طراحی کنترلر غیرخطی بر روی سیستم موشک (شبیه سازی در سیمولینک)
طراحی کنترلر غیرخطی بر روی سیستم موشک (شبیه سازی در سیمولینک):پروژه متلب در اصفهان
پروژه متلب در اصفهان: موشَک هدایت‌شونده یا به اختصار موشکنوعی سامانه تسلیحاتی خودکششی هدایت‌شونده است. موشک‌های مدرن نخستین بار در جنگ جهانی دوم پدیدار شدند. موشکها موجب تحولی انقلابی در تقریباً تمامی جنبه‌های فعالیت‌های نظامی شدند و به ویژه ماهیت نبردهای هوایی و دریایی، پشتیبانی نزدیک هوایی و جنگ هوایی استراتژیک را دگرگون ساختند. هرچند بمب‌های اتمی کشتار جمعی در مقیاسی بسیار گسترده را ممکن ساختند اما موشک‌های بالستیک قاره‌پیمای مسلح به کلاهک اتمی بودند که روشی مطمئن را برای شلیک بمب‌های اتمی مطرح کردند
موشک یک سامانه تسلیحاتی محسوب می‌شود چرا که از قسمتهای مختلفی تشکیل می‌شود که شامل بخش هدف‌یابی و هدایت، بخش پروازی، موتور و کلاهک می‌شوند. موتور موشک معمولاً یک راکت است و از این حیث موشک را می‌توان راکت هدایت‌شونده محسوب کرد. البته موشک‌های کروزبه جای راکت از موتور جت استفاده می‌کنند و از این نظر نوعی هواپیمای بدون سرنشین هستند. کلاهک جنگی بمبی است که موشک آن را با خود حمل می‌کند و سیستمهای هدایتی متنوعی مانند هدایت سیمی، تلویزیونی، گرمایی، لیزری، و راداری هم در انواع مختلف موشکها استفاده می‌شوند. حرکت این سامانه هم با نیروی واکنش ناشی از خروج گاز تامین می‌شود که ناشی از سوختن سوخت از طریق واکنش‌های شیمیایی داخل موتور موشک است. موشک از دید سوخت به دو دستهٔ موشک با سوخت مایع و موشک با سوخت جامد بخش می‌شود.
موشک
بدنه موشک
پروژه متلب در اصفهان : قطعات بدنه موشک شامل اسکلت که الحاق کننده یا محافظ و نگهدارنده سایر قسمتهای موشک می‌باشد و در واقع اتصال قسمتهای مختلف موشک و استواری آن در حین پرواز در هوا به این قسمت متکی است. شاسی ، خود از بخشهای دیگر به نام بدنه اصلی موشک با بالها و بالچه‌ها تشکیل شده است. سیستم هدایت ، موشک را به سوی هدف یا محوطه آن سوق می‌دهد.
وقتی موشک به شعاع مشخصی از هدف رسید، سرجنگی که قسمت از موشک و حاوی مقدار مشخصی از مواد منفجره می‌باشد ، منفجر و باعث انهدام و صدمه زدن به هدف می‌شود. بدنه اصلی موشک معمولا به شکل لوله از جنس محکم و از فلز سبک مانند آلومینیوم با دیگر فلز است که در مقابل درجه حرارت زیاد و فشارهای بالا (که در حین پرواز در هوا به موشک وارد می‌شود.) مقاوم باشد، ساخته می‌شود.
بالهای موشک (Wings)
بالها در اطراف و بیرون بدنه اصلی قرار گرفته‌اند و نیروی اصلی جهت پرواز در هواست تامین می‌نماید. لبه جلویی بالها به لبه مقاوم ، لبه عقبی آن به لبه فرار (Trailing EDGE) و بالای آن تیپ (TIP) گفته می‌شود.
بالکهای موشک (FINS)
بالکها کوچکتر از بالها بوده و بطور معمول در قسمت عقب موشک قرار می‌گیرند، ولی در بعضی از موشکها در قسمت جلو بدنه طراحی شده است. هدف از به کارگیری بالک ، متعادل نگهداشتن موشک و تامین پدیداری آن (انطباق محور موشک با زاویه حرکت) ، در مسیر پرواز می‌باشد به همین علت به بالکها ، تثبیت کننده نیز اطلاق می‌شود.
سیستم هدایت و کنترل موشک (Guidance and control system)
سیستم هدایت یکی از بخشهای عمده موشک است و کار هدایت موشک از محل روانه سازی و پرتاب تا بخشی از مسیر و یا هدف را به عهده دارد. بعضی از موشکها از هدایتهای مختلفی ، در قسمتهای مسیر استفاده می‌کنند. سیستمهای هدایت جهت انجام وظایف مربوط ، دارای قسمتهای زیر می‌باشد
هدایت حساسه
این قسمت به انواع مختلف انرژی نظیر حرارت ، روشنایی ، امواج الکترومغناطیسی ، صدا و یا حرکت مکانیکی را تشخیص می‌دهند. این وسایل (حساسه‌ها) انرژی دریافتی را تجزیه و تحلیل کرده و به شکلی بکارگیری در می‌آورند و آنها را به قسمتهای مربوطه نظیر شتاب سنجها به کامپیوتر ارجاع می‌دهند.
کامپیوتر
اطلاعات را از حساسه‌ها دریافت و آنها را پردازش می‌نمایند. خروجی به نحوی است که قابل دریافت و واکنش مناسب بوسیله قسمتهای کنترل باشد. این قسمت در واقع مغز موشک تلقی می‌شود. زیرا اطلاعات لازم برای قسمتهای داخلی و سطوح کنترل از این بخش صادر می‌شود.
موشک یک موتور درون‌سوز است که برای کارکردن، نیازی به هوای بیرون ندارد. موشک هم سوخت و هم ماده‌ی اکسیدکننده را با خود حمل می‌کند. این دو ماده با هم در اتاقک احتراق می‌سوزند و گازهای داغی تولید می‌کنند که از طریق دهانه‌ی خروجی تخلیه می‌شوند. درون اتاقک احتراق، گازهای داغ بر تمام جهات فشار می‌آورند.
اگر اتاقک کاملا مسدود باشد، فشار در تمام جهت‌ها یکسان خواهدبود و موشک حرکت نخواهدکرد. اما اتاقک احتراق چنان ساخته می‌شود که این گازها با سرعت زیاد از دهانه‌ی خروجی تخلیه شوند. این کار باعث می‌شود که فشار گاز در تمام جهت‌ها یکسان نباشد؛ چون فشار واردشده به طرف جلو بسیار بیشتر از طرف عقب است، موشک به سمت جلو حرکت می‌کند. این حرکت، از قانون سوم نیوتن پیروی می‌کند:« برای هر عمل، عکس‌العملی وجود دارد برابر و در جهت مخالف». در موشک، گازهای در حال فوران از دهانه‌ی خروجی، عمل و فشار رو به جلو، یا پیشرانه، عکس‌العمل است. چون موشک سوخت و اکسیدکننده را با خود حمل می‌کند، و از آنجا که قانون سوم نیوتن در همه جا صدق می‌کند، پس موشک می‌تواند هم در جو زمین و هم در خلاء فضا حرکت کند.
داستان موشک:
گمان می‌رود موشک‌های اولیه در چین ساخته‌شدند. هنگامی که در سال ۱۲۳۲ میلادی مغولان شهر کای‌فنگ‌فو را رد شمال چین به محاصره‌ی خود درآوردند، مردم شهر با شلیک تیرهای آتشین که لوله‌هایی پر از باروت بودند محاصره‌ی شهر را شکستند. براساس یک دست‌نوشته‌ی قدیمی این موشکها چنین توصیف شدند:« صدایی چون رعد تولیدمی‌کردند و مسافت زیادی را می‌پیمودند.»
مدت زمان چندان زیادی نگذشت که هنر موشک‌سازی به خاورمیانه و اروپا کشیده‌شد. در سال ۱۲۴۲ میلادی راجر بیکن کشیش، فیلسوف و دانشمند انگلیسی فرمولی برای ساختن باروت یافت که عبارت بود از ۲/۴۱% نیترات پتاسیم، ۴/۲۹% کربن و ۴/۲۹% گوگرد. وی همچنین موفق‌شد نیترات‌پتاسیم را که جزء تولیدکننده‌ی اکسیژن در باروت است را تقطیر کند. این امر باعث تسریع در سوختن باروت می‌شد.
الحسن‌الرماح متفکر سوری، در کتاب‌های خود جنگ سواره و ماشین‌های جنگی که در حدود سال ۱۲۸۰ میلادی نگارش شده‌اند طرز ساختن باروت و موشک را با عنوان «تیرهای چینی» توضیح داده‌است. همچنین در کتاب مورخ آلمانی نوشته شده در سال ۱۲۸۵ میلادی، به موشک اشاره‌هایی شده‌است. مورآروتی، مورخ ایتالیایی نیز شرح می‌دهد که چگونه به هنگام محاصره‌ی چیوزیا (در نزدیکی ونیز) در سال ۱۳۷۹ میلادی یک قلعه‌ی تدافعی با موشک باروتی به آتش کشیده شد و آخرین مقاومت‌ها را در هم شکست.
انگلیسی‌ها برای اولین بار در جنگی‌که با هندی‌ها داشتند موشک را دیدند. احتمالا هندی‌ها در قرن هفدهم میلادی موشک‌سازی را از بازرگانان عرب فراگرفته‌بودند. هنگامی که در حدود سال۱۷۷۰ اولین نمونه‌های موشک‌های هندی به انگلستان رسید ناخدا تامس دسالییر ساختمان آنها را مورد آزمایش قرارداد، اما نتوانست موشک‌هایی با همان برد و دقت تولید کند. موضوع موشک تا سال ۱۸۰۴ در بوته‌ی فراموشی ماند؛ تا این‌که ویلیام کانگریو افسر انگلیسی تلاش جدیدی برای ساختن موشک آغازکرد. او توانست در مدت یک‌سال موشکی ۲۴ پوندی با برد ۱۸۰۰ متر بسازد. موشک‌های او در ۸ اکتبر ۱۸۰۶ در جنگ با ناپلئون به‌کار گرفته‌شد.
در سال ۱۸۱۰ و.مور مقاله‌ای درباره‌ی حرکت موشکها منتشر کرد. این اولین نوشته‌ای بود که به طور علمی به مطالعه‌ی ریاضی موتورهای موشک و مسیر پرتابه‌ها می‌پرداخت.
در سال ۱۸۴۴ ویلیام هیل انگلیسی موشک‌هایی اختراع کرد که ضمن چرخیدن قادر به حفظ تعادل خود نیز بودند. اما، موشکها می‌بایست نیم‌قرنی در انتظار پیشرفت‌های بزرگ سپری می‌کردند، پیشرفت‌هایی که ماهیت نظری داشتند.
کنستانتین تسیلوفسکی اهل روسیه، که معلم مدرسه بود، در سال ۱۸۸۳ ثابت کرد که موشکها در خلاء فضا نیز می‌توانند کار کنند. او در سال ۱۹۰۳ نخستین مقاله‌ی خود را درباره‌ی مسافرت‌های فضایی، بر مبنای استفاده از پیشران مایع، منتشرکرد. یادداشت‌های او در ربع اول قرن بیستم حاوی طرح‌هایی از سفینه‌های فضایی است که سوخت آنها اکسیژن و هیدروژن مایع یا اکسیژن و نفت سفید در نظر گرفته شده‌است. در طرح‌های او دریچه‌هایی برای کنترل جریان سوخت به طرف اتاقک احتراق، و پره‌هایی در دهانه‌ی خروجی برای کنترل مسیر دیده می‌شود. محتویات موشک به نحوی جای گرفته‌اند که نیروی شتاب را کاملا تحمل کنند. و اتاقک تحت فشار دارای دیواره‌ای دو جداره برای حفاظت در برابر شهابواره‌هاست.
تسیلوفسکی علاقه‌مند به موشک‌های چند مرحله‌ای بود. او دستیابی به سرعت‌های زیاد برای قراردادن ماهواره‌ها در مدار تنها از این راه امکان‌پذیر می‌دانست. وی استفاده از ژیروسکوپ‌ها و موشک‌های موازنه را (موشک‌های فرعی که تعادل موشک‌اصلی را حفظ می‌کند) را پیشنهاد کرد و حتی تا جایی پیش رفت که به توصیف محل‌های مسکونی واقع در مدار پرداخت؛ جایی که انسان تحت نیروی گرانش مصنوعی زندگی کند و غذا و اکسیژن لازم را از سیستمهای بسته‌ی زیست‌شناختی به دست آورد. اما هنوز راه درازی در پیش بود تا موشک در اهدافی چنین بلند پروازانه به کار گرفته‌شود. بعدها تسیلوفسکی پدر صنعت موشک‌سازی در روسیه لقب گرفت.
در گوشه‌ی دیگر دنیا، رابرت هیچنگز گودارد، بنیان‌گذار موشک‌سازی در آمریکا، نوعی موشک شبیه به بازوکا که سوخت جامد داشت، در خلال جنگ جهانی اول اختراع کرد. او در سال ۱۹۱۹ کتابی به نام «روش رسیدن به بالاترین ارتفاعات» نوشت، و دو سال بعد آزمایش‌هایی با سوخت مایع آغاز کرد. گادرد بر خلاف تسیلوفسکی بیشتر اهل آزمایش بود. او در ۱۶ مارس ۱۹۲۶ نخستین موشک سوخت مایع را در شهر اُبرن در ماساچوست به پرواز درآورد. موشک با اکسیژن مایع و بنزین کار می‌کرد، تا ارتفاع ۵/۱۲ متر بالا رفت و به حداکثر سرعت ۱۰۰ کیلومتر در ساعت رسید و سپس ۵۶ متر دورتر از سکوی پرتاب فرود آمد. گرچه عده‌ی بسیار کمی، چنان‌که باید اهمیت این کار را درک کردند، اما آزمایش گادرد نقطه‌ی عطفی در تاریخ بود. چند سال بعد، او به تنهایی در ایستگاه موشکی خود در روزول (در نیومکزیکو) موفق شد که موکی را به ارتفاع ۲۳۰۰ متر و حداکثر سرعت ۱۱۰۰ کیلومتر در ساعات برساند (مه ۱۹۳۵). دهانه‌ی خروجی گاز این موشک دارای پره‌هایی با کنترل ژیروسکوپ بود، که یکی از چندین اختراع گادرد در صنعت موشک‌سازی است.
در آلمان نیز وضع تقریبا بدین منوال بود. هرمان اُبرت که پایه‌گذار صنعت موشک‌سازی آلمان محسوب می‌شود، در سال ۱۹۲۳ کتابی به‌نام « موشک در فضای سیاره‌ای» نوشت. او نیز چون گادرد استفاده از سوخت مایع را به دلیل انرژی زیاد و قابل کنترل بودنشان ترجیح می‌داد. در ژوئیه ۱۹۲۷ به همت اُبرت، علاقه‌مندان به موشک در آلمان، «انجمن مسافرت‌های فضایی» را بنیاد نهادند. اعضای این انجمن مشتاقانه خواهان تکمیل و ساختن موشک‌های با سوخت مایع بودند.
بعد از گادرد، وینکلر دومین کسی بود که موشک با سوخت مایع ساخت و پرتاب کرد. این موشک که با متان و اکسیژن مایع کار می‌کرد، در ۲۱ فوریه ۱۹۳۸ مورد آزمایش قرارگرفت و به طور نااُمید کننده‌ای فقط ۳ متر بالا رفت. اما سه هفته بعد، وینکلر موشک دیگری از همین نوع را که تغییراتی در آن داده‌بود، آزمایش کرد. موشک به ارتفاع ۶۰۰ متری رسید. مدل‌های کوچک دیگری نیز، که به میراک و رپالسر مشهور بودند، به وسیله‌ی اعضای این انجمن ساخته‌می‌شدند. در این هنگام جوان ۱۸ سالهای به نام ورنر فون براون به این انجمن پیوست. موشک‌های ساخته‌ی او در «میدان پرواز موشک» در حومه‌ی برلین، مورد آزمایش قرارگرفت و به زودی یه رقابت با موشک‌های انجمن پرداخت. پیشرفت‌های بعدی باعث شد مدل‌های جدیدتر رپالسر، حتی با سوخت کمتر از ظرفیت، تا ارتفاع ۶/۱ کیلومتر بالا بروند، اما، با این وجود، این موشکها همواره درست پرواز نمی‌کردند.
بحران اقتصادی در اوایل دهه‌ی ۱۹۳۰ فرارسید، ارزش پول کاهش پیداکرد، و دیگر آشکار بود که بدون سرمایه‌ی اضافی، کار مؤثر انجمن امکان‌پذیر نیست. از این رو نبل، ریدر، و فون براون با ارتش آلمان وارد گفتگو شدند و کار یکی از موشک‌های رپالسر خود را در میدان مشق ارتش در کومرسدورف در ۱۰۰ کیلومتری جنوب برلین نمایش دادند. اگرچه متخصصان توپخانه اظهار علاقه کردند ولی متقاعد نشدند. آنها مقدار اندازه‌گیری شده‌ی پیشرانه و اطلاعات دیگری از ریدل و براون خواستند.
براون تا آنجا که می‌توانست اطلاعات جمع کرد و به کومرسدورف بازگشت، رویدادی که تغییر دهنده‌ی دوره‌ای از تاریخ بود. ارتش دریافت که موشک‌سازی بیرون از مفاد عهدنامه‌ی ورسای است، که به آلمان اجازه ساخت هواپیما نمی‌داد؛ در سال ۱۹۳۳ آدلف هیتلر به قدرت رسید. در آن زمان بخش ویژه‌ای از اداره‌ی تسلیحات ارتش به سرپرستی والتر دورنبـِرکِر در کوموسدرف تأسیس شد. فون براون جوان که هنوز خود را برای اخذ درجه‌ی دکتری آماده می‌کرد، به سمت مسئول توسعه‌ی موشک‌سازی انتخاب شد و به کار روی دسته‌ای از موشک‌های آزمایشی با سوخت مایع پرداخت. گروه کوچک براون، طی جند سال اول، موشک‌های تکامل یافته‌ای را به طور مخفیانه در بورکوم، در نزدیکی اِمدِن پرتاب کردند. در دسامبر ۱۹۳۴، دو موشکA-2 که ماکس و موریتس نامیده می‌شدند، به ارتفاع تقریبی ۵/۲ کیلومتری رسیدند. در این مدت انجمن مسافرت‌های فضایی، به علت مسائل مالی منحل گردید و میدان پرواز موشک‌آن‌ها انبار مهمات ارتش شد.
در آوریل ۱۹۳۷، یک ایستگاه بزرگ تحقیقات موشکی در نزدیکی دهکده‌ی پینه‌مونده در سواحل بالتیک برپا شد. دست‌اندرکاران پیشین انجمن مسافرت‌های فضایی اکنون می‌توانستند کار موشک‌سازی خود را در کنار فون براون از سر گیرند. در پینه مونده، موشک بزرگA-5 به عنوان یک سلاح توپخانه‌ای تکمیل شد. این موشک بعدها در سالهای ۴۵-۱۳۴۴ در بمباران لندن، آنتروپ و هدف‌های دیگر به کار رفت. این موشک را فرماندهی عالی آلمان V-2 نامید. پس از جنگ، موشک‌های وی-۲، به عنوان موشک‌های پژوهشی برای مطالعه‌ی جو بالا، در آمریکا مورد استفاده قرارگرفت و موشک‌های دیگری مانند اروبی و وایکینگ از روی آن طراحی شدند.
شوروی‌ها نیز به دور از این ماجراها نبودند. در ۱۷ اوت ۱۹۳۳، گروهی از پژوهشگران این کشور، به سرپرستی میخاییل تیخونراُف موشکی موسوم بهGrid 9 را پرتاب کردند که تا ارتفاع ۴۰۰ متر بالا رفت. این موشک با اکسیژن مایع و ترکیبی از بتزین و کلوفونی (ماده‌ای که از تورفنتین به دست می‌آید) کار می‌کرد. یکی از سازندگان این موشک، جوانی به نام سرگئی کرولف بود که سال‌ها بعد موشک R-7 را طراحی کرد. وی یکی از دانشمندان برجسته‌ی موشکی در روسیه و جهان به شمار می‌آید.
پس از جنگ جهانی دوم و شکست آلمان‌ها موشک‌های وی-۲ غنیمت گرفته شده از آنها به آمریکا و روسیه منتقل شد و نیز بسیاری از دانشمندان موشکی آلمان به این دو کشور رفتند. موشک وی-۲ را می‌توان پایه و اساس موشک‌های فضایی امروز دانست.
خروجی متلب :
دیدگاه ها