FenixEdu™

Dissertação

{en_GB=Robust Thrust Vector Control of Launch Vehicles} {} EVALUATED

Detalhes: {pt=Viriato é um micro lançador de propulsão vetorial, cuja saída da atmosfera passa por várias condições de voo, desde regime subsónico a supersónico, complicando o desenho de um controlador clássico com o desempenho desejado em toda a trajetória. Deste modo, um controlador Robusto é desenvolvido que garante uma resposta rápida e robusta a variações de massa, atrasos na atuação e rajadas de vento. Como termo de comparação, desenvolveram-se controladores PD, LQG e NMPC. Com o objetivo de construir e testar os algoritmos, a Spin.Works desenvolveu o VIRIATO Test Platform, um protótipo semelhante a VIRIATO, com cerca de 1 metro de altura. De seguida, um ambiente de simulacão em MATLAB/Simulink é desenvolvido, utilizando as principais equacões cinemáticas e dinâmicas, os sensores e as suas especificações de ruído. Depois, o sistema é linearizado e as funções de transferência são utilizadas para construir o controlador PD e as matrizes em espaço de estados os controladores LQG e Robusto. Adicionalmente, por via das equações não lineares, formula-se um controlador NMPC. Os resultados das simulações indicam que o controlador H∞ é o mais rápido (juntamente com o NMPCEKF) e é robusto a variações de massa de 20%, atrasos na atuação de 0.1 s e rajadas de vento de 5 m/s. Verificou-se que consegue seguir trajetórias quadradas, em anel e em formato de oito, enquanto aponta para o centro, com erro de posição inferior a 0.4 m e um atraso de 1 s, sendo que o erro aumenta quando as referências de guinada variam abruptamente., en=VIRIATO is a thrust vectored launch vehicle, whose flight mode while leaving the atmosphere ranges from subsonic to supersonic, such that it would be challenging to ensure a suitable performance throughout all its trajectory using classical controllers. To overcome this difficulty, a Robust controller is developed that ensures a fast response, robustness to mass variations, actuation delays and wind gusts. To benchmark the H∞ controller, PD, LQG and NMPC controllers are also derived. In order to build and test these algorithms, Spin.Works developed the VIRIATO Test Platform, a small scaled prototype of VIRIATO with 1 m height. A simulation environment in MATLAB/Simulink is built, comprising the most significant kinematic and dynamic equations, the available sensors and their noise specification. Then the system is linearized, the transfer functions are used to construct the PD controller and the state space matrices the LQG and Robust controllers. Additionally, using the nonlinear equations, the NMPCEKF controller is formulated. The simulation results comparing the LQG, NMPCEKF and H∞ controllers indicate that the latter is the fastest alongside the NMPCEKF and is robust to a mass variation of 20%, actuation delays of 0.1 s and wind gusts of 5 m/s. The H∞ was able to follow square, loop and eight shaped trajectories, while pointing at the center of the loops, with a position error below 0.5 m and a delay of 1 s. The position error increased slightly when the yaw reference changed abruptly.}
Keywords: {pt=Controlo Por Propulsão Vetorial, Controlo Robusto, Filtro de Kalman, Robustez, en=Thrust Vector Control, Robust Control, Kalman Filter, H∞}

Discussão: novembro 22, 2022, 11:30