Controlo ótimo da atitude de um helicóptero com falha de atuadores
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2015 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) |
Texto Completo: | http://hdl.handle.net/10400.6/4237 |
Resumo: | O controlo de helicópteros tem vindo a adquirir nas últimas décadas maior visibilidade por ser uma tarefa de elevada dificuldade. Esta dificuldade relaciona-se com a tendência do helicóptero para a instabilidade. Para aumentar a estabilidade dinâmica existem dois fatores de grande influência: as qualidades de voo e a ausência de falhas nos atuadores e é neles que esta dissertação se irá focar. Garantir boas qualidades de voo é um objetivo e uma necessidade constante em todas as fases de voo pois desta forma a estabilidade da aeronave é assegurada. Outra necessidade constante e mais evidente é evitar a ocorrência de falhas. O presente trabalho visa então o desenvolvimento de um método de controlo capaz de estabilizar o sistema de modo ótimo e robusto mantendo as qualidades de voo no nível desejado mesmo na presença de falhas nos atuadores. A Alocação de Polos pelo método de Ackermann e o método de controlo LQR (Regulador Linear Quadrático) formam a base para toda a modelação do controlo ótimo desenvolvido. O método de Ackermann por garantir as qualidades de voo desejadas e o LQR por garantir um desempenho ótimo e robusto ao sistema. A união dos dois métodos, pelas suas vantagens individuais, permitiram chegar ao algoritmo pretendido. A estabilidade dinâmica do helicóptero compreende um conjunto de modos naturais onde o controlador tem dificuldade em manter as qualidades de voo e foi em cada um desses modos que se testou o método proposto. Simularam-se se comparam-se as respostas obtidas pelo método de Ackermann com as do algoritmo proposto. Essas respostas envolvem a simulação da atitude para cada modo de voo, a avaliação das respetivas qualidades de voo, o custo de ambos os métodos e as respostas de controlo e de estado face à presença das falhas. Perante os resultados obtidos, constatou-se que ambos os métodos têm a capacidade de impor as qualidades de voo e estabilizar o sistema mesmo na presença de falhas. Porém o algoritmo proposto apresenta sempre melhores resultados, quer a estabilizar o sistema de forma mais rápida quer pelo facto de apresentar um menor custo e portanto o objetivo é cumprido. |
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Controlo ótimo da atitude de um helicóptero com falha de atuadoresHelicópteroControlo ÓtimoLQRMétodo de AckermannQualidades de VooFalhas nos AtuadoresDomínio/Área Científica::Engenharia e Tecnologia::Outras Engenharias e TecnologiasO controlo de helicópteros tem vindo a adquirir nas últimas décadas maior visibilidade por ser uma tarefa de elevada dificuldade. Esta dificuldade relaciona-se com a tendência do helicóptero para a instabilidade. Para aumentar a estabilidade dinâmica existem dois fatores de grande influência: as qualidades de voo e a ausência de falhas nos atuadores e é neles que esta dissertação se irá focar. Garantir boas qualidades de voo é um objetivo e uma necessidade constante em todas as fases de voo pois desta forma a estabilidade da aeronave é assegurada. Outra necessidade constante e mais evidente é evitar a ocorrência de falhas. O presente trabalho visa então o desenvolvimento de um método de controlo capaz de estabilizar o sistema de modo ótimo e robusto mantendo as qualidades de voo no nível desejado mesmo na presença de falhas nos atuadores. A Alocação de Polos pelo método de Ackermann e o método de controlo LQR (Regulador Linear Quadrático) formam a base para toda a modelação do controlo ótimo desenvolvido. O método de Ackermann por garantir as qualidades de voo desejadas e o LQR por garantir um desempenho ótimo e robusto ao sistema. A união dos dois métodos, pelas suas vantagens individuais, permitiram chegar ao algoritmo pretendido. A estabilidade dinâmica do helicóptero compreende um conjunto de modos naturais onde o controlador tem dificuldade em manter as qualidades de voo e foi em cada um desses modos que se testou o método proposto. Simularam-se se comparam-se as respostas obtidas pelo método de Ackermann com as do algoritmo proposto. Essas respostas envolvem a simulação da atitude para cada modo de voo, a avaliação das respetivas qualidades de voo, o custo de ambos os métodos e as respostas de controlo e de estado face à presença das falhas. Perante os resultados obtidos, constatou-se que ambos os métodos têm a capacidade de impor as qualidades de voo e estabilizar o sistema mesmo na presença de falhas. Porém o algoritmo proposto apresenta sempre melhores resultados, quer a estabilizar o sistema de forma mais rápida quer pelo facto de apresentar um menor custo e portanto o objetivo é cumprido.In the last decades, helicopters’ control has received a higher attention, both from academic and engineering community due to its natural instability. In order to enhance the dynamic stability, two major factors are considered: flight qualities and the absence of actuators failures. This thesis will focus both of them. The main goal is to guarantee a good flight quality necessary in all flight phases to assure the aircraft stability. Another constant necessity and even more evident is the constant necessity to avoid actuators failure. The present work will focus in a development of a controlled, optimized and robust method able to stabilize the system, maintaining its flight qualities even in the event of an actuators failure. Ackermann’s pole allocation method and the LQR control method, form the base modulation for the optimal control development. Ackermann’s formula guarantees the wanted flight qualities, while LQR method guarantees an optimal and robust performance. Both control methods, due to their individual advantages, are able to achieve an optimal algorithm. Helicopter dynamic stability is composed by natural modes in which the algorithm developed will be tested on. The proposed algorithm was simulated and compared with the responses obtained from Ackermann’s method. These responses involve the simulation of the flight attitude for each mode, as well as the investigation of the respective flight qualities, the cost of both methods and the control and state responses due to the presence of faults. The results obtained indicate that both methods have the ability to apply the flying qualities and stabilize the system even in the occurrence of failures. However, the proposed algorithm presents always better results such for quicker system stabilization and power cost. With these results, the main goal was achieved.Bousson, KouamanauBibliorumBaptista, Marta Pereira2016-07-04T11:07:10Z2015-102015-10-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10400.6/4237TID:201643855porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-12-15T09:40:59Zoai:ubibliorum.ubi.pt:10400.6/4237Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-20T00:45:24.166339Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse |
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