Autor(es): Tavares, Filipe Miguel Tanqueiro .
Data: 2011
Identificador Persistente: http://hdl.handle.net/10400.6/3648
Origem: uBibliorum
Assunto(s): Aeronave; Controlador de aeronave - Asa dissimétrica; Controlador de aeronave - Envergadura variável; Controlador robusto; Controlo do rolamento; Controlador Batz-Kleinman
The present study focuses on the design of a controller for an unmanned aircraft using a variable-span dissymmetric system. This is primarily intended to stabilize roll, although it was designed as a robust system for total control. The system in use is new in its application, being studied similar aircraft built to date. The aircraft for which the system has been designed is an experimental UAV built entirely at the University of Beira Interior. The stability derivatives and other data were obtained with the help of XFLR software. The development and simulation were done using MATLAB, where were tested two different control methods, LQR and Batz-Kleinman controller. A review of the flight dynamics equations for a standard aircraft was originally done, being then adapted this new concept. The interaction between the control surfaces and the response of a general aircraft was studied. An implementation of predetermined flying qualities in order to scale the state weight matrix in the LQR controller for optimal levels was also performed. At the end three separate simulations were performed to confirm the validity of the theoretical system in control and stabilization, for leveled flight when suffering disturbances, and for various equilibrium states described by a sinusoidal equation and a random variation.
O presente estudo concentra-se no projecto de um controlador para uma aeronave não tripulada usando um sistema de asa de envergadura dissimétrica e variável. Este visa primeiramente estabilizar o rolamento, embora tenha sido projectado um sistema robusto de controlo total. O sistema em uso é pioneiro na sua aplicação, tendo sido estudadas semelhantes aeronaves construídas até à data. A aeronave para qual o sistema foi dimensionado é um UAV experimental construído totalmente na Universidade da Beira Interior. As derivadas de estabilidade e restantes dados aerodinâmicos foram obtidos com a ajuda do software XFLR. O desenvolvimento e simulação foram realizados em software MATLAB, para o qual são testados dois métodos de controlo distintos, com LQR e controlador Batz-Kleinman. Foi inicialmente feita uma revisão das equações da dinâmica de voo para uma aeronave generalizada, sendo depois adaptado o novo conceito em estudo. A interacção entre as superfícies de controlo gerais e a resposta de uma aeronave foi estudada. Uma implementação de qualidades de voo pré-determinadas com vista a dimensionar a matriz de pesos de estado no controlador LQR para níveis óptimos foi também realizada. No final foram feitas três simulações distintas para confirmar teoricamente a validade do sistema no controlo e estabilização, em voo nivelado sofrendo perturbações, e consoante pontos de equilíbrio pré-determinados segundo uma equação sinusoidal e para uma variação aleatória.
