Návrh autopilota a letových řídících módů v prostředí Simulink
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
A
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
Tato diplomová práce je zaměřena na vývoj simulačního prostředí v Matlab/Simulink zvoleného letadla ve známém letovém režimu. Pozice a orientace letadla pohybujícího se ve vzduchu je popsána pohybovými rovnicemi se šesti stup\v{n}i volnosti. Soustava translačních, rotačních a kinematických rovnic tvoří soustavu devíti nelineárních diferenciálních rovnic prvního řádu. Tyto rovnice lze linearizovat okolo nějakého rovnovážného stavu, který budeme nazývat letovým režimem. Součástí simulačního prostředí je řídící systém letadla založený na PID regulaci. Základem je návrh autopilota, který řídí úhel podélného sklonu a úhel příčného náklonu. Součástí návrhu jsou takzvané „flight director\textquotedblright \phantom{s}m\'{o}dy jako udržení výšky, volba kursu, regulace vertikální rychlosti, změna výšky, zachycení požadované výšky a navigační m\'{o}d založený na nelineárním navigačním zákonu. Optimalizace regulátorů za použití PSO algoritmu a Pareto optimalitě je využita pro nastavení parametrů PID regulátoru. Simulační prostředí je vizualizováno v softwaru FlightGear.
This thesis is focused on the development of a simulation environment in Matlab/Simulink for a selected aircraft. The position and orientation of the aircraft moving in the air is described by six-degrees-of-freedom equations of motion. The system of translational, rotational and kinematic equations forms a set of nine nonlinear first order differential equations. These equations can be linearized around an equilibrium point referred to as a steady--state flight condition. The simulation environment contains a developed flight control system based on PID controllers. A basic autopilot is capable of holding pitch attitude and roll angle. Flight director modes including altitude hold, heading select, vertical speed mode, flight level change mode, altitude capture mode and navigational mode based on a nonlinear guidance law are presented. A Pareto optimality based optimization tuning process is developed to optimally tune the regulators. The simulation is graphically represented in FlightGear open source software.
This thesis is focused on the development of a simulation environment in Matlab/Simulink for a selected aircraft. The position and orientation of the aircraft moving in the air is described by six-degrees-of-freedom equations of motion. The system of translational, rotational and kinematic equations forms a set of nine nonlinear first order differential equations. These equations can be linearized around an equilibrium point referred to as a steady--state flight condition. The simulation environment contains a developed flight control system based on PID controllers. A basic autopilot is capable of holding pitch attitude and roll angle. Flight director modes including altitude hold, heading select, vertical speed mode, flight level change mode, altitude capture mode and navigational mode based on a nonlinear guidance law are presented. A Pareto optimality based optimization tuning process is developed to optimally tune the regulators. The simulation is graphically represented in FlightGear open source software.
Description
Keywords
autopilot, flight director, PID řízení, pohybové rovnice, optimalizace hejnem částic, Pareto optimalita, letový řídicí systém, nelineární zákon navádění, waypoint navigace, ustálený stav, podélný pohyb, příčný pohyb, autopilot, flight director, PID control, equations of motion, particle swarm optimization, Pareto optimality, flight control system, nonlinear guidance law, waypoint navigation, trimmed state, longitudinal motion, lateral-directional motion
Citation
NOVÁK, J. Návrh autopilota a letových řídících módů v prostředí Simulink [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2020.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
en
Study field
Aplikovaná informatika a řízení
Comittee
doc. Ing. Radomil Matoušek, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Zuzana Komínková Oplatková, Ph.D. (místopředseda)
prof. RNDr. Ing. Jiří Šťastný, CSc. (člen)
RNDr. Martin Kuba, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Miluše Vítečková, CSc. (člen)
doc. Ing. Ivan Švarc, CSc. (člen)
Date of acceptance
2020-07-14
Defence
Student představil komisi svou DP (je psaná v anglickém jazyce a její rozsah je cca 100 stran). Následně reagoval na dotazy a připomínky oponenta DP. Školitel i oponent hodnotí DP velice pozitivně.
Další dotazy komise:
prof. Vítečková: Kolik regulátorů bylo použito (volba parametrů)?
doc. Oplatková: PSO - kterou strategii jste použil?
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení