Algoritmo Genético para el Diseño de Control Óptimo de la Respuesta a Ráfagas para Aeronaves Elásticas
Autores: Iavarone, Mauro; Papa, Umberto; Chiesa, Alberto; de Pasquale, Luca; Lerro, Angelo
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Algoritmo Genético para el Diseño de Control Óptimo de la Respuesta a Ráfagas para Aeronaves Elásticas
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Sistemas de control
Modelo flexible
Simulador de aeronaves
Algoritmos genéticos
Regulador cuadrático lineal
Modelo elástico
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 25
Citaciones: Sin citaciones
Desarrollar sistemas de control para aeronaves de alta relación de aspecto puede ser un desafío debido a la flexibilidad de la estructura involucrada en el diseño del bucle de control. Un enfoque basado en modelos puede ser sencillo para ajustar los parámetros del sistema de control y, para este fin, es obligatorio contar con un modelo flexible de aeronave confiable. Este documento tiene como objetivo presentar el enfoque seguido para diseñar una estrategia de control considerando el simulador de aeronave flexible en el bucle. Una vez que se ha establecido el modelo elástico para la dinámica longitudinal, se utilizan algoritmos genéticos para determinar, junto con un controlador de Regulador Cuadrático Lineal, una lógica para mejorar el comportamiento dinámico al encontrarse con una ráfaga. Se desarrolla un modelo elástico de orden relativamente bajo para la dinámica en el plano longitudinal, incluyendo tanto el cuerpo rígido como los grados de libertad elásticos definidos en un marco de referencia fijo al vehículo. Los grados de libertad del cuerpo rígido y los estados asociados son los mismos que los del vehículo rígido, mientras que los estados adicionales representan los grados de libertad elásticos. Las características modales se calculan a partir de un modelo de elementos finitos de la aeronave utilizando un código comercial, con la distribución de peso añadida como masas concentradas en puntos de la malla, mientras que las propiedades rígidas aerodinámicas se describen con una base de datos no lineal. Utilizando la teoría de tiras 2-D y despreciando los efectos no estacionarios, se calculan las derivadas de estabilidad aeroelástica, es decir, los coeficientes de influencia elástica, para superponer los efectos elásticos sobre los grados de libertad del cuerpo rígido y viceversa. La dinámica flexible se compara con la rígida para resaltar los cambios relevantes en los modos de la aeronave. A continuación, se propone una estrategia de control que combina algoritmos genéticos y un controlador de Regulador Cuadrático Lineal para reducir el factor de carga, considerando también la amplitud de oscilación debido a una ráfaga determinista encontrada en una condición de vuelo predefinida.
Descripción
Desarrollar sistemas de control para aeronaves de alta relación de aspecto puede ser un desafío debido a la flexibilidad de la estructura involucrada en el diseño del bucle de control. Un enfoque basado en modelos puede ser sencillo para ajustar los parámetros del sistema de control y, para este fin, es obligatorio contar con un modelo flexible de aeronave confiable. Este documento tiene como objetivo presentar el enfoque seguido para diseñar una estrategia de control considerando el simulador de aeronave flexible en el bucle. Una vez que se ha establecido el modelo elástico para la dinámica longitudinal, se utilizan algoritmos genéticos para determinar, junto con un controlador de Regulador Cuadrático Lineal, una lógica para mejorar el comportamiento dinámico al encontrarse con una ráfaga. Se desarrolla un modelo elástico de orden relativamente bajo para la dinámica en el plano longitudinal, incluyendo tanto el cuerpo rígido como los grados de libertad elásticos definidos en un marco de referencia fijo al vehículo. Los grados de libertad del cuerpo rígido y los estados asociados son los mismos que los del vehículo rígido, mientras que los estados adicionales representan los grados de libertad elásticos. Las características modales se calculan a partir de un modelo de elementos finitos de la aeronave utilizando un código comercial, con la distribución de peso añadida como masas concentradas en puntos de la malla, mientras que las propiedades rígidas aerodinámicas se describen con una base de datos no lineal. Utilizando la teoría de tiras 2-D y despreciando los efectos no estacionarios, se calculan las derivadas de estabilidad aeroelástica, es decir, los coeficientes de influencia elástica, para superponer los efectos elásticos sobre los grados de libertad del cuerpo rígido y viceversa. La dinámica flexible se compara con la rígida para resaltar los cambios relevantes en los modos de la aeronave. A continuación, se propone una estrategia de control que combina algoritmos genéticos y un controlador de Regulador Cuadrático Lineal para reducir el factor de carga, considerando también la amplitud de oscilación debido a una ráfaga determinista encontrada en una condición de vuelo predefinida.