجاد جعفری، محمد نجاتی، محمدحسین یاس *، فرزان براتی صفحات 89-106
    در این مقاله ارتعاش آزاد ورق گرد قطاعی سوراخ دار تابعی هدفمند که با نانولوله های کربنی تقویت شده اند بررسی شده است. توزیع نانولوله های کربنی به صورت پیوسته و تغییرات تدریجی و هدفمند در راستای ضخامت ورق، به صورت کسر حجمی می باشد. ورق گرد قطاعی روی بستر الاستیک دو پارامتری وینکلر-پاسترناک قرار گرفته است. معادلات حرکت ورق با استفاده از اصل همیلتون و تئوری بهبودیافته استخراج گردیده است. این معادلات دیفرانسیل کوپل شده با استفاده از بسط سری مثلثاتی توابع تغییر مکان ها، به معادلات دیفرانسیل معمولی تبدیل شده و به کمک روش عددی مربعات تفاضلی حل شده اند. نتایج به دست آمده با نتایج دیگران محققان مقایسه و مطابقت بسیار خوبی بین آن ها مشاهده شده است. درنهایت اثرات پارامترهای مختلف هندسی، توزیع های مختلف از نانولوله های کربنی در راستای ضخامت، اثر بستر الاستیک و همچنین شرایط تکیه گاهی مختلف بر روی فرکانس های طبیعی بررسی شده است.
    کلیدواژگان: مواد هدفمند، نانولوله های کربنی، ارتعاش آزاد، ورق قطاعی، روش تفاضل مربعات، بستر الاستیک
  • علیرضا بابایی *، سید محمدرضا ستاینده، حمید فرخ فال صفحات 107-122
    در این مقاله، یک ساختار جامع برای بهینه سازی طراحی چندموضوعی هواپیماهای بی سرنشین بیان و سپس جهت اعتبارسنجی آن بهینه-سازی طراحی هواپیمای بی سرنشین Predator MQ-1 مورد بررسی قرار گرفته است. موضوعات درگیر در آنالیز چندموضوعی عبارتند از: عملکرد، آیرودینامیک، تخمین جرم، مرکز جرم و ممان اینرسی ها، تخمین مشتقات پایداری و کنترل، تریم و تخمین مشخصه های پایداری دینامیکی. کمینه سازی وزن برخاست و نیروی پسآی فاز سیر هدف های در نظر گرفته شده در این تحقیق می باشند. از آنجایی که دو تابع هدف در نظر گرفته شده است از الگوریتم ژنتیک چندهدفه ( با مفهوم مرتب سازی نامغلوب) به عنوان بهینه ساز استفاده شده است که قادر به ایجاد مجموعه ای از حل های بهینه تحت عنوان پرتو فرانت می باشد. جهت انتخاب یک حل نهایی از میان پرتو فرانت ها در این مقاله روشی بر مبنای منطق فازی تحت عنوان درجه رضایت مندی مطرح گردیده است. از نقاط قوت این تحقیق می توان به جامعیت آن (تعداد موضوعات درگیر در طراحی، تعداد متغیرهای طراحی و قیود مساله) و همچنین ارائه یک روش ساده و موثر جهت انتخاب حل نهایی اشاره کرد. نتایج بهینه سازی نشان دهنده کارآمدی ساختار تدوین شده و همچنین روش پیشنهادی می باشند.
    کلیدواژگان: بهینه سازی طراحی چندموضوعی، هواپیمای بی سرنشین، تابع درجه رضایت مندی، منطق فازی
  • محمدرضا سلطانپور * صفحات 123-135
    در این مقاله، کنترل پسگام مقاوم فازی برای کنترل دسته ی خاصی از سیستم های فرو تحریک مکانیکی با دو درجه آزادی ارائه می شود. برای اینکار در ابتدا این سیستم به دو زیر سیستم اول و دوم تقسیم می گردد. در ادامه برای هر کدام از این زیر سیستم ها، یک کنترل کننده ی پسگام مقاوم طراحی می شود. اثبات ریاضی نشان می دهد که زیر سیستم های اول و دوم، با اعمال کنترل کننده های پیشنهادی در حضور عدم قطعیت های ساختاری و غیرساختاری موجود، دارای پایداری مجانبی سراسری هستند. از آنجاکه این سیستم تنها دارای یک ورودی است، بنابراین اعمال همزمان کنترل کننده های زیر سیستم اول و دوم امکانپذیر نخواهد بود. به همین دلیل برای مرتبط نمودن زیر سیستم ها، یک تابع با ویژگی های خاص تعریف می شود که استفاده از آن می تواند کنترل همزمان این زیر سیستم ها را امکانپذیر نماید و پایداری مجانبی سراسری سیستم حلقه بسته را نیز در حضور عدم قطعیت های موجود حفظ نماید. سپس با استفاده از منطق فازی، یک تقریبگر فازی برای پیاده سازی این تابع خاص ارائه می گردد. از آنجاکه در ورودی کنترل پیشنهادی از ترمهای سویچینگ استفاده می شود، بروز پدیده نامطلوب لرزش در ورودی کنترل امری اجتناب ناپذیر خواهد بود. بنابراین با استفاده از نظریه ی فازی، راهکاری برای بر طرف نمودن این پدیده و نرم نمودن دامنه ی ورودی کنترل ارائه می شود.
    کلیدواژگان: سامانه فرو تحريک با دو درجه آزادي، عدم قطعيتهاي ساختاري و غيرساختاري، کنترل پسگام مقاوم، تقريبگر فازي
  • گرایش رفتار مکانیکی مواد و سازه
  • محمدرضا کامران فرد، علیرضا سعیدی *، ابوصالح نادری صفحات 137-152
    در این مقاله، یک حل تحلیلی برای کمانش ورق های قطاعی حلقوی متخلخل ارائه شده است. ابتدا معادلات تعادل و شرایط مرزی ورق، طبق فرضیات تئوری برشی مرتبه اول ورق و با استفاده از اصل حداقل انرژی پتانسیل به دست آمده اند. سپس معادلات پایداری ورق بر حسب جابجایی های بسیار کوچک و با استفاده از معیار تعادل همسایگی استخراج شده اند. به دلیل وابستگی شدید در معادلات دیفرانسیل پایداری حاصله، ارائه حل تحلیلی برای آن ها به آسانی امکان پذیر نیست. از این رو، با تعریف چهار تابع کمکی و انجام یک سری عملیات ریاضی، معادلات به هم وابسته پایداری از هم جدا شده و به دو معادله دیفرانسیل مستقل از هم تبدیل شده اند. پس از حل این معادلات مستقل، با در نظر گرفتن شرایط مرزی تکیه گاه ساده در لبه های شعاعی و شرایط مرزی دلخواه در لبه های محیطی بار بحرانی کمانش محاسبه شده است. در بخش نتایج عددی، تاثیر پارامترهای مختلف هندسی نظیر زاویه قطاع، ضخامت و شعاع داخلی ورق، همچنین تاثیر میزان تخلخل ورق بر بار بحرانی کمانش آن به ازای شرایط مرزی دلخواه روی لبه های محیطی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاصل شده نشان می دهد که اثر افزایش میزان تخلخل موجود در ورق در کاهش بار بحرانی کمانش، به مراتب کمتر از اثر پارامترهای هندسی و شرایط مرزی است.
    کلیدواژگان: کمانش، ورق قطاعی حلقوی، تئوری برشی مرتبه اول، معیار تعادل همسایگی، تخلخل
  • گرایش دینامیک،ارتعاشات و کنترل
  • سید وحید قاسم زاده * صفحات 153-165
    ناوبری اینرسی روشی برای تعیین موقعیت، سرعت و وضعیت یک وسیله است. در این سامانه ها، سه شتاب سنج عمود برهم، و سه ژیروسکوپ عمود بر هم، به ترتیب نقش اندازه گیری شتاب های خطی و سرعت های زاویه ای وسیله را بر عهده دارند؛ با استفاده از داده های خروجی شتاب سنج ها و ژیروسکوپ ها و روابط خاص ناوبری اینرسی، تعیین موقعیت، سرعت و وضعیت انجام می پذیرد. علیرغم برخورداری این سامانه از مزایای فراوان، این روش معایبی نیز دارد که افزایش خطای سرعت و موقعیت و وضعیت وسیله با گذشت زمان، از مهمترین معایب آن است؛ این عیب، عمدتا از خطاهای حسگرهای اینرسی حاصل می شود. در این مقاله سعی شده است ابتدا خطاهای حسگرهای اینرسی (شتاب سنج ها و ژیروسکوپ ها) با یک مدل مناسب بیان شوند. در ادامه مقاله، جهت تصحیح عملکرد سامانه ناوبری اینرسی و کاهش خطاهای حسگرهای اینرسی، از تلفیق این سامانه با سامانه GPS و به کمک فیلتر کالمن توسعه یافته بهره گیری می شود. در این راستا، معادلات و روابط لازم جهت تلفیق دو سامانه مذکور، به شیوه ای گویا و کامل، استخراج و بیان می شوند. در پایان مقاله، شبیه سازی تلفیق این دو سامانه، در قالب دو سناریوی حرکتی یک شناور دریایی آورده می شود. نتایج شبیه سازی، نشان می دهد که تلفیق داده های این دو سامانه، باعث بهبود قابل ملاحظه ای در عملکرد سامانه ناوبری اینرسی و تصحیح خطاهای آن شده است.
    کلیدواژگان: سامانه ناوبری اینرسی، شتاب سنج، ژیروسکوپ، سامانه موقعیت یاب جهانی، فیلتر کالمن توسعه یافته
|
  • M. Montazeri-Gh *, A. Jafari, A. Rasti Jahromi Pages 1-12
    In this paper, design and implementation of model predictive controller for turbofan engine fuel control are proposed. The satisfaction of operational and structural limits of the engine is a controller design challenge. The control system must ensure that the engine operates without any limit violation at all times, i.e. without over-speed of the shaft, compressor stall, combustion chamber blow out and turbine over-temperature. In this regard, a controller is required which can take into account these constraints while obtaining an optimal control input. Therefore, the model predictive control for turbofan engine fuel control using a linear model of the engine at one operating point is designed. The simulation results show that while model predictive control generate optimal control signal, all the constraints are perfectly satisfied. After assuring the valid performance of the controller in computer simulations, the fuel control algorithm is implemented on a hardware framework. For this purpose, the controller algorithm is implemented on a microcontroller and hardware-in-the-loop test is performed. The results of the hardware-in-the-loop simulation indicate the correct implementation of the model predictive controller on the hardware framework.
    Keywords: Turbofan Engine, Fuel Control, Model Predictive Control, Linear Model, Hardware-in-the-Loop
  • E. Zibaei‚ M.A. Amiri-Atashgah, N. Mohammadian-Aftah Pages 13-24
    Recent progress in the aerial robots’ technology facilitates these platforms to incorporate in complex missions such as delivering, search and rescue, and surveillance over urban environments. An accurate control and guidance system is necessary to broaden the mission domain, increase the reliability of robots, and enhance compliance with safety and communicative constraints. In this research, a hybrid flight controller besides a Guidance system is proposed for a quadrotor aerial robot which contains separate guidance and control modules. Realization and implementation capacity of the generated control law is particularly considered in the design of control system. Furthermore, in the design of the control system, dynamical limitations of quadrotor specially underactuated-ness are considered in order to enable the quadrotor to track a three-dimensional trajectory. Guidance subsystem is designed based on a behavioral algorithm, which produces a trajectory based on leader-follower concept for both linear and nonlinear dynamic inversion controllers. The simulation results exhibit the potency of the presented method for further researches on obstacle avoidance and formation flights.
    Keywords: Guidance, Control, Behavioral Guidance, Nonlinear Control, Quad-Copter
  • A. Yadegari Nazari, N.O. Ghahramani Pages 25-38
    One of the major challenges in the use of predictive control systems, particularly in the fast system is computational burden. To accelerate the process and reduce the amount of computation and optimization of functions, we use the Laguerre functions. The purpose of this paper is to provide a linear predictive control method using Laguerre functions with constraints on signal and the rate control signal for a helicopter flight control system design in the status of hover maneuver. By tuning parameters of predictive control in nonlinear model, the performance of the proposed method evaluate by two index entries, maneuverability and coupling effect based on standards for design a helicopter flight control system. Multiplicative uncertainty in state-space model has been described due to uncertainty on system modeling to study the robustness of the proposed method. The simulation results of this method have been compared with the results of generalized predictive control method. Simulation results show that in addition of public benefits in generalized predictive control, Laguerre predictive control has the advantage of reducing the time and burden of computation and it is clear to see that the control law we have obtained for the hovering flight condition achieve the top level performance in two categories under examination.
    Keywords: Predictive Control, Laguerre Functions, Helicopter, Hover Maneuver, Flight Control System
  • A.R. Zare Bidaki, M. Jahanshahi * Pages 39-50
    Electro hydraulic control systems are important in their ability to handle large torque loads and quick response. Velocity, position and torque control are the most important controlling methods for the systems. The control systems suggested before including uncertainty parameters such as: internal friction, external noises, and non-linearity in the model behavior. Parallel distributed compensator method based on Takagi-Sugeno and fuzzy controller are used in this paper by feedback error learning's idea. In addition velocity control and identification of the model is carried out by applying regulation scheme. Results indicate that the controller presents better performance and response to the other controllers Also stability of controller is validated by linear matrix inequality method.
    Keywords: Electro Hydraulic Servo Systems, Parallel Distributed Compensator Approach, Fuzzy Controller, Feedback Error Learning
  • E. Nasernia, M. Nouri-Khajavi, M. Rezaee Pages 51-62
    The cutting tool wear degrades the quality, reliability and productivity of the product in the manufacturing process. Accordingly, an on-line monitoring of the cutting tool wear level is essential to prevent any deterioration. Unfortunately, there is no direct method to measure the cutting tool wear on-line. Consequently, an indirect method can be adopted where wear will be estimated from the measurement of one or more physical parameters appearing during the machining process such as vibrations, electrical current, cutting force, etc. In this paper, two techniques namely Adaptive Neuro - Fuzzy Inference System (ANFIS) and Multi-Layer Perceptron (MLP) have been used for prediction of tool wear in face milling. For this purpose, a series of experiment is carried out on a milling machine. It is observed that there was an increase in the current amplitude with increasing the tool wear. Besides, the effects of tool wear, feed, and depth of cut on the current are analyzed. Comparison of the tool wear detection techniques shows 92% of correct tool wear detection for ANFIS and 84% for MLP. As a result, ANFIS can be proposed as proper technique for intelligent fault detection of the tool wear and breakage due to its high efficiency in diagnosing wear and tool breakage.
    Keywords: Tool Condition Monitoring, Tool Wear, Motor Current, Multi-Layer Neural Networks, Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System
  • S. M. Hoseini *, A. Moradi Pages 63-74
    Because of the high cost of mechanical and optical gyroscopes, in recent years the low cost measurement systems based on Micro Electro Mechanical sensor (MEMS) are widely used. These systems often are integrated with radio navigation to achieve the required accuracy. MEMS gyroscopes suffer some problems like large drift and acoustic sensitivity, compare with MEMS accelerometers. So the design of low cost inertial measurement system without using the gyroscope, and based on a suitable geometry configuration of accelerometers is considered in literature in recent years. The goal of this research is to design and manufacture of such free gyroscope measurement unit. For this purpose, first an appropriate geometry configuration of accelerometer is proposed then the mathematical relationship between the output of linear accelerometers and linear and revolving acceleration of the center of mass of the structure is derived and then the angular velocities are estimated. The proposed free gyroscope IMU is constructed using the ADXL345 accelerometers as sensors and the ARM-LPC1768 microcontroller as processing unit. The experimental results using a rotating table as reference are gathered in the Lab. The results show the suitable performance of the measurements unit.
    Keywords: Free Gyro Inertial Measurement Unit, MEMS Accelerometer, LS Estimation Algorithm
  • P. Firoozy, A.E. Mamaghani, R. Hosseini Pages 75-88
    This paper aims at investigating the mechanical behavior of a nonlinear system consisting of two coupled beams and a PZT material attached on each beam, excited with a single resonant frequency, for energy harvesting. In order to model the beams, in-extensional assumption and Euler-Bernoulli beam theory are utilized. It is assumed that the beams undergo large amplitude vibrations; which necessitates the application of a nonlinear theory which is taking into account curvature-related and inertial-related nonlinearities. Numerical studies were carried out to study the effect of the different parameters such as external resistance load, gap distance between beams on the nonlinear behavior of the system. It was obtained that as the gap distance between beams decreases, the scavenged power increases and the system behavior tends to exhibit non-periodic response. In addition, a comparison was done between linear and nonlinear systems shown that considering nonlinearity in the system accompanies a shift in the resonance frequency and induces hardening nonlinear behavior in the system.
    Keywords: Energy Harvesting, Cantilever Impacting Beams, Nonlinear Vibration, Harmonic Base Excitation, Numerical Method
  • M. Nejati, S.S. Jafari Yas *, F. Barati Pages 89-106
    In this paper, free vibration of functionally graded carbon nanotube annular sector plates is studied. Distribution of carbon nanotubes is continuous and meaningful and gradual changes of materials in the direction of thickness are in the form of volume fraction. Annular sector plate is placed on the Winkler-Pasternak two parameters elastic foundation. The motion equations of plate are derived using the Hamilton principle and the refined plate theory. These coupled differential equations are transformed to ordinary equations using the trigonometric series expansion of space variation functions and then are solved with the help of differential quadrature method. The obtained results are compared with the other researcher’s results and an excellent agreement can be observed between them. Finally, the effects of different geometric parameters, different distributions of carbon nanotubes in the thickness direction, elastic foundation, and also different boundary conditions on the natural frequencies are investigated.
    Keywords: Functionally Graded Material, Carbon Nanotube, Free Vibration, Annular Sector Plates, Differential Quadrature Method, Elastic Foundation
  • A.R. Babaei *, S.M.R. Setayandeh, H. Farrokhfal Pages 107-122
    In this paper, a comprehensive structure is expressed for multidisciplinary design optimization of the unmanned air vehicle and the design optimization of Predator MQ-1 has been studied for validation. The considered modules in the multidisciplinary analysis are performance, aerodynamic, weight, center of gravity, stability and control derivatives, trim and dynamic stability characteristics. The minimization of take-off weight and cruise drag are considered as objective functions. Since two objective functions are considered, therefore multi-objective genetic algorithm (with the non-dominated sorting concept) is used as optimizer which can generate set of optimal solutions as Pareto fronts. A method based on fuzzy logic named satisfaction degree function is expressed for final solution selection. The strengths of this paper are its comprehensiveness (the number of design modules, the number of design variables and constraints) and the presentation of a simple and efficient method for final solution selection. The optimization results show the effectiveness of the structured framework and suggested method.
    Keywords: Multidisciplinary Design Optimization, Unmanned Air Vehicle, Satisfaction Degree Function, Fuzzy Logic
  • M. R. Soltanpour * Pages 123-135
    In this paper, a fuzzy robust backstepping control is presented to control of underactuated mechanical systems with two-degrees of freedom. To do this, the system is divided into two first and second subsystems. Subsequently, for each of these sub-systems, a robust backstepping controller is designed. The mathematical proof shows that the first and second subsystems, with the application of controllers in the presence of existing structured and un-structured uncertainties, have global asymptotic stability. Because this system only has one input, so simultaneous control of the first and second subsystems will not be possible. For this reason, for connecting sub-systems, a function with specific characteristics is defined, which can be used to control these subsystems simultaneously, and also the global asymptotic stability of closed loop system in the presence of existing uncertainties can be guaranty. Then, using fuzzy logic, a fuzzy approximator is presented to implement this particular function. Since the switching terms are used in proposed control input, the occurrence of undesirable chattering phenomenon in the control input is inevitable. Therefore, using fuzzy theory, a solution is proposed to overcome this phenomenon in the amplitude control input.
    Keywords: Underactuated System with Two Degrees of Freedom, Structured, Un-Structured Uncertainties, Robust Backstepping Control, Fuzzy Approximator
  • M.R. Kamranfard, A.R. Saidi *, A. Naderi Pages 137-152
    In this article, an analytical solution for buckling of annular sectorial porous plates, is presented. At first, based on first order shear deformation plate theory, the governing equilibrium equations and boundary conditions are obtained using minimum total potential energy principle. Then, the stability equations of the plate, are derived in terms of infinitesimal displacements using adjacent equilibrium criterion. Since these equations are highly coupled, it is so difficult to find an analytical solution for them. So, by introducing four auxiliary functions and doing some mathematical manipulations, the stability equations are decoupled and converted to two independent differential equation which can be solved analytically. For this purpose, it has been assumed the simply supported boundary conditions for the radial edges and desired boundary conditions for the circumferential edges of the plate. Finally, the critical buckling load has been calculated for different conditions of the plate. In section of numerical results, the effect of different geometrical parameters, such as sector angle, thickness and inner radius of the plate, also effect of porosity of the plate upon the critical buckling load has been studied for different arbitrary boundary conditions on circumferential edges. The result show that the effect of increase in porosity of the plate upon decrease of the critical buckling load is significantly fewer than the effect of geometrical parameters and the boundary conditions.
    Keywords: Buckling, Annular Sectorial Plate, First order Shear Deformation Plate Theory, Adjacent Equilibrium Criterion, Porosity
  • S.V. Ghasemzadeh * Pages 153-165
    Inertial navigation is a method to determine the position, velocity and attitude of a vehicle. In these systems, three perpendicular accelerometers and three perpendicular gyroscopes are used to measure linear accelerations and angular velocities of vehicles, respectively. Using some special equations and the measured accelerations and angular velocities, the position, velocity and attitude of a vehicle can be determined. Although these systems have great advantages, some disadvantages such as the increase of error position, velocity and attitude of vehicle by the passage of time exist. These disadvantages are due to errors of inertial sensors. In this paper, firstly, a suitable error model of inertial sensors is proposed. In the following, to decrease these errors and to correct the operation of inertial navigation system; the INS is integrated with GPS. Integration of INS and GPS is done using extended Kalman filter. To this purpose, required equations and relations for integration of INS and GPS are extracted and proposed completely and illustratively. Finally, the simulation of integration of INS and GPS is presented for two different motion scenarios. The results of simulation show great improvements in characteristic of INSᣴ system in comparison to INS individually.
    Keywords: Inertial Navigation, Accelerometers, Gyroscope, GPS, Extended Kalman Filter