Active disk braking control systems analysis and design for aircraft

The objective of the Active Braking System (ABS) is to control the wheel slip to maximize the friction coefficient between the wheel and the runway, irrespective of the runway surface and condition. The introduction of new braking system for aircraft such as the hydro- or even electro-mechanical brakes used in brake-by-wire (BBW) system, which has a more continuous braking operation with a high level of accuracy, necessitates the continual review and improvement of the active braking system. From the control view point, therefore, more refinement of the ABS operation could be achieved with these improved hardware components. This thesis proposes different controllers for different aircraft with and without flexibility in landing gears struts; A multi-phase scheme controller for rigid and a sliding mode controller for flexible landing gears. Furthermore, the thesis investigated the viability of a sliding mode system for wheel slip controller system of flexible landing gear aircraft. The multi-phase scheme controller combines the angular acceleration thresholds and a estimated slip rate to make the most common single landing gear with rigid strut to regulate the desired slip rate. The performance of the proposed ABS strategies are assessed in software simulation; single landing gears and a multi-body model of the full aircraft. The results for both controllers revealed good slip tracking. The much complicated full aircraft model with 6 degrees of freedom in MBDyn software gives the possibility to test the same controllers tuned in Simulink and investigate the response of variables with consideration of different nonlinear components, e.g. nonlinear and dynamic friction models, nonlinear shock absorbers.

L'obiettivo del Active Braking System (ABS) è quello di controllare lo slittamento delle ruote per massimizzare il coefficiente di attrito con la terreno, indipendentemente dalla superficie e condizioni della pista. L'introduzione di un sistema di frenatura innovativa per aeromobili, come i freni idraulici o elettromeccanici utilizzati nel sistema di frenatura brake-by-wire (BBW) o logiche di controllo avanzato, produce una frenatura più continua e ad alta precisione, ma richiede una continua revisione e miglioramento delle'integrazione dei moduli nei sistemi sviluppo di ABS. Dal punto di vista del controllo, un maggiore affinamento delle operazioni dell'ABS si può raggiungere con questi componenti migliorati. Il presente lavoro propone una serie di controllori per diversi aeromobili valutando l'effetto della fellisibilita strutturale: un controllore a schema multifase per la parte rigida, e un controllo sliding mode per carrelli d'atterraggio flessibili. Il controllore a schema multifase combina le soglie di accelerazione angolare alla velocità di scorrimento stimata per regolare la velocità di scorrimento desiderata di un carrello di atterraggio singolo con puntone rigido. Le prestazioni delle strategie ABS proposte sono valutate tramite simulazione numerica di carrelli di atterraggio singoli e per un modello multi-corpo del velivolo completo. I risultati per entrambi i controllori hanno rivelato un buon tracciamento dello slittamento. Il modello del velivolo completo a 6 gradi è implementato in un codice multicorpo (MBDyn) di tipo generale che offre la possibilità di verificare il funzionamento degli gli stessi controller con una interfaccia Simulink e di studiare la risposta delle variabili con le componenti non lineari, ad esempio modelli di attrito non lineari e dinamici ed ammortizzatori non lineari.