Dissertação

{pt_PT=Control of the atmospheric flight phase of small rocket launchers} {} EVALUATED

{pt=Esta dissertação aborda o desenho de controladores para pequenos lançadores com velocidade de rolamento limitada. A primeira contribuição deste trabalho é o desenvolvimento de um modelo não- linear com 6 graus de liberdade, incluíndo modos flexíveis, que serve de base para o desenho de sistemas de controlo de voo. O modelo não-linear é linearizado em torno de uma série de pontos de equilíbrio, resultando num conjunto de modelos lineares. Utilizando este resultado, um controlador desacoplado para os modos lateral e longitudinal utilizando PID é desenvolvido. O impacto dos modos flexíveis no modelo linear é avaliado utilizando o sistema SISO proveniente da linearização. Para além disto, o desenho de um controlador Linear Quadratic Regulator (LQR) é desenvolvido e posteriormente a sua robustez a variações de parâmetros do sistema é avaliada. Utilizando o modelo não-linear do sistema, um controlador é desenvolvido utilizando backstepping não-linear. A análise de robustez deste controlador é desenvolvida utilizando a teoria de estabilidade de Lyapunov, avaliando-se a estabilidade e robustez a diversos tipos de perturbações exógenas e erros de modelação. Incertezas específicas relacionadas com a localização do centro de massa causam uma perda significativa de performance, pelo que é desenvolvido um estimador para estas incertezas. O desenho do estimador é integrado com o desenho do estimador, obtendo-se um estimador adaptativo não-linear que garante estabilidade global. Por fim, é estabelecida uma comparação entre a performance dos controladores lineares e não- lineares propostos, bem como um discussão sobre a adaptabilidade destes controladores a outros lançadores com características diferentes., en=This dissertation addresses Thrust Vector Control (TVC) design techniques for small launch vehicles with bounded roll rate. The first contribution of this dissertation is the development of a 6 Degree of Freedom (DoF) nonlinear model that serves as a tool for flight control system design. The nonlinear model is then trimmed and linearized, for a series of operating points, yielding a set of linear models. Building upon this result, decoupled lateral and longitudinal PID controllers are designed, as well as a Linear Quadratic Regulator (LQR) controller. The impact of flexible modes on the linear controller is assessed as well as the robustness of the LQR controller to parameter variations. Using the nonlinear model a backstepping controller is developed and implemented. Lyapunov stability analysis is used to assess the robustness and performance of this controller to different types of exogenous disturbances and model perturbations. Specific inaccuracies in the position of the center of mass lead to significant performance deterioration. Therefore an estimator is developed. The estimator design is integrated with the controller, thus stability of the overall system is ensured. Finally, a comparison between the performance of the proposed linear and nonlinear controllers is performed. The applicability of the nonlinear controller to other launch vehicles is discussed.}
{pt=Modelo não-linear com 6 graus de liberdade, pequeno lançador, LQR, PID, backstepping, análise de Lyapunov, en=6 Degree of Freedom modelling, Launch Vehicle, LQR, PID, Backstepping, Lyapunov Design}

abril 11, 2017, 9:30

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