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.

Esta dissertação tem como tema o estudo do movimento longitudinal de uma aeronave conceitual supersônica utilizando o posicionamento do centro de gravidade, além das superfícies de controle. Aeronaves supersônicas apresentam variações em seus comportamentos à medida que aumentam sua velocidade e estabelecem o regime supersônico. O posicionamento do centro de gravidade é um meio de se compensar tais variações. Os objetivos deste trabalho consistem na estimativa das derivadas de estabilidade da aeronave Strider, na verificação da influência do centro de gravidade no comportamento da aeronave e por fim, na proposta e simulação de um sistema de controle para o centro de gravidade. As derivadas de estabilidade são estimadas, em função de Mach e posição do centro de gravidade, utilizando o software USAF Stability and Control Digital Datcom. A influência do centro de gravidade é verificada nas derivadas e nas equações do movimento longitudinal. O sistema de controle é implementado através de realimentação de estados por um regulador linear quadrático (LQR). Simulações são realizadas utilizando as estimativas das derivadas de estabilidade e as equações não-lineares do movimento. Nos resultados são comparadas acelerações da aeronave em altitude constante utilizando três controladores distintos. O primeiro com centro de gravidade fixo, o segundo com matriz constante de ganhos e o terceiro com escalonamento de ganhos (de acordo com Mach).

In the present work, a study is proposed about the applicability of a predictive controller to be used to control the longitudinal mode of an aircraft. The objective is to evaluate the performance of such control approach applied to a terrain following task, verifying the tracking suitability while respecting physical constraints to which the aircraft is subjected to. As examples, control surfaces range limitations, restrictions for the available thrust as well as other variables such as the angle of attack, velocity, pitch rate and the altitude itself. A fighter aircraft simplified model was used for the longitudinal movement to perform the simulations. The predictive control approach used was based on a linear prediction model described in the state space. Therefore, it was necessary to linearize the aircraft dynamic around an equilibrium point previously chosen. Two scenarios were evaluated for the same terrain profile. The first considered the simulation with the system nominal constraints. The second scenario covered an elevator actuator failure, in order to analyze the suitability of such controller when dealing with the online imposed constraints. The advantages of the predictive control methodology were evident based on the results for both scenarios, where an adequate terrain profile tracking was observed and, at the same time, the imposed restrictions were enforced in the performed simulations.

Este trabalho apresenta uma maneira prática de combinar as técnicas atuais de otimização multicritério com as de escalonamento de ganhos e aplicá-las a um caso prático de controle de vôo de movimento longitudinal de aeronave. Para o projeto foi considerado um modelo simplificado de aeronave e definido um controle baseado na realimentação da velocidade de arfagem, do ângulo de ataque e do fator de carga, além das respectivas características de período curto e fugóide, bem como da resposta a um degrau de referência que deviam ser atingidas para a qualidade de vôo desejada. A partir do estudo do envelope de vôo do modelo, definiu-se uma distribuição linear dos pontos de operação do escalonador no espaço do envelope. Em cada ponto de operação foram executados dois algoritmos de otimização: um baseado na Teoria de Jogos Multi-objetivos, do Prof. J. F. Nash e o outro num modelo de algoritmo genético de modo a obter os melhores ganhos para aquele ponto de operação. Depois foi aplicado um algoritmo de interpolação linear nos pontos do escalonador de maneira a obter os parâmetros do controlador para qualquer ponto de operação dentro dos limites do envelope de vôo. Ao fim foi efetivada uma validação da lei de controle escalonada gerada com a simulação e cálculo dos parâmetros de qualidade para pontos dentro do envelope de vôo. São apresentados ao longo do trabalho os resultados de uma aplicação prática, bem como boa parte dos algoritmos e modelos usados para implementação.

Este trabalho aplica o método da resposta em freqüência para a identificação de parâmetros do modelo no espaço de estados da dinâmica longitudinal de uma aeronave. Inicialmente, considerações a respeito de uma manobra apropriada para a excitação da aeronave são discutidas e a manobra de varredura em freqüência é descrita. Uma breve explicação da teoria de análise espectral utilizada para o cálculo das funções de resposta em freqüência é apresentada, incluindo o cálculo dos intervalos de confiança e os impactos dos ruídos aleatórios e de erros sistemáticos sobre os resultados. O método da resposta em freqüência de identificação de parâmetros, implementado em ambiente MatLab, utiliza a função custo de máxima verossimilhança. Dados simulados são utilizados para a identificação de parâmetros. Em geral, os modelos identificados apresentam boa concordância com a dinâmica da aeronave. Dentre os resultados bem sucedidos, o modelo identificado que melhor representou a dinâmica da aeronave foi dado pela identificação paramétrica D. Os resultados também sugerem que o sucesso na identificação de um sistema usando técnicas do domínio da freqüência depende grandemente do apropriado planejamento e execução da manobra.

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 trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de uma lei de controle longitudinal de proteção de envelope de voo, limitando o ângulo de ataque a fim de evitar o estol. A arquitetura básica do controle de ângulo de ataque consiste de uma malha interna responsável pelo aumento de estabilidade do sistema (SAS), e da malha externa cuja função é e garantir o seguimento do ângulo alfa. O ajuste do controlador utilizado foi feito por otimização através de simulações e utilizando o método de integração do erro absoluto no tempo (ITAE). Para validação do projeto são apresentadas diversas simulações do modelo linear e não linear no domínio do tempo e da frequência, considerando os atrasos relativos ao controlador digital e dos sensores inerciais e aerodinâmicos, demonstrado a robustez e estabilidade do sistema.

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.

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.

Esta tese examina a identificação paramétrica das derivadas de estabilidade e controle da dinâmica longitudinal de uma aeronave, com a aplicação prática do método de "Maximum Likelihood Estimation" (MLE) e um algoritmo de otimização por Gauss-Newton. A dinâmica longitudinal foi representada por um modelo linear derivado das leis de Newton, obtendo as equações de estado. As equações de saída foram obtidas do modelamento dos sensores usados para medição das grandezas físicas relevantes. O algoritmo e o programa em MATLAB desenvolvidos foram aplicados aos dados práticos obtidos com um vôo na aeronave AT-26 FAB 4516. A aeronave estava equipada com uma instrumentação para medição e gravação dos parâmetros necessários para a identificação paramétrica em questão. Os resultados obtidos foram analisados neste trabalho, e demonstraram a validade prática do método para obtenção das derivadas de estabilidade e controle longitudinal de uma aeronave. O resultado demonstrou ajustamento adequado entre as observações e o modelo identificado.