O presente trabalho trata do estudo de uma técnica de controle de sistemas aplicada ao problema do vôo em seguimento de terreno de uma aeronave de grande porte. O problema em si surgiu devido à invenção do radar e do míssil terra-ar, criando a necessidade da aeronave se esconder, voando baixo e usando o relevo como escudo. Muitos equipamentos e aeronaves foram desenvolvidos para realizar a tarefa, sendo alguns apresentados neste texto. Existem critérios de QDV - qualidade de vôo - específicos para o vôo em seguimento de terreno, a maioria criados na década de 1960, sendo eles considerados como requisitos neste estudo. Os métodos tradicionalmente utilizados para realizar a tarefa são apresentados, sendo feita uma revisão da bibliográfica existente. O modelo de aeronave usado é o Boeing 747-100, tendo os seus coeficientes de estabilidade e controle levantados e o modelo matemático construído no Matlab/Simulink, sendo então linearizado para a aplicação da técnica de controle em estudo. Os requisitos para o sistema de controle projetado são então explicitados, sendo extraídos, basicamente, dos critérios de qualidade que são apresentados neste trabalho. A técnica de controle aplicada ao problema é uma malha interna que usa uma estrutura de controle de dois graus de liberdade de Kreisselmeier, criando um CAS - sistema de aumento de controle - de aceleração normal, e uma malha externa de controle de altitude que usa um controlador do tipo avanço de fase. Alguns critérios de QDV são aplicados ao sistema controlado, tendo apresentado bons resultados para condições de vôo favoráveis (baixa massa e alta velocidade), enquanto que em condições menos favoráveis (maior massa e menor velocidade) os resultados dos testes de QDV variaram de aceitáveis até insatisfatórios. Um terreno também é gerado para realizar o teste de performance na tarefa de seguimento de terreno, sendo que os resultados atingidos são bastante bons, conseguindo o sistema seguir a trajetória de referência para todos os casos, exceto no de maior massa e menor velocidade.

Consideration of diagnosability in product design promises to increase product quality by reducing maintenance time without increasing cost or decreasing reliability. Methods for investigating the diagnosability of mechanical and electro-mechanical systems are described and are applied to the Bleed Air Control System (BACS) on the Boeing 747-400. The BACS is described and a diagnostic model is developed using information from the system Failure Modes and Effects Analysis. Emphasis is placed on the relationships between the system's functions and its components. Two metrics for the evaluation of system diagnosability and two metrics for the evaluation of component diagnosability are defined. These metrics emphasize diagnostic ambiguity and are combined with the probability of different system failures to weight the effects of each failure. Three modified systems are produced by reassigning functions from one component to another. The resulting effects on the system and component diagnosability are evaluated. We show that by changing these relationships system diagnosability can be improved without adding sensors or other components. / Graduation date: 1994

This thesis considers the problem of designing gain scheduled flight control system (FCS) for large transport aircraft that satisfy handling qualities criteria. The goal is to design a set of local Linear Time Invariant (LTI) controllers to cover the wide non- linear aircraft operation flight envelope from the viewpoint of the handling qualities assessment. The global gain scheduler is then designed that interpolates between the gains of the local controllers in order to transfer smoothly between different equilibrium points, and more importantly to satisfy the handling qualities over the entire flight envelope. The mathematical model of the Boeing 747-100/200 aircraft is selected for the purpose of the flight controller design and handling qualities as- sessment. In order to achieve an attitude hold characteristic, and also improve the dynamic tracking behavior of the aircraft, longitudinal pitch Rate Command-Attitude Hold (RCAH) controllers are designed as the local flight controllers at the specific equilib- rium points in the flight envelope by means of a state space pole placement design procedure. The handling qualities assessment of the aircraft is presented, based on which the scheduler is designed. A number of existing criteria are employed to assess the han- dling qualities of the aircraft, including the Control Anticipation Parameter (CAP), Neal and Smith, and C∗ criteria. The gain scheduled flight controller is found to have satisfactory handling qualities. The global gain scheduler is designed by interpolating the gains of the local flight controllers in order to transfer smoothly between different equilibrium points, and more importantly to satisfy the handling qualities over the flight envelope. The main contribution of this research is the combination of the gain scheduling technique based on the local controller design approach and handling qualities as- sessment. The controllers are designed based at a number of operating points and the interpolation between them (scheduling) takes place through the scheduling scheme functions. The aircraft augmented with gain-scheduled controller performs satisfactorily and meets the requirement of handling qualities. Moreover, the per- formance using the gain-scheduled controller is considerably improved compared to the performance using the fixed one.

Este trabalho consiste no desenvolvimento de uma plataforma dedicada para a implementação de sistemas de controle longitudinal para o Boeing 747-400, utilizando diferentes topologias para a malha de controle. Inicialmente são estudados os conceitos de movimentação longitudinal para um corpo rígido, determinando o modelo aerodinâmico longitudinal completo e também os modelos aproximados para o período curto e longo de uma aeronave genérica. Usando os coeficientes de estabilidade e as derivadas longitudinais do Boeing 747-400, foram determinadas as equações dinâmicas para este avião. Conhecendo as equações dinâmicas para o Boeing 747-400 os controladores foram projetados usando duas topologias distintas de malha de controle. A malha de controle longitudinal composta por uma realimentação de taxa de arfagem é a topologia mais abordada neste trabalho. Utilizando esta abordagem foram projetados os controladores contínuos de altitude e velocidade vertical. Uma outra forma abordada para o projeto dos controladores contínuos de altitude e velocidade vertical, é feita substituindo a malha interna de taxa de arfagem por um sistema de compensação contínua, no qual será usado para estabilizar a resposta de saída da malha interna de controle do ângulo de arfagem. Os controladores contínuos projetados foram devidamente discretizados. As equações de diferença obtida no processo de discretização foram utilizadas para a implementação dos controladores no microprocessador Rabbit 2000. Os controladores digitais implementados no Rabbit 2000 são testado, verificado e validado usando o Boeing 747-400 disponível no simulador de vôo X-Plane. A interação entre o hardware dedicado e o PC portado pelo X-Plane é feita através do envio e recebimento de pacotes de dados por meio do módulo de comunicação Ethernet (TCP/IP) através do protocolo UDP (Uniform Datagram Protocol) disponíveis em ambos os sistemas. Os resultados obtidos nestes ensaios são comparados com os resultados das simulações do sistema de controle longitudinal usando os controladores projetados e as equações dinâmicas do Boeing 747-400 implementadas no MATLAB/SIMULINK.