Návrh autopilota a letových řídících módů v prostředí Simulink

Abstract

Tato diplomová práce je zaměřena na vývoj simulačního prostředí v Matlab/Simulink zvoleného letadla ve známém letovém režimu. Pozice a orientace letadla pohybujícího se ve vzduchu je popsána pohybovými rovnicemi se šesti stup\v{n}i volnosti. Soustava translačních, rotačních a kinematických rovnic tvoří soustavu devíti nelineárních diferenciálních rovnic prvního řádu. Tyto rovnice lze linearizovat okolo nějakého rovnovážného stavu, který budeme nazývat letovým režimem. Součástí simulačního prostředí je řídící systém letadla založený na PID regulaci. Základem je návrh autopilota, který řídí úhel podélného sklonu a úhel příčného náklonu. Součástí návrhu jsou takzvané „flight director\textquotedblright \phantom{s}m\'{o}dy jako udržení výšky, volba kursu, regulace vertikální rychlosti, změna výšky, zachycení požadované výšky a navigační m\'{o}d založený na nelineárním navigačním zákonu. Optimalizace regulátorů za použití PSO algoritmu a Pareto optimalitě je využita pro nastavení parametrů PID regulátoru. Simulační prostředí je vizualizováno v softwaru FlightGear.This thesis is focused on the development of a simulation environment in Matlab/Simulink for a selected aircraft. The position and orientation of the aircraft moving in the air is described by six-degrees-of-freedom equations of motion. The system of translational, rotational and kinematic equations forms a set of nine nonlinear first order differential equations. These equations can be linearized around an equilibrium point referred to as a steady--state flight condition. The simulation environment contains a developed flight control system based on PID controllers. A basic autopilot is capable of holding pitch attitude and roll angle. Flight director modes including altitude hold, heading select, vertical speed mode, flight level change mode, altitude capture mode and navigational mode based on a nonlinear guidance law are presented. A Pareto optimality based optimization tuning process is developed to optimally tune the regulators. The simulation is graphically represented in FlightGear open source software.