Autopilot for Longitudinal Dynamics

Abstract

ESP: Este proyecto consiste en el diseño y análisis del sistema de control automático del movimiento del eje longitudinal (cabeceo) de un dron de ala fija. La búsqueda de control y estabilidad de aeronaves ha sido uno de los objetivos prioritarios de los ingenieros desde el comienzo de la aviación. Este hecho se ve acentuado con la casi total automatización de los sistemas integrados de las aeronaves y con la exponencial popularidad de los UAVs que dependen en gran medida de la fiabilidad de los sistemas de pilotaje automático. En primer lugar, se aborda el problema desde un enfoque tradicional mediante la utilización de PIDs junto con LQR, diferentes configurciones son abordadas a lo largo del proyecto. En este tipo de configuraciones es crucial el acceso a los valores de los estados del sistema, para ello se incluye el desarrollo de un filtro de Kalman. Además la robustez del sistema es estudiada a través de variaciones de las condiciones de viento. En segundo lugar, se utiliza una estrategia más moderna a través del método conocido como 'H infinity loop shaping' que es capaz de obtener un equilibrio entre robustez, estabilidad y rendimiento. En resumen, el objetivo del trabajo es observar cómo funcionan ambos métodos en dichas condiciones para determinar sus ventajas e inconvenientes.

VAL: Aquest projecte consisteix en el disseny i anàlisi del sistema de control automàtic del moviment de l’eix longitudinal (caboteje) d'un dron d'ala fixa. La cerca de control i estabilitat d'aeronaus ha sigut un dels objectius prioritaris dels enginyers des del començament de l'aviació. Aquest fet es veu accentuat amb la quasi total automatització dels sistemes integrats de les aeronaus i amb l'exponencial popularitat dels *UAVs que depenen en gran manera de la fiabilitat dels sistemes de pilotatge automàtic. En primer lloc, s'aborda el problema des d'un enfocament tradicional mitjançant la utilització de *PIDs. En segon lloc, s'utilitza una estratègia més moderna a través del mètode conegut com a ‘H *infinity’. En tots dos casos es proposen dues condicions de vol diferents, amb vent i sense vent. En resum, l'objectiu del treball és observar com funcionen tots dos mètodes en aquestes condicions per a determinar els seus avantatges i inconvenients.

This project consists in the design and analysis of the automatic control system of the longitudinal axis movement (pitch) of a fixed-wing drone. The search for control and stability of aircraft has been one of the main objectives for engineers since the beginning of aviation. This fact is accentuated with the almost total automation of the integrated systems of the aircraft and with the exponential popularity of the UAVs that depend to a great extent on the reliability of the automatic piloting systems. First, the problem is assessed from a traditional approach through the use of PIDs along with Linear Quadratic regulators, different configurations of the same problem will be shown throughout the thesis. In this type of configuration the access to some states is crucial, therefore it is included the development of a Kalman Filter to obtain such values which are actually hardly obtained in real life. Moreover, the robustness of the system will be tested by implementing two flight conditions: trimmed flight and wind flight. Second, a more modern strategy is used through the method known as 'H infinity' which can make a balance between robustness, performance and stability of closed loop system. In summary, the objective of the work is to observe how both methods work in these conditions to determine their advantages and disadvantages.