Reconfiguration of unmanned aircraft control system

• Autorzy: Żugaj M.

Warianty tytułu

PL

Rekonfiguracja układu sterowania samolotu bezzałogowego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Reliability of unmanned aircraft is a decisive factor for conducting air tasks in controlled airspace. One of the means used to improve unmanned aircraft reliability is reconfiguration of the control system, which will allow to maintain control over the aircraft despite occurring failures. The control system is reconfigured by using operational control surfaces, to compensate for failure consequences and to control the damaged aircraft. Development of effective reconfiguration algorithms involves utilization of a non-linear model of unmanned aircraft dynamics, in which deflection of each control surface can be controlled independently. The paper presents a method for an unmanned aircraft control system reconfiguration utilizing a linear and nonlinear model of aerodynamic loads due to control. It presents reconfiguration algorithms, which differ with used models and with optimization criteria for deflections of failure-free control surfaces. Additionally it presents results of a benchmark of the developed algorithms, for various types of control system failures and control input.

PL

Niezawodność samolotów bezzałogowych jest czynnikiem decydującym o możliwości wykonywania zadań lotniczych w kontrolowanej przestrzeni powietrznej. Jedną z metod wykorzystywanych do poprawy niezawodności samolotów bezzałogowych jest rekonfiguracja układu sterowania, która umożliwia sterowanie samolotem pomimo powstałej awarii. Rekonfiguracja systemu sterowania polega na wykorzystaniu sprawnych powierzchni sterowych do kompensacji skutków awarii oraz sterowania uszkodzonym samolotem. Opracowanie efektywnych algorytmów rekonfiguracji wymaga wykorzystania nieliniowego modelu dynamiki samolotu bezzałogowego, w którym możliwe jest niezależne sterowanie wychyleniem każdej powierzchni sterowej. W pracy przedstawiono metodę rekonfiguracji układu sterowania samolotu bezzałogowego w której, wykorzystano liniowy i nieliniowy model obciążeń aerodynamicznych od sterowania. Przedstawiono algorytmy rekonfiguracji, które różnią się użytymi modelami oraz kryteriami optymalizacji wychyleń sprawnych powierzchni sterowych. Ponadto przedstawiono wyniki porównania opracowanych algorytmów dla różnych konfiguracji awarii systemu sterowania oraz zadanych sygnałów sterujących.

Słowa kluczowe

EN

control; reconfiguration; unmanned aircraft

PL

sterowanie; rekonfiguracja; samoloty bezzałogowe

• Wydawca: Wydawnictwa Naukowe Sieci Badawczej Łukasiewicz - Instytutu Lotnictwa
• Czasopismo: Prace Instytutu Lotnictwa
• Rocznik: 2017
• Tom: Nr 2 (247)
• Strony: 80--96
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., diagr., rys., tab., wykr., wzory

Twórcy

autor

Żugaj M.

• Zakład Automatyki i Osprzętu Lotniczego, Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa, Politechnika Warszawska (Division of Automation and Aeronautical Systems, Faculty of Power and Aeronautical Engineering, Warsaw University of Technology), ul. Nowowiejska 24,00-665 Warsaw

Bibliografia

• [1] Goetzendorf-Grabowski, T., Frydrychewicz, A., Goraj, Z., et al., 2006: „MALE UAV design of an increased reliability level," Aircraft Engineering and Aerospace Technology: An International Journal, vol. 78, No. 3, pp. 226-235.
• [2] Lin, X., Fulton, N, and Horn, M, 2014, „Quantification of nidi level safety criteria for civil unmanned aircraft systems;" Proceedings of IEEE Aerospace Conference, Big Sky, March 1-8, pp. 1-13.
• [3] Loh, R., Bian, Y, and Roe, T, 2009, „UAVs in civil airspace: Safety requirements;" IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine, 24, January, pp. 5-17.
• [4] Goraj, Z., 2014, "A specialized UAV for surveillance in windy, turbulent environment of the Antarctic coast," Proceedings of the 29th Congress of the International Council of the Aeronautical Sciences Vol I-VI, Curran Associates, Inc., pp. 1-13.
• [5] Steinberg, M, 2005, „A historical overview of research in reconrigurable flight control;" Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G: Journal of Aerospace Engineering, 219, April, pp. 263-275.
• [6] Kozak, V, Shevchuk, D., Vovk, V, and Levchenko, M., 2014, ,Automation of aircraft control Reconfiguration in flight special situations:" Proceedings of IEEE 3rd International Conference on Methods and Systems of Navigation and Motion Control, Kiev, October 14-17, pp. 14-17, October 2014.
• [7] Yang. Z., Hua, S., Hongzhuan, Q., and Chengrui, L., 2010, „Control reconfigurability of nonlinear system based on control redundancy;" 10th IEEE International Conference on Industrial Informatics (INDIN), Beijing, July 25-27, pp. 815-820.
• [8] Burcham, B., 1997, ,Xanding safely when flight controls fail;" Aerospace America, pp. 20-23.
• [9] Naskar, A., Patra, S., and Sen, S., 2015, „Reconfigurable Direct Allocation for Multiple Actuator Failures;" IEEE Transactions on Control Systems Technology, 1(23), January, pp. 397-405.
• [10] Xiao-hui, Q., and Hong-tao, Z., 2011, „The Design od Adaptive Sliding Mode Control Law on Reconfigurable Flight Control System;" International Conference on Electronics, Communications and Control (ICECC), Ningbo, September 9-11, pp. 532-536.
• [11] Fekri, S., Gu, D., and Postlethwaite, I., 2009, „Lateral Imbalance Detection on a UAV Based on Multiple Models;" Joint 48th IEEE Conference on Decision and Control and 28th Chinese Control Conference, Shanghai, December 16-18, pp. 8488-8493.
• [12] Nizioł, J., 2005, Dynamika układów mechanicznych (Dynamics of mechanical systems). Komitet Mechaniki PAN (Mechanics Committee of the Polish Academy of Sciences). Instytut Podstawowych Problemów Techniki Polskiej Akademii Nauk (Institute of Fundamental Technological Problems of the Polish Academy of Sciences), Warsaw.
• [13] Goraj, Z., 2014, "Flight dynamics models used indifferent national and internationals projects,” Aircraft Engineering and Aerospace Technology, Volume: 86 Issue: 3.
• [14] Zugaj, M, and Narkiewicz, J., 2009, „Autopilot for reconfigurable flight control system;” ASCE Journal of Aerospace Engineering, 22, January, pp. 78-84.
• [15] Żugaj, M, Godłoża. D., 2016. „Analiza właściwości dynamicznych samolotu bezzałogowego w stanie awarii systemu sterowania;" (Analysis of dynamie properties of an unmanned aircraft in a failure state). Mechanika w Lotnictwie (Mechanics in Aeronautics) ML-XVQ. vol. 2, Warszawa, pp. 275-286.
• [16] Jategaonkar, R., V., 2006, Flight Vehicle System Identification, A Time Domain Methodology, American Institute of Aeronautics and Astronautics. Reston, Virginia.
• [17] Yechout, T., R., 2003, Introduction to Aircraft Flight Mechanics: Performance, Static Stability, Dynamic Stability, and Classical Feedback Control, American Institute of Aeronautics and Astronautics, Reston, Virginia.

Uwagi

EN

The paper was drafted within the scope of the PBS2/B6/19/2013 project, financed by the Narodowe Centrum Badań i Rozwoju (National Centre for Research and Development) between 2013 and 2016

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).