• dinamica dell'elicottero
• frequency-domain identification
• identificazione nel dominio del tempo
• identificazione nel dominio della frequenza
• mixed sensitivity control
• modello pilota
• parametric identification
• pilot model
• rotorcraft dynamics
• system identification
• time-domain identification

La tesi, in collaborazione con Leonardo Elicotteri, tratta l'identificazione della dinamica in ciclo chiuso degli elicotteri sia nel dominio del tempo che in quello della frequenza. Per quanto riguarda il dominio del tempo è stato seguito il metodo della Prediction Error Minimization (PEM), implementato in Matlab con la funzione 'tfest'. Per l'identificazione nel dominio della frequenza è stata invece seguita una procedura proposta da M.B. Tischler, che prevede l'ottenimento della risposta in frequenza del sistema come rapporto tra l’autospettro dell’ingresso e il cross-spettro di ingresso e uscita. Tale procedura è stata implementata in Matlab con la funzione 'tfestimate'.
L'obiettivo della tesi è quello di individuare un segnale, iniettabile nel sistema in ciclo chiuso o tramite riferimento di assetto o con i comandi pilota, che ecciti sufficientemente il sistema nel range di frequenze 0.1 - 1 Hz e permetta di identificarne le funzioni di trasferimento. Dovendo evitare i tradizionali sweep in frequenza, ottimi per stimolare tutte le frequenze di interesse del sistema ma difficilmente riproducibili a mano e sgradevoli per il pilota a causa delle oscillazioni sempre più rapide imposte alla macchina, la scelta è ricaduta su una serie di doppiette a frequenze variabili.
Tale segnale è stato testato inizialmente su un modello linearizzato di elicottero, la cui dinamica bare è reperibile in letteratura, per il quale è stato implementato un controllo in retroazione sull'assetto tramite controllore mixed sensitivity. Il segnale è stato iniettato su un canale alla volta per sopperire al problema dell'accoppiamento tra gli assi dell'elicottero. Le funzioni di trasferimento identificate sono state validate tramite confronto con i diagrammi di Bode delle funzioni di trasferimento reali del sistema, imponendo un range di tolleranza di 1 dB sul modulo e 10° sulla fase.
Appurato che la procedura di identificazione era stata eseguita con successo sia iniettando il segnale scelto tramite comandi pilota che ponendolo come riferimento di assetto, i test sono stati ripetuti anche su un modello linearizzato fornito da Leonardo Elicotteri. Tale modello prevede una dinamica diversa a seconda che gli ingressi siano i riferimenti di assetto (modalità hands-off) o i comandi pilota (modalità hands-on) e nel secondo caso anche il sistema controllato risulta leggermente instabile, con le uscite che divergono lentamente oscillando.
Questo aspetto, non riscontrato nel modello implementato a partire dalla letteratura, impedisce l'identificazione nel dominio del tempo per la modalità hands-on, in quanto l'algoritmo di 'tfest' è progettato solo per la stima di sistemi stabili, mentre lascia inalterata la procedura per la modalità hands-off. Per indentificare il sistema nel dominio della frequenza in hands-on è stato implementato un modello di pilota, in linea con il crossover model teorizzato da D.T. McRuer, che stabilizza il sistema inseguendo un riferimento di assetto. La serie di doppiette a frequenze variabili non è quindi stata iniettata tramite i comandi del pilota, ma posta come riferimento e l'identificazione è stata condotta scegliendo come ingresso l'uscita del modello pilota e come uscita lo stesso output di assetto utilizzato anche in precedenza.
Dopo aver validato con successo anche l'identificazione del modello fornito dall'azienda, si è passati al test del segnale scelto su un simulatore di volo. Dal momento che al simulatore i comandi pilota devono essere inseriti manualmente da un operatore e non si aveva a disposizione un vero pilota per il lavoro di tesi, per la modalità hands-on la serie di doppiette è stata semplificata e sostituita con un segnale dello stesso tipo ma più corto e costituito solo da gradini di durata di 1 o 2 secondi. Inoltre, poiché il modello del simulatore non coincideva, a parità di condizioni operative, con la corrispettiva matrice di trasferimento fornita dall'azienda nel modello linearizzato, si è scelto di identificare le funzioni di trasferimento del simulatore anche con degli sweep in frequenza. Il risultato di quest'ultima identificazione è stato assunto come modello reale del simulatore ed utilizzato in fase di validazione. Anche in questo caso il riscontro è stato positivo.
In conclusione, dunque, questo lavoro di tesi è riuscito ad individuare alcuni segnali, costituiti da doppiette a frequenze variabili, in grado di garantire una corretta identificazione delle funzioni di trasferimento in ciclo chiuso di un elicottero, sia nella modalità hands-on che in quella hands-off.