Corso di Dinamica e Controllo dei Velivoli
Docente: Massimiliano Mattei
Studenti:�Leonelli Filippo
De Crescenzo Alessandro
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA ELETTRICA E TECNOLOGIE DELL’INFORMAZIONE
SCUOLA POLITECNICA E DELLE SCIENZE DI BASE
Analisi e Controlli fondamentali di un aereo di linea in condizioni di crociera
Analisi e Controlli fondamentali di un aereo di linea in condizioni di crociera
SOMMARIO
Analisi e Controlli fondamentali di un aereo di linea in condizioni di crociera
Analisi e Controlli fondamentali di un aereo di linea in condizioni di crociera
Trim e linearizzazione
Analisi e Controlli fondamentali di un aereo di linea in condizioni di crociera
Date le condizioni di volo e le caratteristiche geometriche le velivolo è stato possibile individuare un trim point (punto di lavoro) sul quale linearizzare il sistema.
Analisi dei modi caratteristici del velivolo
Analisi e Controlli fondamentali di un aereo di linea in condizioni di crociera
Dall'analisi dei poli della matrice A del sistema linearizzato, si sono individuati i modi caratteristici di fugoide e corto periodo.
Corto periodo
Fugoide
Rollio
Duch roll
Spirale
Specifiche SAS
Analisi e Controlli fondamentali di un aereo di linea in condizioni di crociera
Considerando il velivolo di classe 3, in categoria B, con qualità di volo di livello 1, sulla base delle tabelle si individua la classe di appartenenza e livello di qualità di volo caratteristiche del velivolo oggetto di studio. Si scelgono così i valori richiesti per l'aumento di stabilità
Corto Periodo:
Fugoide:
Dutch Roll:
Rollio:
Spirale: Tempo di raddoppiamento del angolo di bank di almeno 20 s
Il valore di CAP per entrare nella tabella relativa al modo di corto periodo è stato calcolato come:
CAP = n/alfa = L/W/alfa = 23.8099
SAS longitudinale
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SAS longitudinale – effetto del washout filter
Analisi e Controlli fondamentali di un aereo di linea in condizioni di crociera
Senza Washout
Con Washout
SAS laterodirezionale
Analisi e Controlli fondamentali di un aereo di linea in condizioni di crociera
p
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Schema simulink SAS
Lo schema simulink è stato implementato seguendo una logica modulare. È inlotre possibile escludere manualmente i singoli circuiti di aumento di stabilità effettuando un override al controllo manuale diretto
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Autopilota controllo della velocità
Lo schema simulink per il controllo della velocità fa uso di un regolatore PI con guadagni:
Risultati regolazione della velocità
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Autopilota controllo della velocità - robustezza
risposta in presenza di una raffica
risposta con il 70% della massa
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Autopilota Altitude and Attitude hold
Lo schema simulink è ottenuto innestando un loop su θ e sulla quota. Gli schemi sono stati implementati tenendo conto della saturazione dell'azione integrale e quindi si è scelto di usare uno schema dotato di anti windup
Altitude & attitude hold
Analisi e Controlli fondamentali di un aereo di linea in condizioni di crociera
Autopilota Altitude and Attitude hold- robustezza ai disturbi
Di seguito è mostrata la risposta del controlore in seguito a raffiche di diversa entità e direzione
Analisi e Controlli fondamentali di un aereo di linea in condizioni di crociera
Autopilota Altitude and Attitude hold- robustezza a variazioni parametriche
Di seguito è mostrata la risposta del controlore con il peso del velivolo al 70% di quello nominale
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Autopilota Heading hold and turn coordination
Lo schema simulink relativo all' heading hold consiste in tre loop innestati secondo lo schema classico, con la retroazione di ψ al fine di garantire una manovra corretta
phi
psi
theta
v_dot
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Autopilota Heading hold and turn coordination –robustezza ai disturbi
Risposta con raffica di [32 32 24]
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Autopilota Heading hold and turn coordination con uso del timone
E' stato inoltre sviluppato uno schema alternativo con un ulteriore loop v_dot – delta_r per impegnare il timone nel tentativo di minimizzare le accelerazioni laterali durante il transitorio che risultano effettivamente ridotte di un ordine di grandezza
Analisi e Controlli fondamentali di un aereo di linea in condizioni di crociera
Il controllo è stato progettato sulle matrici ridotte alla dinamica longitudinale, al fine di controllare la quota e la velocità, incorporando quindi nello stesso controllore funzioni di Autopilot, CAS e SAS.
Controllo LQI sulla dinamica longitudinale:
speed and altitude hold
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Controllo LQI - implementazione
Dettaglio filtro di Kalman
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I seguenti risultati sono ottenuti con l' inserimento di un rumore di misura sulle uscite h,V ed in presenza di una raffica di vento a 50 s.
LQI – verifica di robustezza
Analisi e Controlli fondamentali di un aereo di linea in condizioni di crociera
E' stato sviluppato un attitude hold sulla dinamica longitudinale con la tecnica H-infinito. Di seguito è mostrato l' impianto generalizzato usato per la sintesi.
Il controllore risultante, di ordine 10 ha i seguenti autovalori, e la minima costante di tempo è 1.1e-2, compatibile con un sistema di controllo ad 1 kHz.
Controllo H-infinito: attitude hold controller
Risposta del sistema linearizzato
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Risposta del sistema non lineare, con un disturbo sinusoidale di ampiezza 100 a 30 rad/s che si attiva a 10s
Controllo H-infinito: attitude hold controller
Analisi e Controlli fondamentali di un aereo di linea in condizioni di crociera
Controllo H-infinito: filtri
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Controllo gain scheduling per il controllo della velocità
La logica di controllo gain scheduling utilizzata si propone di migliorare le prestazioni del loop di controllo velocità al variare della quota. Si è scelto un intervallo di quota dai 1000m ai 11000m, questo è stato diviso in 5 punti su ognuno dei quali è stato progettato un controllore PI che ottimizzasse le prestazioni. Il risultato sono stati due vettori di guadagni, sulla base dei quali si è effettuata un interpolazione analitica, interpolazione utilizzata per il calcolo dei guadagni in funzione della quota.
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Confronto prestazioni schema classico e gain scheduling
Schema classico
Gain scheduling