CBL - Campus del Baix Llobregat

Projecte llegit

Títol: Helicopter Mathematical Modelling And Optimal Controller Design

Estudiants que han llegit aquest projecte:
IFKIRNE, SAID (data lectura: 17-11-2015)
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Director/a: RUIZ BOQUÉ, SÍLVIA

Departament: TSC

Títol: Helicopter Mathematical Modelling And Optimal Controller Design

Data inici oferta: 18-11-2015 Data finalització oferta: 18-11-2015

Estudis d'assignació del projecte:

Tipus: Individual

Lloc de realització: ERASMUS

Paraules clau:
Helicopter U1-H1, Optimal Control, LQT, LQR, AFCS, PID, Robustness, Disturbance, Hover, Forward Flight

Descripció del contingut i pla d'activitats:
En esta tesis se ha obtenido un modelo matem¿ atico no lineal para el helic ¿optero U1-H1 seguido del diseno de un control lineal basado en el control optimo. Esta tesis se ha divido en dos partes. La primera parte consiste en el desarrollo del modelo matem¿ atico no lineal usando el software Matrix Laboratory (Matlab R ) y el software Heli-Dyn R que es una herramienta de modelado y simulaci ¿on de helic ¿opteros, fue desarrollado por el profesor Dr.Ilkay Yavrucuk en la Universidad T¿ecnica del Oriente Medio. El modelo no lineal consiste en una contribuci ¿on del rotor principal, el rotor de cola, fuselaje, modelo gravitacional, rotor de cola horizontal y vertical. El modelo no lineal del rotor principal del U1-H1 se obtuvo empleando la teor¿ıa del elemento de pala, la din ¿amica del flujo inducido y din ¿amica del batimiento. El proceso de linealizacio¿n se ha hecho por medio del software Heli-Dyn R . La segunda parte de la tesis consiste en el diseno de sistemas de aumento de estabilidad (SAS) seguido por el diseno de un conjunto de sistemas autom¿ aticos de control de vuelo (AFCS) disenados por medio de los controladores PID. El objetivo principal de los AFCSs es aliviar la carga de trabajo del piloto. En SAS se emple¿o el control ¿optimo, concretamente usando el problema de Seguimiento Lineal Cuadr¿ atico (LQT) y El Regulador Cuadr¿ atico Lineal (LQR). Los sistemas de control de vuelo autom¿ aticos implementados son: Seguir un rumbo o localizaci ¿on,mantener la actitud, adquisici ¿on y mantenimiento de la altitud en caso de vuelo estacionario, y seguir un rumbo o localizaci ¿on, mantener la actitud, adquisici ¿on y mantenimiento de la altitud y mantenimiento de la velocidad en el caso de un vuelo de avance. Adem¿as, con el fin de comprobar la robustez de los controladores tanto SAS como AFCS, unas perturbaciones fueron anadidas al modelo. Las simulaciones del modelo no lineal estando compensado muestran que la U1-H1 ha conseguido mantenerse en vuelo a punto fijo o hovering y realizar un vuelo de avance de una manera satisfactoria. Adem¿as, los SAS y los AFCS frente a perturbaciones han mostrado un comportamiento din ¿amico satisfactorio.

Overview (resum en anglès):
In this bachelor thesis, a nonlinear mathematical model simulation and linear controller design for the U1-H1 helicopter was achieved. This thesis is divided into two parts. In the first part, the nonlinear dynamic model is developed using the Matrix Laboratory Software and Heli-Dyn R Software, which is a modeling and simulation tool for rotorcraft developed by Dr. Ilkay Yavrucuk at Middle East Technical University. The non-linear model consists in a contribution of main rotor, tail rotor, fuselage, gravitational model, horizontal and vertical tail rotor. The U1-H1 main rotor non-linear mathematical model was build by use of blade element momentum theory, inflow dynamics and flapping dynamics. The total forces and moments are used in 6 degrees of freedom equations of motion model and helicopter states are obtained for hover conditions and forward flight. Trim and linearization process was done by Heli-Dyn R Software. The second part consists in a stability augmentation systems (SAS) followed by a set of automatic flight control systems (AFCS) designed by use of PID controllers. The AFCS main objective is to ease the pilot by decreasing the workload. The stability augmentation systems was designed by use of optimal control, especially Linear Quadratic Tracking Controller (LQT) and Linear Quadratic Regulator Controller (LQR). The automatic flight control systems implemented are heading hold, attitude, hold altitude acquire and hold mode for hover condition and heading hold, attitude hold, altitude acquire and hold mode and airspeed hold for forward flight condition. Furthermore, in order to check the robustness of the controllers and directory modes, disturbances were added to the model. The nonlinear model in trim mode simulations shown that the U1-H1 has achieved hovering conditions and forward flight successfully. Furthermore, the controllers and directory modes shown a successful dynamic behavior towards perturbations.