Návrh a evaluace moderních systémů řízení letu

Abstract

Tato práce je zaměřena na výzkum moderních metod automatického řízení letu a jejich ověření s ohledem na současný stav poznání a budoucí využití bezpilotních letadlových systémů. Práce představuje proces návrhu automatického systému řízení letu s důrazem na přístupy z oblasti návrhu založeného na modelování (Model-Based Design). Nedílnou součástí tohoto procesu je tvorba matematického modelu letounu, který byl využit k syntéze zákonů řízení a k vytvoření simulačního rámce pro evaluaci stability a kvality regulace automatického systému řízení letu. Jádro této práce se věnuje syntéze zákonů řízení založených na unikátní kombinaci teorie optimálního a adaptivního řízení. Zkoumané zákony řízení byly integrovány do digitálního systému řízení letu, jenž umožňuje vysoce přesné automatické létání. Závěrečná část práce se zabývá ověřením a analýzou navrženého systému řízení letu a je rozdělena do 3 fází. První fáze ověření obsahuje evaluaci robustnosti a analyzuje stabilitu a robustnost navrženého systému řízení letu ve frekvenční oblasti. Druhá fáze, evaluace kvality regulace, probíhala v rámci počítačových simulací s využitím vytvořených matematických modelů v časové oblasti. V poslední fázi ověření došlo k integraci navrženého systému řízení letu do experimentálního letounu, sloužícího jako testovací platforma pro budoucí bezpilotní letadlové systémy a jeho evaluaci v rámci série letových experimentů.This thesis addresses the research on modern methods in automatic Flight Control System design and evaluation, as seen from the perspective of state-of-the-art and future utilization on Unmanned Aerial Systems. The thesis introduces a Flight Control System design process with a special emphasis on the Model-Based Design approach. An integral part of this process is the creation of the aircraft's mathematical model employed in the flight control laws synthesis and the composition of a simulation framework for the evaluation of the automatic Flight Control System's stability and performance. The core of this thesis is aimed at flight control laws synthesis built around a unique blend of optimal and adaptive control theory. The researched flight control laws originating from the proposed design process were integrated into an experimental digital Flight Control System. The final chapter of the thesis introduces the evaluation of the designed automatic Flight Control System and is divided into three phases. The first phase contains the Robustness Evaluation, which investigates the stability and robustness of the designed control system within the frequency domain. The second phase is the controller's Performance Evaluation employing computer simulations using created mathematical models in the time domain. As for the final phase, the designed Flight Control System is integrated into an experimental aircraft platform, serving as a testbed for future Unmanned Aerial Systems, and subjected to a series of flight tests.