Controllo d'assetto dell'elicottero : l'effetto della dinamica dei servoattuatori

Hydraulic actuators play an important role on modern aircraft. The high power density - mass ratio and the importance that mass minimization covers in aeronautics allow us to achieve excellent performance in terms of trade off between power and weight on board. This technology is also characterized by a high level of reliability, another aeronautical systems peculiarity, also due to its long experience use in aeronautical industry. Recently fly-by-wire systems are emerging, leading to electrical and electrohydraulic actuators design. About these latest technologies implications from the control point of view there are many issues in literature while it cannot be affirmed as regards widespread hydraulic-mechanical actuators. Therefore, the need to build an analysis taking into account the influences of these types of systems, on the control loop performance in which they are inserted, raises. In particular in this work the analyzed theme concerns the attitude control of a helicopter, focusing on the lateral cyclic flight control linked to the rightward and leftward stick inputs. These are transformed into an inclination command of the oscillating plates, allowing a different cyclic variation of rotor blades pitch. The servoactuator addition to the command chain is crucial due to the control surfaces loads values and thanks to the inherent system mechanical stability on controlled position. In this thesis work the primary goals consist in the simplification of a hydraulic actuator sophisticated model to obtain a control-oriented one, the study of nonlinear effects that characterize the actuator behavior, with both large and small input signals, and finally the resulting model (obtained through identification) influence evaluation on helicopter AW139 attitude control loop performance and stability. These goals were satisfactorily achieved.

Gli attuatori idraulici rivestono un ruolo fondamentale sui velivoli moderni. Vista l'elevata densità energetica e l'importanza che ricopre la minimizzazione delle masse in ambito aeronautico, questi consentono di ottenere ottime prestazioni in termini di compromesso tra potenza e peso installati. Questa diffusissima tecnologia è caratterizzata da un ottimo livello di affidabilità, altra peculiarità dei sistemi aeronautici, legata anche alla lunga esperienza nel suo utilizzo nel settore aeronautico. Recentemente si stanno affermando sistemi di tipo fly-by-wire portando alla progettazione di attuatori elettrici ed elettroidraulici. In letteratura è presente molto materiale sulle implicazioni di queste ultime tecnologie dal punto di vista del controllo mentre questo non si può affermare per quanto riguarda gli attuatori idraulico-meccanici. Nasce quindi l'esigenza di costruire un'analisi che tenga conto delle influenze di questi tipi di sistemi sulle prestazioni dell'anello di controllo in cui sono inseriti. In particolare il tema qui analizzato è quello del controllo d'assetto di un elicottero, concentrandosi sul comando di volo ciclico laterale, legato agli input di barra limitati verso destra e sinistra. Questi si trasformano in un comando di inclinazione dei piatti oscillanti, permettendo una variazione ciclica del passo delle pale del rotore. L'inserimento del servocomando nella catena di comando è fondamentale vista l'entità dei carichi presenti sulle superfici di controllo e grazie alla stabilità meccanica sul controllo di posizione insita nel sistema. In questo lavoro di tesi gli obbiettivi primari riguardano la semplificazione di un modello sofisticato di servocomando idraulico per ottenerne uno orientato al controllo, lo studio degli effetti nonlineari che caratterizzano il comportamento dell'attuatore, considerando grandi e piccoli segnali di ingresso, ed infine la valutazione dell'influenza del modello ottenuto (tramite identificazione) sulle prestazioni e la stabilità dell'anello di controllo d'assetto dell'elicottero AW139. Questi obbiettivi sono stati raggiunti in modo soddisfacente.