Σθεναρός έλεγχος κατά την προσγείωση αεροσκάφους

• Κύριος συγγραφέας: Αντωνίου, Χρήστος
• Άλλοι συγγραφείς: Κούσουλας, Νικόλαος
• Μορφή: Thesis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2019
• Θέματα: Σθεναρός έλεγχος; Προσγείωση αεροσκάφους; Robust control; Aircraft landing; 629.132 521 3

Σκοπός της διπλωματικής εργασίας είναι ο σχεδιασμός ενός σθεναρού συστήματος αυτόματου ελέγχου για την προσγείωση πολιτικού αεροσκάφους. Το μοντέλο του αεροσκάφους έχει σχεδιαστεί σε περιβάλλον Simulink, χρησιμοποιώντας τις διαφορικές εξισώσεις που διέπουν την κίνησή του, οι οποίες προκύπτουν από την εφαρμογή των νόμων του Νεύτωνα. Αρχικά, αναφέρονται οι βασικές αρχές πτήσης ενός αεροσκάφους. Επεξηγούνται οι γωνίες Euler, που καθορίζουν την διεύθυνση της πορείας του, καθώς και ο ρόλος των πηδαλίων ελέγχου και της ώθησης των κινητήρων, οι εκτροπές των οποίων αποτελούν τα σήματα εισόδου του συστήματος. Στη συνέχεια, μελετήθηκε το σύστημα ανοιχτού βρόχου και εξετάστηκαν τα χαρακτηριστικά της διαμήκους δυναμικής του, δηλαδή το φυγοειδές και η μικρή περίοδος και της εγκάρσιας, δηλαδή η ολλανδική περιστροφή, η περιστροφική κίνηση και η σπειροειδής λειτουργία, χαρακτηριστικά που επηρεάζουν σε μεγάλο βαθμό τη δυναμική συμπεριφορά του αεροσκάφους. Επίσης, δοκιμάστηκαν διάφορες τιμές βασικών παραμέτρων, όπως μάζα, κέντρο βάρους και ταχύτητα και πραγματοποιήθηκαν βηματικές αποκρίσεις, αναλύσεις στο πεδίο της συχνότητας, αναλύσεις ελεγξιμότητας καθώς και προσομοιώσεις στο πεδίο του χρόνου. ‘Επειτα, έχοντας κατανοήσει τη συμπεριφορά του προς έλεγχο συστήματος, κατασκευάζεται ο ελεγκτής. Για το σχεδιασμό του, χρησιμοποιήθηκε η κλασική προσέγγιση διαχωρισμού σε δύο μέρη, ένα που αφορά τη διαμήκη και ένα που αφορά την εγκάρσια δυναμική του αεροσκάφους. Και για τα δύο μέρη, σχεδιάζεται ελεγκτής με συνδυασμό των τεχνικών eigenstructure assignment (ανάθεσης ιδιοτιμών) και QFT (quantitative feedback theory). Η τεχνική eigenstructure, εφαρμόζεται ευρέως σε συστήματα ελέγχου πτήσης και επιτυγχάνεται επεμβαίνοντας τόσο στις ιδιοτιμές όσο και στα στοιχεία των ιδιοδιανυσμάτων του συστήματος, ώστε να προσαρμοστούν τα δυναμικά χαρακτηριστικά του σε κάποια πιο επιθυμητά μέσω ανάδρασης. Επιτρέπει την άμεση ικανοποίηση των προδιαγραφών που σχετίζονται με τη μεταβατική ευστάθεια και την απόζευξη των καταστάσεων, ώστε κάθε χαρακτηριστικό της πτήσης να εξαρτάται σχεδόν αποκλειστικά από κάποια συγκεκριμένη κατάσταση. Εδώ ο eigenstructure assignment σχεδιασμός ελέγχου έχει επιλεγεί έτσι ώστε να προκύψουν επιπλέον καλά περιθώρια φάσης και κέρδους στον ελεγκτή. Αφού ολοκληρωθεί ο eigenstructure assignment έλεγχος, σχεδιάζεται ο QFT, με σκοπό να προσδώσει στο σύστημα ελέγχου επιπλέον σθεναρότητα. Η βασική του αρχή είναι η μετατροπή του ΜΙΜΟ συστήματος (πολλών εισόδων/ πολλών εξόδων) σε έναν αριθμό ΜISO (μίας εισόδου/ πολλών εξόδων) υποσυστημάτων, όπου η ζεύξη ανάμεσα στα υποσυστήματα, θεωρείται σαν διαταραχή. Με κατάλληλο σχεδιασμό του eigenstructure assignment, μπορούν να επιτευχθούν υψηλά επίπεδα απόζευξης, οπότε και διαχωρισμός του ΜΙΜΟ συστήματος σε SISO (μίας εισόδου/ μίας εξόδου) υποσυστήματα, σε καθένα από τα οποία εφαρμόζεται ξεχωριστά η τεχνική QFT, χωρίς να χρειάζεται να ληφθούν υπ’ όψιν περιορισμοί απόρριψης διαταραχών εξαιτίας αλληλεπιδράσεων. Έτσι αποφεύγονται μεγάλα κέρδη στον ελεγκτή. Ο σχεδιασμός αυτός αποσκοπεί στην κατασκευή ενός ελεγκτή αρκετά σθεναρού, ώστε να διατηρήσει την απόκλιση της επιθυμητής τροχιάς του αεροσκάφους από την πραγματική σε περιορισμένα επίπεδα καθ’ όλη τη διαδικασία προσγείωσης και ταυτόχρονα να αποφεύγει τη χρονοδρομολόγηση (scheduling). Το αεροσκάφος πετά με ένα συγκεκριμένο σενάριο πτήσης και πρέπει να ακολουθεί μια συγκεκριμένη τροχιά ώστε να προσεγγίσει τον αεροδιάδρομο για προσγείωση. Η τροχιά αυτή αποτελείται από επιμέρους τμήματα, σε κάποια από τα οποία υπεισέρχονται εξωτερικές διαταραχές, δηλαδή συνεχής άνεμος προς μια κατεύθυνση, ριπές και δίνες ανέμου και βλάβη σε έναν από τους δύο κινητήρες για συγκεκριμένο χρονικό διάστημα.