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    Massimiliano MATTEI

    Insegnamento di SISTEMI DI CONTROLLO DI VOLO

    Corso di laurea magistrale in INGEGNERIA AEROSPAZIALE

    SSD: ING-IND/03

    CFU: 6,00

    ORE PER UNITÀ DIDATTICA: 48,00

    Periodo di Erogazione: Primo Semestre

    Italiano

    Lingua di insegnamento

    ITALIANO

    Contenuti

    Modello linearizzato di un velivolo a partire dalla rappresentazione nello spazio di stato. Approfondimenti sulla dinamica dei sistemi lineari a tempo continuo e a tempo discreto. Studio nel dominio di Laplace e della trasformata Z. Approfondimenti sulla stabilità, controllabilità e osservabilità. Requisiti per un sistema di controllo. Diagrammi di Nyquist e Nichols. Luogo delle radici. Tecniche di controllo classico con sintesi nel dominio di Laplace e di Fourier. Controllori PID. Assegnamento dei poli nello spazio di stato. Teoria degli osservatori.

    Testi di riferimento

    J. ROSKAM, Airplane Flight Dynamics, Roskam Aviation
    C.D. PERKINS & R.E. HAGE, Airplane Performance, Stability and Control, John Wiley & Sons
    B. N. PAMADI, Performance, Stability, Dynamics and Control of Airplanes, AIAA Education Series
    Aircraft Control and Simulation, 2003,
    di Brian L. Stevens e Frank L. Lewis

    Obiettivi formativi

    Il corso ha l’obiettivo di fornire agli allievi le conoscenze metodologiche necessarie per la progettazione di algoritmi di controllo del volo per velivoli ad ala fissa. La prima parte del corso è destinata agli strumenti metodologici per l’analisi della risposta nello spazio di stato della dinamica di un velivolo. Successivamente vengono illustrate le tecniche di controllo classico e alcune tecniche di controllo moderno per la sintesi di sistemi di incremento artificiale della stabilità, di incremento della controllabilità e di autopiloti. I contenuti teorici sono integrati da simulazioni numeriche della dinamica del velivolo sia a ciclo chiuso che a ciclo aperto.

    Prerequisiti

    Meccanica del Volo e Dinamica del Volo, concetti di base dell’Aerodinamica degli Aeromobili,
    Nozioni di base per l’analisi della risposta nel tempo e nella frequenza di sistemi lineari e stazionari

    Metodologie didattiche

    Le lezioni frontali sono tenute dal/i docente/i del corso e hanno durata di 120 minuti.
    Il corso prevede lo svolgimento in aula di esempi numerici ed esercitazioni con l’ausilio del calcolatore in ambiente Matlab-Simulink

    Metodi di valutazione

    Colloquio orale con discussione di un elaborato sviluppato durante il corso che prevede l’analisi della dinamica di un velivolo ad ala fissa e la progettazione di un controllore di volo con tecniche di controllo classico e moderno. Le prove sono fissate con cadenza mensile.

    Programma del corso

    Modello linearizzato di un velivolo a partire dalla rappresentazione nello spazio di stato. Approfondimenti sulla dinamica dei sistemi lineari a tempo continuo e a tempo discreto. Studio nel dominio di Laplace e della trasformata Z. Approfondimenti sulla stabilità, controllabilità e osservabilità. Requisiti per un sistema di controllo. Diagrammi di Nyquist e Nichols. Luogo delle radici. Tecniche di controllo classico con sintesi nel dominio di Laplace e di Fourier. Controllori PID. Assegnamento dei poli nello spazio di stato. Teoria degli osservatori.

    English

    Teaching language

    Italian

    Contents

    Linearized model of the aircraft dynamics and its state space representation.
    Elements of linear systems dynamics in the time domain.
    Stability, controllability and observability of dynamic systems.
    General requirements for a flight control system.
    Classical control theory. Nyquist and Nichols plots. Root locus. PID synthesis in the laplace and fourier domains. Optimization based techniques for the design of a PID controller. Pole placement in the state space. Observer theory and the Luenberger observer design.

    Textbook and course materials

    J. ROSKAM, Airplane Flight Dynamics, Roskam Aviation
    C.D. PERKINS & R.E. HAGE, Airplane Performance, Stability and Control, John Wiley & Sons
    B. N. PAMADI, Performance, Stability, Dynamics and Control of Airplanes, AIAA Education Series
    Aircraft Control and Simulation, 2003,
    Brian L. Stevens e Frank L. Lewis

    Course objectives

    The objective of this course is to provide basic tools for the design of flight control algorithms for fixed wing aircraft.
    The first part of the program deals with linear systems theory, stability and controllability/observability.
    The secondo part deals with the design of classical controllers (PID and lead/lag compensators) for SISO systems.
    The third part deals with flight control algorithms.
    Numerical examples are carried out in the Matlab Simulink environment

    Prerequisites

    Flight Mechanics and Dynamics of fixed wing aircrafts.
    Basic elements of linear systems dynamics (in Laplace and Fourier domains)

    Teaching methods

    Lessons have a duration of 120 minutes.
    Numerical examples are developed in MatlabSimulink

    Evaluation methods

    Oral exam with the discussion of a flight control algorithm design developed as homework by students.

    Course Syllabus

    Linearized model of the aircraft dynamics and its state space representation.
    Elements of linear systems dynamics in the time domain.
    Stability, controllability and observability of dynamic systems.
    General requirements for a flight control system.
    Classical control theory. Nyquist and Nichols plots. Root locus. PID synthesis in the laplace and fourier domains. Optimization based techniques for the design of a PID controller. Pole placement in the state space. Observer theory and the Luenberger observer design.

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