Automatic landings have been performed routinely for many years. However the design of flare and landing control systems with a suitable performance and a high level of reliability remains a very difficult task. In the present scenario, the increasing in the landing capacity of airports is mandatory by limiting the time each aircraft occupies the runway. To limit the occupancy time, the reduction of touchdown zone is essential since landings too close of the exit could result in a missed exit and therefore in a decreasing of landing rate. Give this context, the present work aims to propose an autoland flare law development for a 50 seat regional jet using Linear Quadratic Regulator technique. An accurate flare path, good rejection to turbulence, simplicity in implementation and, moreover, improved longitudinal touchdown dispersion are some of desirable features of design. In development of autoland control system, full feedback was used as control law configuration. Simulations were performed with non-linear model of the aircraft based on the equations of rigid body movement. The gains of LQR flare law were obtained though global optimization using Genetic Algorithms. The robustness of resulting close-loop system was tested with respect to ground-effect, wind shear and out-of-trim conditions. The performance of LQR flare law was compared with Model-Following design. Steady wind and turbulence models were used as disturbances for stochastic evaluation of the methods. The explicit flare trajectory defined in space, not in time, resulted on the improved touch down dispersion achieved by LQR design.

This work presents the application of the Linear Quadratic Tracker (LQT) for the automatic landing system of passenger transport airplanes. The design method to achieve an autoland flare law with improved performance and disturbance rejection is described. With this method the design is direct and more formal thus avoiding the somewhat time consuming and more ad-hoc design iterations currently practice in industry. Although the design technique has been used for a autoland system, the approach is general enough to be used in other control applications. The structure of a traditional flare controller used for transport airplane and the LQT flare controller are presented. The performance of the flare control law designed based on LQT is compared against the performance of a traditional flare control law. Simulation time histories and Monte Carlo simulation results are presented. The time histories simulations cover the nominal and the most adverse conditions anticipated during the operation of the autoland system. The results show that the LQT law provides a more accurate path control and better disturbance rejection. The Monte Carlo simulation was made according to the certification requirements of an autoland system. The results show that the LQT controller provides reduced touchdown dispersion for the sink rate and distance at touchdown. The automatic landing system using LQT complies easily with the certification requirements, whereas the traditional system based on the classical design of autopilot inner loop/outer loop meets the certification requirements with smaller margins.

Neste trabalho é apresentado o resultado para o projeto de lei de controle para uma função de controle automático da manobra de aproximação para pouso, somente o controle longitudinal, de uma aeronave comercial. Para tanto o projeto foi baseado na aplicação de duas técnicas, Inversão Dinâmica e H8 "loop shapping". A Inversão Dinâmica, utilizada na realimentação interna, tem o papel de generalizar a resposta do avião de forma a eliminar o processo de escalonamento de ganhos, geralmente utilizado para garantir o desempenho da função para todo o envelope operacional da aeronave. A técnica de H8 "loop shapping", utilizada na realimentação externa, tem o papel de garantir a robustez do controlador, tendo como resultados diretos o ajuste da resposta em malha aberta com base em um sistema de referência e uma margem de estabilidade, dada por um fator de compressão mínimo baseado na resposta em freqüência dos valores singulares do sistema em malha aberta. Com base nesse resultado foi possível concluir sobre a robustez do projeto a presença de variações e distúrbios na planta. O resultado final do controlador foi analisado no domínio da freqüência, por meio de gráfico de valor singular, e no domínio do tempo, com simulações da manobra de aproximação na presença de perturbações.

O mercado da aviação comercial encontra-se em constante expansão, acompanhado o crescimento do PIB mundial. A operação de aeronaves comerciais é bastante restritiva do ponto de vista da segurança. Como forma de aumentar a segurança operacional, especialmente em condições climáticas críticas, cada vez mais aeronaves comerciais vêm utilizando sistemas automáticos de controle - dentre estes, sistemas de pouso - CAT I, II e III. Sistemas CAT III realizam o procedimento de pouso desde a aproximação até a quase parada completa da aeronave. O objetivo deste trabalho é estudar alguns modelos de esforços que agem sobre a aeronave em solo e em seguida propor um modelo simplificado. De posso deste modelo, inicia-se então o projeto de dois algoritmos de controle robustos o suficiente para realizar o controle da posição lateral da aeronave em relação ao centro da pista de pouso para diversos pesos de pouso. De posse do sistema em malha fechada, são então realizadas algumas simulações e os seus resultados são discutidos.

As características de um sistema podem variar ao longo do seu envelope operacional. Este fato gera um grande desafio para projetos de controle realizados com base em uma planta de referência. Portanto, para projetar uma lei de controle que atenda aos requisitos de projeto em todo o envelope operacional do sistema, normalmente, recorre-se ao escalonamento de ganhos. Uma interessante alternativa é o Quantitative Feedback Theory (QFT), técnica de controle robusto que é, principalmente, caracterizada por considerar, desde o início do projeto, as incertezas de modelagem do sistema, causadas ou por variações nos próprios parâmetros do sistema ou por perturbações externas ao mesmo. O projeto por esta técnica de controle é realizado no domínio da freqüência e considera requisitos de rastreamento de performance, de atenuação de distúrbios, de estabilidade, entre outros. Neste trabalho aplica-se esta técnica de controle no projeto de um sistema automático de aproximação e pouso para uma aeronave de passageiros de médio peso. Foi escolhido um conjunto de diferentes pontos de operação dentro do envelope de vôo com o objetivo de projetar uma única lei de controle capaz de atender aos requisitos para todo o conjunto de pontos escolhidos. A validação do projeto ocorreu através da simulação de uma manobra automática de aproximação e pouso realizada para todos os pontos de operação e foi possível mostrar que o QFT é uma técnica promissora para projetos de controle em sistemas de comandos de vôo.

Aeroportos no centro de cidades, em regiões montanhosas ou com obstáculos próximos à pista exigem ângulos de trajetória de aproximação mais íngremes que o usual. Os motivos para essa adequação são a necessidade de cumprimento das restrições quanto à emissão de ruídos ou até mesmo as limitações físicas impostas pelo relevo ou pelos obstáculos que rodeiam os aeroportos. A proposta deste trabalho é projetar um piloto automático de aproximação para uma aeronave executiva a jato em condição de steep approach (descida íngreme). Ao longo do texto, os fundamentos teóricos são apresentados e a estrutura do controlador é definida. Um modelo linearizado da aeronave em configuração de pouso é utilizado e o cálculo dos ganhos é realizado através da metodologia LQ (Linear Quadrática), ponderando-se os estados e o erro de estado estacionário. O desvio em relação ao estado estacionário é ponderado no tempo de forma a penalizar desvios grandes nos últimos instantes. Consideram-se ainda os valores de amortecimento dos pólos do sistema em malha fechada no cálculo do índice de desempenho. O sistema com o controlador projetado é avaliado em condições de distúrbios atmosféricos e quanto à qualidade de voo e estabilidade segundo critérios presentes na literatura. São incluídos os atrasos e saturações dos atuadores tanto no cálculo dos ganhos do sistema quanto nas simulações.

O presente trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de uma lei de controle longitudinal para o rastreamento do sinal de glideslope através do uso da metodologia Linear Quadrática com realimentação de saída e restrições do conjunto de controles admissíveis. Várias condições de vôo de uma aeronave comercial a jato em aproximação para pouso, incluindo diferentes configurações de centro de gravidade, massa, velocidade e altitude foram consideradas. A arquitetura básica utilizada para o projeto consistiu na criação de uma malha interna, responsável pelo aumento de estabilidade do sistema (SAS), e de malhas externas, cuja função é efetuar o seguimento das variáveis que traduzem o perfil da trajetória. O cálculo dos parâmetros do controlador foi realizado por um método algorítmico de otimização local com restrições, de acordo com a metodologia proposta e utilizando matrizes de ponderação diagonais. O projeto do controlador feito de duas maneiras diferentes: síntese parcial ou conjunta dos ganhos. Para cada maneira são expostos os resultados, tais como resposta dos atuadores, análises de estabilidade e de qualidade de vôo. O controlador projetado através da síntese parcial dos ganhos apresentou melhores margens de estabilidade. Foram realizadas simulações temporais do modelo linear em malha aberta e em malha fechada, para efeitos de comparação. Foi possível mostrar que o sistema em malha fechada é capaz de efetuar o seguimento das trajetórias propostas, ainda que submetido a desvio das condições de equilíbrio, rajada e turbulência. Um escalonamento de ganhos do SAS, em função da velocidade verdadeira e da pressão dinâmica, foi proposto de modo a englobar o envelope de operação da aeronave. Através desse escalonamento, foi possível manter as mesmas características dinâmicas para o conjunto aeronave com SAS, independentemente da condição de altitude de vôo, massa da aeronave, posição do centro de gravidade e velocidade calibrada de aproximação.