Contribuciones a la síntesis de controladores robustos. Aplicaciones a los sistemas de estabilización y control de aeronaves

  1. García González, Luis
Dirigée par:
  1. Manuel J. López Sánchez Directeur

Université de défendre: Universidad de Cádiz

Fecha de defensa: 29 juin 2012

Jury:
  1. Ramón Ferreiro García President
  2. Manuel Haro Casado Secrétaire
  3. Francisco Mesa Varela Rapporteur
  4. Jose Lorenzo Trujillo Rapporteur
  5. José María Girón Sierra Rapporteur
  6. Joaquín Aranda Almansa Rapporteur
  7. Francisco Jesús Velasco González Rapporteur
Département:
  1. Ingeniería en Automática, Electrónica, Arquitectura y Redes de Computadores

Type: Thèses

Teseo: 324797 DIALNET

Résumé

En este trabajo se plantea como objetivo fundamental establecer una metodología de diseño de controladores H que suponga un procedimiento automatizado para el diseñador, y que esté orientado al control de aeronaves. Dentro del control H se van a considerar los métodos de diseño basados en las técnicas H2, Hinf, LQG y LQG/LTR; dado que los métodos LQG y LQG/LTR se pueden interpretar como casos particulares de control H2. El objetivo no consiste en resolver un problema de diseño tipo benchmark, como el utilizado en el proyecto de GARTEUR [GART97], sino que el trabajo se ha orientado hacia la automatización del proceso de diseño de controladores H para aeronaves. La aportación principal realizada en este trabajo consiste en el desarrollo de métodos sistemáticos y automatizados para la síntesis de controladores H para aeronaves, a partir de un modelo (SISO o MIMO) del sistema a controlar. En primer lugar, se propone un método de ajuste de controlador LQG/LTRo basado en algoritmos genéticos, que consigue ajustar los parámetros de diseño para cumplir unas especificaciones expresadas en el dominio del tiempo, aplicándolo al avión F-16. Se continúa con la propuesta de un procedimiento para detección incipiente de fallos en actuadores (timón y alerones) y sensores (ángulos de alabeo y deslizamiento) de la aeronave F-16; que emplea un método de optimización multiobjetivo basado en algoritmos genéticos. Como siguiente aportación, se trata el problema del control Hinf; para el que se proponen unas funciones de ponderación de pre-sintonía, y un procedimiento para el ajuste fino del controlador que tan sólo depende de dos parámetros de ajuste. Como alternativa para mejora de ciertos indicadores de comportamiento y robustez, se propone un método de control con dos grados de libertad (2-DOF), que utiliza un controlador LQG/LTRi para el lazo interno (cuyo objetivo principal es mejorar la atenuación de perturbaciones actuantes a la entrada de la planta), y un controlador Hinf para el lazo externo (cuya finalidad es mejorar el seguimiento de cambios de setpoint). Este controlador se ha denominado controlador robusto H reforzado (CRHR). Como alternativa a este método, se propone un controlador con 2-DOF en el que ambos lazos tienen controladores Hinf. Para grandes cambios en el setpoint, se propone un controlador de estructura variable, que utiliza un controlador de 1-DOF en la fase de aproximación al SP, y un controlador de 2-DOF en la fase de precisión. Para tener en cuenta los cambios on-line que se producen en los controladores, se desarrolla un método sistemático y automatizado para BLT (Bump-Less Transfer). Este controlador se requiere al realizar un cambio en un controlador, ya sea por ajuste de los parámetros o por conmutación entre controladores. Cada controlador H diseñado (Feed-Back H Controller, FB-HC), lleva asociado un controlador H para BLT. A fin de realizar el diseño y análisis de los métodos propuestos, se utiliza el modelo matemático de un avión F-16. Se utilizan unos indicadores de comportamiento y robustez numéricos (Performance and Robustness Indicators, P&RI), así como pruebas de simulación que sirven para evaluar la robustez de los controladores frente a dinámica no modelada de alta frecuencia, incertidumbres de tipo paramétrico, comportamiento para condiciones de operación diferentes a las nominales, así como con respecto a la dinámica no lineal de la aeronave. Para pruebas de simulación en tiempo real estricto con características HILS ("Hardware In the Loop Simulation") se emplea un entorno para pruebas y evaluación de sistemas de control (EPESC) desarrollado por el grupo GAPSIS de la universidad de Cádiz.