Development of a block diagram solver for flight simulation and aircraft systems design

The scope of this thesis is to develop a platform, Easylink, with graphical interface for simulation of dynamic systems represented by blocks diagrams. The platform can be used to model aeronautical systems and subsystems, like actuators, sensors and control laws. In this latter case it is necessary to provide ability to interface Easylink with libraries for simulation of ight dynamics. A key requirement in development is the ability to use the platform interactively during real time simulations, o ering the ability of on-line parameters modi cation. The latter requirement is particulary useful when Easylink is used to model ight control systems. The development of the program starts from the de nition of requirements, both at functional level and performance in running. The former are related both to the characteristics of the interface and of researching methodologies and methods for the solution of networks block. The latter, instead, impose a certain style in programming, essentially for what regards a data structure and memory management. Then a validation phase solving simple test cases with both Easylink both with commercial software has been done. The test cases are related to modeling of sensors, actuators and a few in the last validation gave good results. Finally, Easylink was used in the design of a Stability Augmentation System for a helicopter. The dynamics of the machine has been modeled through a linearized model, supplemented by an external program, FlightSim, with ability to manage external libraries for the implementation of the flight control system. Easylink has shown it can be used successfully in the design of a ight control system.

L'obiettivo del presente lavoro di tesi è sviluppare una piattaforma, Easylink, dotata di interfaccia gra ca per la simulazione di sistemi dinamici rappresentati mediante diagrammi a blocchi. La piattaforma può essere utilizzata per modellare sistemi e sottosistemi di utilizzo aeronautico, attuatori, sensori e leggi di controllo. In quest'ultimo caso è necessario prevedere la possibilità di interfacciare Easylink con librerie per la simulazione della dinamica del volo. Un requisito fondamentale nello sviluppo è la capacità di poter impiegare la piattaforma di simulazione in maniera interattiva durante esecuzioni in real time, o rendo la possibilità di fare una modi ca on-line dei parametri degli schemi a blocchi. Quest'ultimo requisito si rivela di particolare utilità quando Easylink è utilizzato per modellare ight control systems. Lo sviluppo del programma parte dalla de nizione di requisiti, sia a livello funzionale che a livello di prestazioni in esecuzione. I primi sono legati sia alle caratteristiche dell'interfaccia sia a livello di ricerca di metodologie e metodi per la soluzione di reti a blocchi. I secondi, invece, impongono un certo stile nella programmazione, essenzialmente a livello di struttura dati e gestione della memoria. Successivamente si è proceduto ad una fase di validazione del software sviluppato, risolvendo semplici test cases sia con Easylink sia con software commerciale. I test cases sono inerenti alla modellazione di sensori, di attuatori e in ultimo a qualche La validazione ha fornito esiti positivi. In ultimo, Easylink è stato impiegato nel progetto di un Stability Augmentation System per un elicottero. La dinamica della machina è stata modellata attraverso un modello linearizzato, integrato da una programma esterno, FlightSim, con capacità di gestione di librerie esterne per l'implementazione del ight control system. Easylink ha dimostrato di poter essere utilizzato con successo nel progetto di un sistema di controllo.