Control de Sobre-Actuación de Envolvente Completa de eVTOL de Ala Fija con Empuje Vectorizado
Autores: Enenakpogbe, Emmanuel; Whidborne, James F.; Lu, Linghai
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Control de Sobre-Actuación de Envolvente Completa de eVTOL de Ala Fija con Empuje Vectorizado
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Novela
Controlador
Empuje vectorizado
Aeronave eVTOL
Asignación de control
Optimización lineal
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 26
Citaciones: Sin citaciones
Se presenta un controlador de sobreenvoltura para un avión eVTOL de empuje vectorial sobredimensionado. Propone una arquitectura de control genérica, que es aplicable a vuelos pilotados, semiautomáticos y totalmente automatizados, y que consiste en un controlador a nivel de aeronave (controlador de alto nivel) y un esquema de asignación de control. El controlador a nivel de aeronave consiste en un controlador clásico de inversión dinámica no lineal en un bucle interno principal y un controlador lineal proporcional-integral en un bucle externo. El controlador de inversión dinámica no lineal en el bucle interno es un controlador de velocidad que cancela la dinámica no lineal del fuselaje desnudo, mientras que el controlador lineal proporcional-integral en el bucle externo es un controlador de actitud y posición de navegación. Juntos, se utilizan para el control en suspensión/baja velocidad y vuelo hacia adelante. El esquema de asignación de control utiliza una arquitectura novedosa, que transfiere la no linealidad en la formulación del modelo del efector de empuje vectorial a la computación de los límites de los actuadores al convertir el modelo del efector de forma polar a rectangular, permitiendo así el uso de una técnica de optimización lineal clásica de asignación de control. La técnica de optimización lineal es un algoritmo de optimización restringida de programación cuadrática lineal de conjunto activo con una formulación de mínimos cuadrados ponderados. La asignación de control distribuye la demanda de control general (controles virtuales) a efectores redundantes individuales mientras realiza la minimización del error de control, la priorización de canales de control y la minimización del esfuerzo de control. Los resultados de simulación muestran la transición de suspensión a crucero, ascenso y descenso, y el giro coordinado demuestra claramente que el controlador puede manejar la saturación del actuador (posición o tasa).
Descripción
Se presenta un controlador de sobreenvoltura para un avión eVTOL de empuje vectorial sobredimensionado. Propone una arquitectura de control genérica, que es aplicable a vuelos pilotados, semiautomáticos y totalmente automatizados, y que consiste en un controlador a nivel de aeronave (controlador de alto nivel) y un esquema de asignación de control. El controlador a nivel de aeronave consiste en un controlador clásico de inversión dinámica no lineal en un bucle interno principal y un controlador lineal proporcional-integral en un bucle externo. El controlador de inversión dinámica no lineal en el bucle interno es un controlador de velocidad que cancela la dinámica no lineal del fuselaje desnudo, mientras que el controlador lineal proporcional-integral en el bucle externo es un controlador de actitud y posición de navegación. Juntos, se utilizan para el control en suspensión/baja velocidad y vuelo hacia adelante. El esquema de asignación de control utiliza una arquitectura novedosa, que transfiere la no linealidad en la formulación del modelo del efector de empuje vectorial a la computación de los límites de los actuadores al convertir el modelo del efector de forma polar a rectangular, permitiendo así el uso de una técnica de optimización lineal clásica de asignación de control. La técnica de optimización lineal es un algoritmo de optimización restringida de programación cuadrática lineal de conjunto activo con una formulación de mínimos cuadrados ponderados. La asignación de control distribuye la demanda de control general (controles virtuales) a efectores redundantes individuales mientras realiza la minimización del error de control, la priorización de canales de control y la minimización del esfuerzo de control. Los resultados de simulación muestran la transición de suspensión a crucero, ascenso y descenso, y el giro coordinado demuestra claramente que el controlador puede manejar la saturación del actuador (posición o tasa).