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Tesi etd-11072016-153024


Thesis type
Tesi di laurea magistrale
Author
BIAGIONI, MARCO
email address
marco.biagioni@live.it , marco.biagioni911@gmail.com
URN
etd-11072016-153024
Title
Sintesi di leggi di controllo per Mini UAV a configurazione Tail-sitter
Struttura
INGEGNERIA CIVILE E INDUSTRIALE
Corso di studi
INGEGNERIA AEROSPAZIALE
Commissione
relatore Ing. Schettini, Francesco
relatore Prof. Galatolo, Roberto
relatore Prof. Di Rito, Gianpietro
relatore Prof. Denti, Eugenio
Parole chiave
  • autopilota
  • Mini
  • hovering
  • controlli
  • sintesi
  • drone
  • UAV
  • Tailsitter
  • leggi di controllo
  • dinamica del volo
  • manovra di transizione
Data inizio appello
29/11/2016;
Consultabilità
completa
Riassunto analitico
In questo lavoro di tesi sono riportati i risultati di un approfondito studio della<br>dinamica del volo di un Mini UAV a configurazione Tail-Sitter. Il progetto di<br>realizzazione di questo velivolo nasce dall&#39;esigenza di conciliare la possibilità<br>di decollare e atterrare verticalmente, tipica dei multirotore, con l’efficienza<br>aerodinamica propria dei velivoli ad ala fissa. Il tutto nell&#39;ottica di mantenere<br>una semplicità costruttiva che consenta il rispetto delle normative vigenti in<br>termini di affidabilità e sicurezza. Il risultato è lo sviluppo di una configurazione<br>innovativa, che unisce alla possibilità di decollare ed atterrare sulla propria coda<br>e ad una elevata autonomia ed efficienza aerodinamica, la completa assenza di<br>sistemi propulsivi, o portanti, orientabili.<br>A seguito di un’analisi aerodinamica CFD ed uno studio di missione, questo<br>lavoro si pone l’obiettivo di realizzare un’analisi accurata delle caratteristiche<br>dinamiche del velivolo. In particolare lo studio delle due condizioni operative<br>principali, il volo orizzontale e l’Hovering, e della manovra di decollo.<br>Il lavoro inizia con una valutazione delle caratteristiche aeromeccaniche longitudinali<br>del velivolo, che parallelamente ad uno studio strutturale, ha permesso<br>di valutare la più efficiente posizione del baricentro, una più corretta stima del<br>peso del velivolo, fino ad ora solo stimato, e ovviamente le sue caratteristiche<br>inerziali.<br>La seconda parte del lavoro ha riguardato la definizione dei sistemi linearizzati<br>in condizione di Hovering, volo orizzontale e volo verticale, al fine di valutare<br>la stabilità del velivolo e caratterizzarne la dinamica in termini di funzioni di<br>trasferimento.<br>La terza ed ultima parte ha invece riguardato lo studio della manovra di<br>transizione, cioè la fase di passaggio fra la condizione di Hovering e quella di<br>volo orizzontale. La manovra è stata studiata dapprima dal punto di vista<br>della meccanica del volo, valutando i principali limiti del velivolo e stimando<br>un range di parametri di manovra ammissibili per le sue capacità propulsive ed<br>aerodinamiche. Dopodichè, grazie ai modelli linearizzati definiti nella seconda<br>parte, è stata valutata l’impossibilità di effettuare la manovra manualmente, ed<br>è quindi stato ricercato un sistema che consentisse al velivolo di effettuare la<br>manovra in modo totalmente automatico.<br>La necessità di gestire con lo stesso sistema di controllo diverse condizioni<br>di volo molto differenti fra loro, ha portato alla realizzazione di due differenti<br>sistemi Autopilota MIMO, adibiti a stabilizzare il velivolo rispettivamente nelle<br>fasi a bassa e ad elevata velocità. I due sistemi agendo in parallelo, intervengono<br>rispettivamente sui controlli differenziali del motore e sui comandi aerodinamici.<br>Affinchè i due sistemi di controllo agissero correttamente assieme è stato realizzato<br>anche un sistema di gestione, una sorta di sistema di controllo aggiuntivo,<br>posto in serie ai due autopiloti, che agisce inviando i riferimenti da inseguire, e<br>selezionando, fra i due, il più indicato a controllare il velivolo in base ai parametri<br>di volo retrazionati.<br>In conclusione è stato realizzato un simulatore di volo non lineare per verificare<br>il corretto funzionamento delle leggi di controllo. Il simulatore, sfruttando<br>le equazioni non lineari di forze e momenti consente di simulare completamente<br>le manovre di transizione, così da verificare nella sua interezza il corretto<br>funzionamento del sistema di controllo.
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