Author(s): Sanches, Tiago Nunes
Date: 2012
Persistent ID: http://hdl.handle.net/10400.6/2006
Origin: uBibliorum
Subject(s): Controlador Blatz-Kleinman; Estabilização de voo; Dinâmica de voo longitudinal; Tecnologia Morphing; Controlador robusto; Asa de envergadura variável
The present study focuses on the design of a longitudinal flight controller for an unmanned aircraft equipped with dissymmetric variable-span system (VSMW or Variable-Span Morphing Wing). Its primary role consists in the longitudinal flight stabilization of the aeroplane while in levelled cruise flight, although, it was designed to offer longitudinal flight stabilization for other flight phases as well, such as e.g. take-off and landing. The stabilization algorithm relies on the most up-to-date developments in the state-of-the-art LQR and Batz-Kleinman controller techniques to stabilize the aircraft on its intended longitudinal attitude upon any small atmospheric disturbances inflicted. It was designed for the experimental UAV prototype Olharapo equipped with the VSMW, so it can automatically adjust the VSMW overall wingspan in accordance with the flight speed and stabilize the aircraft in the desired attitude, although, its modular concept allows it to be used for different configurations of the aircraft or even for a different aircraft. The development, simulation and testing of the algorithm were done using the MATLAB® software and the aircraft’s stability and control derivatives previously obtained using the XFLR5® software. Minor adaptations of the flight dynamics equations were performed to allow the compatibilization with the VSMW. The required implementation of imposed flight qualities was also performed to ensure proper scaling the controller weight matrix for optimal values. Finally, the algorithm was tested using three different methods: Classic Disturbances Simulation, Sinusoidal Pitch Variation Test Response and Random Pitch Variation Test Response.
O presente trabalho consiste na projeção, programação e teste de um controlador de voo longitudinal destinado a uma aeronave não-tripulada equipada com um sistema de variação dissimétrica da envergadura das asas (conhecido como VSMW, asa dissimétrica ou asa telescópica). Este trabalho tem como principal objetivo desenvolver um controlador capaz de assegurar a estabilidade longitudinal da aeronave em voo nivelado a velocidade de cruzeiro, contudo, este foi também projetado para providenciar essa mesma estabilidade noutras fases de voo tais como a aterragem ou a descolagem. O algoritmo de estabilização baseia-se nas mais sofisticadas técnicas de controlo de voo atualmente disponíveis, mais concretamente LQR e Batz-Kleinman, para estabilizar a aeronave na atitude pretendida aquando da ocorrência de quaisquer pequenas perturbações atmosféricas que afetem a aeronave durante o voo. A aeronave a que se destina trata-se de um protótipo designado de Olharapo equipado com uma asa telescópica que permite ajustar a envergadura total das asas de acordo com a velocidade de voo. No entanto, o conceito modular da estrutura do programa permite que o controlador possa ser utilizado para diferentes configurações da mesma aeronave, ou até mesmo com uma aeronave totalmente diferente. Tanto o desenvolvimento como as simulações e testes do algoritmo foram efetuados com recurso ao software MATLAB® , tendo as necessárias derivadas de estabilidade e controlo iniciais sido providenciadas pelo software XFLR5® . As equações de voo foram devidamente adaptadas para permitirem uma compatibilização com o sistema da asa telescópica e a sua integração nos métodos de controlo LQR e Batz-Kleinman. As qualidades de voo da aeronave foram devidamente definidas e impostas ao controlador para garantir a afinação da matriz de ponderação para valores ótimos. Por fim, o algoritmo foi sujeito a três tipos de testes e simulações: Simulação Clássica por meio de Imposição de Perturbações Atmosféricas, Teste de Resposta a uma Variação Sinusoidal do Ângulo de Arfagem, e Teste de Reposta a uma Variação Aleatória do Ângulo de Arfagem.
