فهرست مطالب

مکانیک هوافضا - سال نوزدهم شماره 4 (پیاپی 74، زمستان 1402)

فصلنامه مکانیک هوافضا
سال نوزدهم شماره 4 (پیاپی 74، زمستان 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/10/01
  • تعداد عناوین: 10
|
  • شهرام آجری*، فاطمه صادقی صفحات 1-10
    در این مقاله، رفتار کمانشی گرافن عامل دار شده کووالانسی با نایلون 6 و 6 در محیط های خلا و آبی با استفاده از شبیه سازی دینامیک مولکولی مورد تحلیل و بررسی قرارگرفته است. با محاسبه نیروی کمانش بحرانی و کرنش گرافن عامل دار، اثرات درصد وزنی، الگوهای مختلف توزیع و شکل های اتصال بر روی این مقادیر مطالعه شده است. نشان داده می شود که گرافن دارای کرنش و نیروی بحرانی بسیار کوچکی می باشد. با عامل دار کردن کووالانسی، نیروی بحرانی گرافن عامل دار شده افزایش می یابد که در حضور مولکول های آب، چشمگیر تر است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که کرنش بحرانی به اندازه نیروی بحرانی به حضور مولکول های آب حساس نمی باشد. همچنین، با افزایش درصد وزنی گروه های عاملی، نیروی بحرانی افزایش می یابد. در مقابل، کرنش بحرانی با عامل دار کردن گرافن کاهش می یابد و کرنش بحرانی گرافن عامل دار شده با افزایش درصد وزنی کاهش می یابد. نتایج حاصل از این مطالعه می تواند به عنوان معیاری برای نانوکامپوزیت های مبتنی بر گرافن استفاده شود.
    کلیدواژگان: گرافن، عامل دار کردن، نایلون 6 و 6، کمانش، شبیه سازی دینامیک مولکولی
  • محمدمهدی سوری، سید حسین ساداتی* صفحات 11-26

    سیستم هدایت و کنترل موشک از سه زیرسیستم ناوبری، هدایت و کنترل تشکیل می شود. وظیفه این زیر سیستم ها به ترتیب محاسبه مقدار انحراف وسیله هدایت شونده از مسیر مطلوب، تعیین حرکت یا شتاب مناسب برای جبران انحراف و ردیابی شتاب و جهت موشک به سمت هدف است. در روش های معمول طراحی سیستم هدایت و کنترل، هر یک از زیرسیستم های هدایت و کنترل به طور جداگانه و با فرض ایده آل بودن زیرسیستم دیگر طراحی می شود. در رویکرد هدایت و کنترل یکپارچه، قانون هدایت به طور جداگانه توسعه یافته و با فرض ایده آل بودن خودخلبان آزموده می شود. خودخلبان نیز به طور مستقل طراحی شده و با فرض ایده آل بودن قانون هدایت آزموده می شود. این مقاله به تشریح روند طراحی و شبیه سازی عملکرد کنترل کننده تناسبی، انتگرال گیر، مشتقی و فازی بهینه می پردازد که به منظور هدایت موشک در یک مسیله دوبعدی کمینه سازی زمان برخورد و فاصله تا هدف ایجادشده است. در کنترل کننده ترکیبی فازی بهینه، پارامترهای کنترل کننده فازی نوع ممدانی (شامل توابع عضویت ورودی و خروجی، قوانین استدلال فازی و نیز بهره های ورودی و خروجی) از طریق حل یک مسیله بهینه سازی تنظیم شده اند. در ادامه، پارامترهای کنترل کننده تناسبی-انتگرالی-مشتق گیر نوع موازی نیز به کمک حل مسیله بهینه سازی نامحدب تعیین شده و نشان داده می شود که این نوع کنترل کننده با پارامترهای بهینه قادر به هدایت بهینه موشک خواهد بود.

    کلیدواژگان: موشک، هدایت و کنترل، کنترل بهینه، کنترل فازی، کنترل تناسبی، انتگرال گیر، مشتقی
  • کامران رحمانی*، مجید علی طاولی، ابوالفضل درویزه صفحات 27-39
    در این تحقیق تاثیر افزودن نانولوله های کربنی چند جداره بر روی رفتار بالستیکی چندلایه های الیافی- فلزی به صورت تجربی موردبررسی قرارگرفته است. به همین منظور نانولوله های کربنی با درصدهای وزنی 2/0، 4/0 و 6/0 به رزین اپوکسی خالص افزوده شده و توسط همزن های مکانیکی و مافوق صوت (اولتراسونیک) همگن سازی گردیدند. سپس چندلایه های الیافی- فلزی با استفاده از الیاف شیشه، ورق آلومینیومی 2024-T3 و رزین اپوکسی خالص و هیبریدشده با نانولوله های کربنی با روش لایه چینی دستی ساخته شدند. درنهایت نمونه های آماده شده با استفاده از پرتابه استوانه ای سر مخروطی تحت آزمایش ضربه بالستیک قرار گرفتند. نتایج حاصله نشان داد که افزودن نانولوله های کربنی تاثیر مستقیمی برافزایش سرعت حد بالستیک دارد که بیشترین مقدار آن با درصد وزنی 4/0 حاصل گردید، ولی در 6/0 درصد وزنی به دلیل کلوخه شدن نانو ذرات، عملکرد مکانیکی افت پیدا کرد. درنهایت مطالعات ریزساختاری با استفاده از میکروسکوپ الکترونی انجام گردید که نتایج حاصله بهبود خواص چسبندگی در فصل مشترک بین الیاف تقویت کننده و زمینه پلیمری را در نمونه های دارای نانولوله کربنی نشان داد.
    کلیدواژگان: نانولوله کربنی، سرعت حد بالستیک، چند لایه های الیافی- فلزی، کلوخه شدن
  • مهدی نیکوسخن لامع* صفحات 41-52
    در این مقاله، طراحی و تحلیل کنترل وضعیت یک فضاپیما به عنوان یک جسم صلب، مبتنی بر سه کنترلر خطی، غیرخطی مبتنی بر خطی سازی پس خور و غیرخطی مبتنی بر پسگام ارایه شده است. با توجه به ویژگی بیان وضعیت به صورت فراگیر بر اساس پارامترهای کواترنیون، از این پارامترها برای استخراج معادلات دینامیکی استفاده شده است. پایداری فراگیر مجانبی کنترلر خطی و پسگام بر اساس روش لیاپانوف اثبات شده است. پایداری حلقه بسته کنترلر خطی سازی شده پس خور نیز با نشان دادن عدم وجود دینامیک داخلی اثبات شده است. بهره های کنترلی در روش خطی و پسگام بر اساس مدل خطی به دست آمده از خطی سازی محلی حول نقطه تعادل و در روش خطی سازی شده پس خور بر اساس مدل خطی فراگیر، تعیین شده است. عملکرد این سه کنترلر در سناریوهای مختلف باهم مقایسه شده است. نتایج نشان می دهند که کنترلر خطی سازی شده پس خور قادر به برآورد سازی دقیق زمان نشست مطلوب می باشد. درصورتی که بیشینه خطای زمان نشست حاصل شده نسبت به زمان نشست مطلوب در کنترل پسگام در حدود 17% و در کنترلر خطی در حدود 22% است. البته تلاش کنترلی کنترلر خطی سازی شده پس خور و پسگام به ترتیب 100% و 46% بیشتر از کنترلر خطی می باشد.
    کلیدواژگان: کنترل وضعیت، کواترنیون، کنترلر خطی، پسگام، خطی سازی پس خور، فضاپیما
  • علی نکونام، مرتضی منتظری* صفحات 53-69
    در این تحقیق افت عملکرد توربین گاز ملی IGT25 تحت اثر زوال اجزاء اصلی مسیر گاز شبیه سازی شده است. بدین منظور ابتدا مدل ترمودینامیکی توربین گاز موردمطالعه به کمک جعبه ابزار T-MATS توسعه داده شده و پس از ارزیابی با داده های واقعی از آن در شبیه سازی افت کارایی استفاده شده است. در ادامه، رسوب گرفتگی و فرسایش به عنوان دو عیب شایع موردتوجه قرار داده شده، به این صورت که با انحراف ظرفیت جریان و راندمان این دو عیب در شدت های مختلف شبیه سازی شده و اثرات آن بر روی پارامترهای عملکردی توربین گازی در حالت کنترلی دور ثابت توربین توان و در بارگذاری های مختلف، بررسی شده است. نتایج پژوهش حاضر نشان می دهد که با وقوع عیب فرسایش در تیغه های کمپرسور و در حالت کنترلی موردبررسی، پارامترهایی چون دور توربین ژنراتور، سوخت مصرفی، دمای خروجی از کمپرسور، دمای ورودی به توربین ژنراتور، دمای ورودی به توربین توان و دمای گازهای خروجی نسبت به حالت سالم افزایش و در مقابل دبی هوای عبوری از کمپرسور، فشار خروجی از کمپرسور و فشار ورودی به توربین توان کاهش می یابد. بر اساس نتایج، دمای گازهای خروجی از توربین گازی پارامتری است که در اثر وقوع عیب رسوب گرفتگی و فرسایش تیغه های کمپرسور بیشترین انحراف را از حالت نرمال نشان می دهد که مقدار این انحراف به ترتیب 8/3 و 2/2 درصد به دست آمد. علاوه بر آن مشاهده شد که در زمان وقوع عیب، شرایط عملکردی توربین گازی بر میزان انحراف پارامترهای اندازه گیری اثرگذار است.
    کلیدواژگان: توربین گاز صنعتی IGT25، افت عملکرد، رسوب گرفتگی، فرسایش، شبیه سازی ترمودینامیکی
  • سید کیانوش سمیعی، مهدی میرزایی*، صدرا رفعت نیا صفحات 71-83

    در این مقاله به طراحی و پیاده سازی عملی یک کنترل کننده مبتنی بر خطی ساز پسخور برای بازوی اهرمی با مفصل انعطاف پذیر در حضور اغتشاشات خارجی و عدم قطعیت های مدل پرداخته می شود. برای دسترسی به یک مدل دینامیکی با مرتبه کاهش یافته، اما دقیق و قابل اطمینان از سیستم جهت استفاده در طراحی کنترل کننده، یک رویت گر حالت توسعه یافته پیشنهاد می شود. در روش پیشنهادی، با در نظر گرفتن جمله دربرگیرنده ی عدم قطعیت های مدل و اغتشاشات خارجی سیستم به عنوان یک متغیر حالت جدید، تخمینی از این متغیر در کنار سرعت زاویه ای بازو با استفاده از داده های اندازه گیری مربوط به موقعیت زاویه ای بازو ارایه می شود. کنترل کننده طراحی شده مبتنی بر این رویت گر می تواند خود را با شرایط واقعی تطبیق داده و در هرلحظه اطلاعات مربوط به عدم قطعیت های مدل و اغتشاشات خارجی را استفاده نماید. سیستم کنترلی با و بدون استفاده از رویت گر به صورت آزمایشگاهی برای بازوی اهرمی با مفصل انعطاف پذیر پیاده سازی می شود. نتایج حاصل حاکی از این است که اغتشاشات خارجی و عدم قطعیت های موجود در سیستم به صورت برخط به خوبی تخمین زده شده و به کنترل کننده ارسال می گردد. بدین ترتیب کنترل کننده ی تطبیقی طراحی شده می تواند با بهره گیری از اطلاعات فقط یک حسگر به واسطه ی استفاده از مدل کاهش یافته، مسیرهای مختلف برای بازوی اهرمی با مفصل انعطاف پذیر را با دقت بالایی در شرایط واقعی ردیابی کند. همچنین، الگوریتم پیشنهادی به دلیل حجم محاسبات کم، سریع بوده و برای پیاده سازی عملی مناسب است.

    کلیدواژگان: مفصل انعطاف پذیر، رویت گر حالت توسعه یافته، به روزرسانی مدل، کنترل کننده خطی ساز پسخور تطبیقی، پیاده سازی عملی
  • اکبر اصغرزاده بناب*، نعیم یوسفی لادمخی، حمید بیگدلی صفحات 85-101
    یکی از چالش های اساسی در به کارگیری بازوهای رباتیکی در صنایع مختلف مانند خط تولید و مونتاژ، مراکز پزشکی و جراحی، صنایع فضایی و ادوات نظامی عدم دستیابی به مدل سازی و کنترل دقیق آن هاست. در این مقاله مسیله کنترل مقاوم مبتنی بر تخمین گر بهینه برای سیستم های دینامیک به شدت غیرخطی تحت تاثیر عدم قطعیت های سیستمی و محیطی، انجام شده است. در نظر گرفتن زیرسیستم الکتریکی محرک کوپل شده به زیرسیستم مکانیکی در مدل سازی، منجر به مدل کامل تر و واقعی تر معروف به ربات های با مفاصل انعطاف پذیر الکتریکی شده است. متغیرهای حالت نامعلوم که امکان اندازه گیری آن ها توسط سنسورها وجود ندارد، توسط تخمین گر معادله ریکاتی وابسته به حالت تعیین می شود. با به کارگیری رویکرد پیشنهادی در شبیه سازی یک بازوی دو درجه آزادی با مفاصل انعطاف پذیر الکتریکی به عنوان یک نمونه کاربردی، هر دو مزیت استحکام و بهینگی برای سیستم حاصل می شود. سپس روش پیشنهادی با روش کنترل مود لغزشی و تخمین گر فیلتر کالمن مقایسه شده است. نتایج به دست آمده بهبود استحکام سیستم در مقابل عدم قطعیت و اغتشاشات را با به کارگیری روش پیشنهادی نشان می دهد. نرم خطای نهایی پنجه ربات در الگوریتم پیشنهادی و فیلتر کالمن به ترتیب 13/4 میلی متر و 02/37 میلی متر و نرم ورودی کنترلی (مصرف انرژی) به ترتیب 5/7 و 8/16 بوده است؛ بنابراین، دستیابی به هدف، با دقت بالاتر و تلاش کنترلی حداقل با استفاده از روش پیشنهادی تامین شده است.
    کلیدواژگان: کنترل مودلغزشی، تخمین گر زیربهینه، عدم قطعیت مدل، نویز اندازه گیری، اغتشاش فرآیند
  • بهاره یخچیان، علیرضا شاطرزاده* صفحات 103-117
    در این مقاله، کمانش و پس کمانش حرارتی ورق های مدرج تابعی با ماتریسی از جنس پلیمر ایزوتروپیک و تقویت شده با نانوپلاکت های گرافن بررسی شده است. در این ورق های چندلایه ضخامت تمام لایه ها یکسان است و با تغییر کسر وزنی نانوپلاکت های گرافن تقویت کننده در هر لایه، نوع آرایش لایه ای ورق های نانوکامپوزیتی تغییر می کند. ورق ها با سه آرایش مدرج تابعی X و O و آرایش یکنواخت U تقویت شده است. معادلات حاکم بر ورق به کمک تیوری تغییرشکل برشی مرتبه اول به دست آمده است. رفتار کمانش حرارتی ورق ها با روش تربیع دیفرانسیلی مطالعه شده است. به منظور یافتن مدول یانگ موثر از مدل میکرومکانیک اصلاح شده هالپین-تسای و برای به دست آوردن خواص معادل کامپوزیت ها از قانون اختلاط استفاده شده است. نتایج نشان می دهد، توزیع نانوپلاکت های گرافن با آرایش به صورت X مقاومت ورق در برابر کمانش را بهبود می بخشد. همچنین، تاثیر پارامترهای همچون کسر وزنی نانوپلاکت های گرافن، نسبت ابعادی، نسبت طول به ضخامت بررسی شده است.
    کلیدواژگان: کمانش حرارتی، روش تربیع دیفرانسیلی، نانوپلاکت های گرافن، پس کمانش، تئوری تغییر شکل برشی مرتبه اول
  • حسین چهاردولی* صفحات 119-133
    این مقاله به کنترل گام به عقب تطبیقی مقاوم گروه های خودرویی ناهمگن خودران در حضور عیب عملگری، عدم قطعیت مدل، اغتشاش خارجی و با لحاظ قید روی سرعت گروه می پردازد. عیب عملگری به صورت ترکیبی از تضعیف قانون کنترلی و اغتشاش عملگری در نظر گرفته می شود. یک مدل مرتبه سه بر حسب موقعیت برای توصیف حرکت طولی هر خودرو استفاده می شود که در آن، ثابت موتور نامعلوم فرض می شود و اثر اغتشاش دینامیکی نیز لحاظ می گردد. همچنین، ساختار ارتباطی گروه به صورت دو سویه رهبر-پیرو فرض می شود. به کمک روش گام به عقب و در سه مرحله تابع لیاپانوف ساخته می شود: مرحله سرعت، مرحله شتاب و مرحله پایانی. در مرحله اول، خطا به صورت تفاضل وزنی موقعیت هر خودرو با موقعیت مطلوب آن تعریف می شود. سپس به کمک قضیه لیاپانوف، یک قانون کنترل مجازی که متضمن کراندار بودن خطای فاصله است بدست می آید. در مراحل دوم و سوم، خطا به ترتیب برابر تفاضل سرعت و شتاب با کنترلر مجازی مرحله قبل تعریف می شود. در نهایت، یک تابع لیاپانوف که در برگیرنده خطاهای هر سه مرحله و خطای تخمین است تعریف می گردد و به کمک آن، یک قانون کنترلی به گونه ای بدست می آید که دامنه خطای تخمین و خطای فاصله کراندار و در نتیجه گروه خودرو پایدار باشد. شبیه سازی های متعددی برای اعتبارسنجی روش مزبور ارایه خواهند شد.
    کلیدواژگان: عیب عملگری ترکیبی، عدم قطعیت مدل، روش گام به عقب تطبیقی، تابع لیاپانوف، پایداری
  • فاطمه صادقی* صفحات 135-148
    در این مقاله، رفتار نوسانی نانو پیازهای کربنی داخل نانولوله های کربنی تک جداره موردمطالعه قرارگرفته است. بدین منظور، با استفاده از تیوری تقریب پیوسته و تابع پتانسیل لنارد- جونز، روابطی تحلیلی برای محاسبه نیروی بین مولکولی واندروالسی و انرژی پتانسیل سیستم ارایه شده است. با استفاده از قانون دوم نیوتن و با صرف نظر از اثرات اصطکاک، معادله حرکت به صورت عددی حل شده و پاسخ های زمانی مکان و سرعت نوسانگر محاسبه شده است. همچنین، به منظور محاسبه فرکانس نوسانات سیستم، یک رابطه نیمه تحلیلی بر اساس اصل پایستاری انرژی مکانیکی به دست آمده است. رابطه ارایه شده برای فرکانس هم به پارامترهای هندسی و هم به شرایط اولیه حرکت وابسته می باشد. با استفاده از این رابطه، مطالعه جامعی بر روی رفتار نوسانی نانو پیازهای کربنی داخل نانولوله های کربنی تک جداره با تغییر پارامترهای سیستم انجام گرفته است. نتایج عددی نشان می دهد که فرکانس تولیدشده توسط این نوع از نانو نوسانگرها در مقیاس گیگاهرتز است. همچنین، مشاهده شده است که سرعت فرار و فرکانس ماکزیمم نوسانگر با افزایش تعداد لایه های نانو پیاز کربنی کاهش می یابند.
    کلیدواژگان: نانو نوسانگرها، نانو پیاز کربنی، نانو لوله کربنی تک جداره، روش تقریب پیوسته، فرکانس
|
  • Shahram Ajori *, Fatemeh Sadeghi Pages 1-10
    In this research, the buckling behavior of covalently functionalized graphene with nylon 6,6 in vacuum and aqueous environments is investigated employing the molecular dynamics (MD) simulations. The critical buckling force and strain of functionalized graphene are computed and the effects of weight percentage, different distribution patterns and attachment configurations on these values are investigated. Graphene is demonstrated to have very small critical strain and force. By covalent functionalization, the critical force of functionalized graphene increases which is more considerable in the presence of water molecules. Moreover, it is found out that critical strain is not as sensitive as critical force to the presence of water molecules. Also, by increasing the weight percentage of functional groups, the critical force increases. By contrast, the critical strain reduces by functionalization and the critical strain of functionalized graphene reduces as the weight percentage increases.  The results of this study can be used as the benchmark for the graphene-based nanocomposites.
    Keywords: Graphene, Functionalization, Nylon 6, Buckling, Molecular dynamics simulations
  • MohammadMahdi Soori, Seyed Hossein Sadati * Pages 11-26

    the missile guidance and control system consists of three subsystems: navigation, guidance, and control. These sub-systems are responsible in the calculation of the deviation of the guided vehicle from the desired path so as to determine the appropriate acceleration command to compensate for the deviation and tracking the acceleration and direction of the missile towards the target. In the usual methods of designing the guidance and control system, each of the guidance and control subsystems is designed separately, assuming ideal subsystem. In the integrated guidance and control approach, the guidance law is developed separately and tested with the assumption of an ideal autopilot. The autopilot is also designed independently and is tested with the assumption of ideal guidance law. This article describes the process of designing and simulating the function of proportional, integral, derivative and optimal fuzzy controller, which is created in order to guide the missile in a two-dimensional problem of minimizing the impact time and the distance to the target. In the optimal fuzzy hybrid controller, Mamdani type fuzzy controller parameters (including input and output membership functions, fuzzy reasoning rules, and input and output gains) are set by solving an optimization problem. Next, the parameters of the proportional-integral-derivative controller of the parallel type are also determined by solving the non-convex optimization problem and it is shown that this type of controller with optimal parameters will provide an optimal guide to the missile.

    Keywords: Rocket, Guidance, Control, Optimal control, Fuzzy control, Proportional control, integrator, derivative
  • Kamran Rahmani *, Majid Alitavoli, Abolfazl Darvizeh Pages 27-39
    In this paper, the effect of multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) on the ballistic limit of fibers metal laminates (FML) Exprimentaly investigated. For this purpose, the MWCNTs were added with weight percentages of 0.2, 0.4, and 0.6 to pure epoxy resin and homogenized by mechanical and ultrasonic homogenizers. Then the FMLs were fabricated by fiber glass, 2024-T3 aluminum alloy sheets, pure epoxy resin, and modified resin with MWCNTs using a hand lay-up process. In the end, Ballistic tests on the samples were conducted by using a conical nose projectile. The experimental results show that the ballistic limit of FMLs is increased by adding MWCNTs. Also highest in this increase was observed in samples containing 0.4 weight percentages of MWCNTs, but in the 0.6 weight percentage, agglomeration of nanoparticles caused a reduction in the mechanical properties. The microstructural investigations using Electron microscopy show that the addition of MWCNTs improves the interfacial adhesion between the epoxy matrix and the reinforcing fibers.
    Keywords: Carbon nanotube, ballistic limit, fibers metal laminates, agglomeration
  • Mahdi Nikusokhan Lame * Pages 41-52
    In this paper, the attitude control design and analysis of a spacecraft as a rigid body based on three controllers of linear, nonlinear based on feedback linearization and backstepping is presented. According to the global presentation of the attitude based on quaternion parameters, these parameters have been used to derive the dynamic equations. Global asymptotic stability of linear and backstepping controllers is proved based on the Lyapunov method. The closed-loop stability of the feedback linearized controller is also proved by showing there are no internal dynamics. The controller gains are determined in linear and backstepping controllers based on linearized dynamics, derived from the local linearization around the equilibrium point. While, in the feedback linearized controller, gains are determined based on the global linearized dynamic equation. The performance of these three controllers in different scenarios is compared to each other. The results show that the feedback linearized controller can satisfy accurately the desired rise time. Whereas, the maximum error in achieving the desired rise time is 17% and 22% for backstepping and linear controllers, respectively. Of course, the control effort for the feedback linearized and backstepping is 100% and 46% more than the linear controller, respectively.
    Keywords: Attitude control, Quaternion, Linear control, Backstepping, Feedback Linearized, Spacecraft
  • Ali Nekoonam, Morteza Montazeri * Pages 53-69
    In this research, the performance deterioration caused by the degradation of the main gas path components is simulated for the IGT25 industrial gas turbine. To this aim, after developing a thermodynamic model of IGT25 and verifying the model with real data it is applied to simulate the performance deterioration of the gas turbine. Considering the fouling and erosion as two common gas path faults, these two faults are simulated by deviating the flow capacity and isentropic efficiency and their effects on the performance parameters in the power turbine speed control mode are investigated. The results reveal that the occurrence of fouling on the compressor blade in the investigated control mode leads to a decrease in the gas generator turbine speed, fuel flow, compressor exhaust temperature, gas generator turbine inlet temperature, power turbine inlet temperature and exhaust gas temperature contrarily an increase occurs in air mass flow, compressor exit pressure and power turbine inlet pressure. According to the results, the maximum deviation from the normal condition due to fouling and erosion of the compressor blades observed in the exhaust gas temperature, which is 3.8% and 2.2%, respectively. It is found that the operating conditions of the gas turbine affect the amount of deviation of the performance parameters when a gas path fault occurs.
    Keywords: IGT25 industrial gas turbine, Performance deterioration, Fouling, Erosion, Thermodynamic simulation
  • Seyed Kianoosh Samiei, Mehdi Mirzaei *, Sadra Rafatnia Pages 71-83

    This study deals with the design and experimental implementation of an adaptive feedback linearization controller for a flexible joint lever-arm (FJLA) in the presence of uncertainties and external disturbances. An extended state observer is proposed to upgrade the reduced-order model to an accurate and reliable model with the same order. In the proposed method, the uncertainties and external disturbances are assumed as an extended state and the link position information is used to estimate this state in combination with the angular velocity of the link states. The control system designed based on the proposed observer can adapt itself to real conditions, and use enough information about uncertainties and disturbances. The proposed controller with and without using the observer is examined on a fabricated flexible-joint lever arm. The results indicate that the uncertainties and disturbances are well estimated online for being used in the controller. Therefore, the proposed adaptive controller using just one sensor has a higher accuracy in controlling the position of the FJLA under different trajectories. Also, the proposed control method is fast and suitable for online implementation.

    Keywords: Flexible joint, Extended State Observer, Model updating, Adaptive feedback linearization control, Experimental implementation
  • Akbar Asgharzadeh- Bonab *, Naeim Yousefi Lademakhi, Hamid Bigdeli Pages 85-101
    One of the main challenges of using robotic arms in various industrial applications such as: production and assembly line, medical and surgical centers, space industries and military instruments is the lack of accurate modeling and control of the systems. In this paper, the problem of robust control based on the suboptimal estimator for highly nonlinear dynamic systems affected by systemic and environmental uncertainties is addressed. Considering the coupled electrical-driven and mechanical subsystems in modeling leads to a completer and more realistic model known as the electrical flexible joint robots (EFJR). The state-dependent Riccati equation estimator is used to determine unknown state variables that cannot be measured by sensors. By applying the proposed approach in simulating a two degree-of-freedom (DOF) arm with electrically flexible joints as a practical case study, both robustness and optimality are obtained for the system. Then, the proposed method is compared to the sliding mode control and the Kalman filter estimator. The obtained results indicate that the proposed method has improved the system robustness against uncertainty and disturbance. The norm of final error of the robot End-effector has been obtained as 4.13 mm and 37.02 mm in the proposed algorithm and Kalman filter method, respectively. Also, the norm of control input (energy consumption) has been obtained as 7.5 and 16.8 by the two methods, respectively. Therefore, the proposed method provides the possibility of achieving to the goal with a higher accuracy and less control effort.
    Keywords: Sliding Mode Control, Suboptimal estimator, Model uncertainty, Measurement noise, Process disturbance
  • Bahareh Yakhchian, Alireza Shaterzadeh * Pages 103-117
    In this article, the thermal buckling and post-buckling of functionally graded plates with a matrix of isotropic polymer reinforced with graphene platelets (GPLs) have been investigated. In these multilayer plates, the thickness of all layers is the same, and by changing the weight fraction of reinforcing graphene platelets in each layer, the type of layer arrangement of nanocomposite plates changes. The plates are reinforced with three functional graded distributions: X and O and a uniform U distribution. The governing equations of the plate are obtained with the help of the first-order shear deformation theory (FSDT). The thermal buckling behavior of plates has been studied by the differential quadrature method. To find the effective Young's modulus, the Halpin-Tsai modified micromechanical model is used, and the law of mixing is used to obtain the equivalent properties of composites. The results show that the distribution of graphene platelets with an X arrangement improves the resistance of the plate against buckling. Also, the effect of parameters such as the weight fraction of graphene platelets, aspect ratio, and length-to-thickness ratio has been investigated.
    Keywords: Thermal buckling, differential quadrature method, Graghene platelets, Post buckling, First order shear deformation theory
  • Hossein Chehardoli * Pages 119-133
    This paper deals with the robust-adaptive backstepping control of heterogeneous self-driving vehicle groups in the presence of actuator fault, model uncertainty, and external disturbance concerning group speed constraints. The actuator fault is a combination of descending control law and the actuator disturbance. A third-order dynamical model is utilized to describe the longitudinal motion of each vehicle in which the engine time constant is unknown and the external disturbance is considered. The communication structure is assumed to be bi-directional leader-following. The control design is performed in three levels: speed level, acceleration level, and the final level. At the first level, the error is defined as the difference between the actual position and the desired position of each following vehicle. After that, by employing the Lyapunov theorem, a virtual control law is introduced to make the tracking error bounded. In the second and third levels, the error respectively is defined as the difference between speed and acceleration and the virtual control law of the previous level. Finally, a Lyapunov function involving the state errors of all levels and the estimation errors of the third level is defined and an adaptive control is introduced such that the tracking error and the estimation errors will be bounded. Numerical results are provided to show the merits of this method.
    Keywords: Combined actuator fault, Parameter uncertainty, Speed constraint, Adaptive backstepping approach, Lyapunov function, Stability
  • Fatemeh Sadeghi * Pages 135-148
    In this paper, oscillatory behavior of carbon nano-onions inside single-walled carbon nanotubes is investigated. To this end, using the continuum approximation along with the Lennard-Jones potential function, analytical expressions are derived for the evaluation of van der Waals interaction force and potential energy of system. Based on the Newton’s second law and ignoring the frictional forces, the motion equation is solved numerically and the time histories of displacement and velocity of oscillator are obtained. Moreover, in order to determine the oscillation frequencies of system, a semi-analytical expression is derived based on the conservation of mechanical energy principle. The proposed expression of frequency is dependent on both geometrical parameters and initial conditions. Using this expression, a comprehensive study is performed on the oscillatory behavior of carbon nano-onions inside single-walled carbon nanotubes by varying system parameters. Numerical results indicate that the generated frequency of this type of nano-oscillators is in the gigahertz range. It is further observed that the escape velocity as well as the maximum oscillation frequency decrease as the number of layers of carbon nano-onion increases.
    Keywords: Nano-oscillators, Carbon nano-onions, Single-walled carbon nanotubes, Continuum approximation method, Frequency