Launch vehicle attitude control in atmospheric flight

Abstract

[ES] La tesis se centra en el diseño de técnicas de control de vuelo para el control de actitud de un vehículo lanzador (LV) durante la fase atmosférica del vuelo. Se persigue la estabilidad bajo unos márgenes que aseguren el buen funcionamiento del vehículo manteniendo su robustez. En el modelado del sistema, se consideran factores externos como las contribuciones del viento y el comportamiento flexible del vehículo de lanzamiento que ponen en peligro la estabilidad durante el vuelo. De esta manera, se implementa un controlador base a partir de la teoría de control clásica (controlador PD) que resulta no ser óptimo para equilibrar el rendimiento y la robustez. Asimismo, se incorporan filtros de tipo phase-stabilize y notch en los modos de flexión utilizando técnicas de control frecuencial clásicas. Por último, se considera un estudio de análisis de estabilidad robusta moderno para analizar cómo el sistema se ve afectado por las incertidumbres.

[EN] The thesis is focused on the design of flight control techniques for the attitude control of a launch vehicle (LV) during the atmospheric phase of flight. Stability is pursued under some margins which ensures the good functioning of the vehicle maintaining its robustness. On the modelling of the system, they are considered external factors such as wind contributions and the flexible behavior of the launch vehicle which jeopardize the stability during flight. In such way, it is implemented a baseline controller based on classical control theory (PD controller) which turns out to be not optimal to balance performance and robustness. Moreover, they are added filters to phase-stabilize and notch the bending modes by using classical, frequency-based, analysis, and control design techniques. Finally, a study of modern robust stability analysis is considered to give insight on how the system is affected by uncertainties and allowing to retrieve information on how the design can be improved.