Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/11169
Title: Σχεδιασμός ελεγκτή για την αυτόματη προσγείωση αεροσκάφους με χρήση κλασικών μεθόδων ελέγχου
Other Titles: Controller design for automatic landing of aircraft using classical control methods
Authors: Τσοκανάς, Νικόλαος
Keywords: Σχεδιασμός συστήματος αυτομάτου ελέγχου
Σύστημα προσγείωσης αεροσκάφους
Δυναμική αεροσκάφους
Θεωρία ελέγχου
Γραμμικός τετραγωνικός ρυθμιστής LQR
Κριτήρια εξόδου
Ανατροφοδότηση εξόδου
Μοντελοποίηση
Προσομοίωση
Keywords (translated): Automatic control systems
Aircraft landing system
Aircraft dynamics
Control theory
Controller design
Linear quadratic regulator
Output shaping
Output feedback
Modeling
Simulation
Matlab
Simulink
Abstract: Κατά τη διάρκεια της δεκαετίας του 90', η ομάδα GARTEUR, Group for Aeronautical Research and Technology in EURope (AG08), πρότεινε έναν διαγωνισμό σχεδιασμού ενός σθεναρού ελεγκτή πτήσης με σκοπό να επιδείξει στους Ευρωπαϊκούς κατασκευαστές αεροσκαφών τα πλεονεκτήματα των τεχνικών σχεδιασμού σθεναρού ελέγχου σε αντίθεση με αυτών του κλασικού ελέγχου. Για να επιτευχθεί αυτός ο στόχος, η FM (AG08) γνωστοποίησε δύο προβλήματα σθεναρού ελέγχου με την χρήση του λογισμικού Matlab/Simulink, που αποτελούν σήματα αναφοράς στην μηχανική πτήσης. Το πρώτο πρόβλημα αφορούσε την αυτόματη προσγείωση του Ερευνητικού Μοντέλου Πολιτικού Αεροσκάφους (Research Civil Aircraft Model, RCAM), ενώ το δεύτερο το χειροκίνητο έλεγχο του Ερευνητικό Μοντέλο Μεγάλης Γωνίας Πρόσπτωσης (High Incidence Research Model, HIRM). Αρκετές ομάδες από πανεπιστήμια, ιδρύματα βιομηχανίας και έρευνας συμμετείχαν στον διαγωνισμό για να σχεδιάσουν και να συγκρίνουν μια μεγάλη ποικιλία σύγχρονων και κλασικών μεθόδων ελέγχου. Ενώ μερικές ομάδες χρησιμοποίησαν γραμμικές τετραγωνικές μεθόδους ελέγχου (LQ) στο HIRM, δεν υπήρχε κανένας LQ σχεδιασμός για το RCAM. Ταυτόχρονα, στην άλλη πλευρά του Ατλαντικού, οι μέθοδοι σχεδιασμού LQT/LTR είχαν προκαλέσει μεγάλο ενδιαφέρον καθώς είχαν και λεπτομερή πρακτική εφαρμογή, η οποία χρησιμοποιείται ακόμα και σήμερα για τους FBW σχεδιασμούς. Η παρούσα διπλωματική εργασία επανασχεδιάζει το μοντέλο αναφοράς RCAM σε Matlab/Simulink περιβάλλον εφαρμόζοντας τεχνικές ελέγχου LQ με κριτήρια εξόδου. Αποστολή του αεροσκάφους είναι να ακολουθεί μια συγκεκριμένη τροχιά, ώστε να μπορέσει να προσεγγίσει τον αεροδιάδρομο για προσγείωση. Με σκοπό να δοκιμαστεί η σθεναρότητα του υπό ελέγχου συστήματος, εισάγεται μία ποικιλία εξωτερικών διαταραχών στην τροχιά αυτή, όπως μεταβολή των καιρικών συνθηκών και βλάβη σε έναν από τους δύο κινητήρες για συγκεκριμένο χρονικό διάστημα. Τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων ήταν ιδιαίτερα ικανοποιητικά, αφού το αεροσκάφος κατάφερνε να αντεπεξέλθει σε όποιες εξωτερικές διαταραχές δεχόταν μέσα στα επιτρεπτά χρονικά όρια, διασφαλίζοντας σε κάθε περίπτωση ασφαλή και ποιοτική πτήση. Επιπλέον, τα ικανοποιητικά αυτά αποτελέσματα μας δίνουν κίνητρο για περαιτέρω μελλοντικές μελέτες που θα αποσκοπούν στην ολοένα και μεγαλύτερη βελτίωση των αυτόματων συστημάτων ελέγχου και ως αποτέλεσμα, σε ακόμα ασφαλέστερες και ποιοτικότερες πτήσεις
Abstract (translated): During 90s the GARTEUR, Group for Aeronautical Research and Technology in EURope (AG08), proposed a Robust Flight Control design challenge with the objective to demonstrate to the European aircraft manufacturers the advantages of the Robust Control Techniques over Classical ones. To achieve this objective FM(AG08) issued two robust aircraft flight control benchmark problems using Matlab/Simulink, the first was an automatic landing for the Research Civil Aircraft Model (RCAM) and the second was a manual control for the High Incidence Research Model (HIRM). Several teams from Universities, Industry and Research Establishments were involved in order to design and compare a wide variety of modern and classical control methods. While couple of teams used Linear Quadratic methods in the HIRM there wasn’t any LQ design for the RCAM. At the same time on the other side of the ocean, the LQG/LTR approach had received a full focus with a practical detailed methodology, which is still proposed for today’s Business jets FBW designs. This thesis redesigns the RCAM benchmark model with current Matlab/Simulink design process and applies the LQ methodology with output shaping. The aircraft must follow a particular path in order to be able to approach the runway for landing. To test the robustness of the controlled system, we introduced a variety of external disturbances on this track, as changing weather conditions and damage to one of the two engines for a specified period. The simulation results were more than satisfactory since the aircraft could cope with any disturbances within permitted time limits, ensuring in all cases safety and quality of the flight. Furthermore, these positive results give us more incentive for future studies aimed at increasing improvement of these control systems that ensures greater safety and quality of future flights.
Appears in Collections:Τμήμα Ηλεκτρολ. Μηχαν. και Τεχνολ. Υπολογ. (ΔΕ)



This item is licensed under a Creative Commons License Creative Commons