Robust multivariable attitude control for a tilt rotor aircraft

The flight control system assumes a fundamental role in the context of handling qualities achievement on a tilt-rotor aircraft. Among them, there are minimal requirements on hovering operation maneuvers, rejection of external disturbances and inter-axis decoupling, besides alleviating the pilot workload and allowing him to concentrate on the mission tasks. Currently the control law choice is performed through SISO techniques, which consists in by closing one attitude feedback loop at a time. Moreover, at present, the flight control system, exploiting only fuselage motion measurements, shows restrictions on achievable performances and safety. Those issues can be overcome by introducing a multivariable robust synthesis technique which takes benefit of rotor state measurements in the feedback control law (rotor state feedback, RSF). This thesis is devoted to the development of a control design methodology oriented to the structured synthesis of a multivariable robust compensator; this solution allows to fulfill both performance and handling requirements. The novel methodology is then applied to the synthesis of a compensator based on a high order tilt-rotor model and, by comparing the RSF control law with a traditional one, promising results from RSF are shown.

Il sistema di controllo del volo del convertiplano assume un ruolo fondamentale all'interno del velivolo in quanto è garante del raggiungimento dei requisiti di volo. Tra questi si annoverano le prestazioni minime per compiere manovre in condizioni di volo a punto fisso, la reiezione di disturbi esterni, il disaccoppiamento tra gli assi, oltre ad alleviare il carico di lavoro del pilota. Attualmente la determinazione delle leggi di controllo avviene mediante tecniche di sintesi che si basano su sistemi monovariabile, ovvero considerando la chiusura dell'anello di un singolo asse alla volta. Inoltre, il sistema di controllo attuale, sfruttando unicamente le misure delle variabili legate al moto di fusoliera, presenta limiti in termini di prestazioni e di sicurezza raggiungibili. Queste criticità possono essere superate introducendo un approccio di sintesi multivariabile in cui vengono sfruttate anche le misure dello stato dei rotori nella legge di retroazione (rotor state feedback, RSF). In questa tesi viene sviluppata una metodologia di progetto del regolatore orientata alla sintesi multivariabile, robusta e strutturata del controllore; in questo modo è possibile ottenere un regolatore dalla struttura fissata a priori che garantisca l'adempimento dei requisiti. Questo procedimento viene applicato alla sintesi di un regolatore basato su un modello del velivolo di ordine elevato e, comparando una legge di controllo che fa uso di RSF con una legge di controllo tradizionale, vengono mostrate le innovative proprietà derivanti dall'introduzione del RSF.