Gain-scheduled L1 adaptive augmentation approach with systematic tuning

In recent years, adaptive control design methods have gained significant attention in the aerospace industry, driven by advancements in control methodologies and the development of robust modifications that ensure the stability and reliability of adaptive systems. These innovations have reignited interest in adaptive control, demonstrating its potential to manage complex and uncertain system dynamics. One promising approach to implementing adaptive control in flight control systems is through augmentation design, where an adaptive controller is integrated on top of an existing baseline controller and activated only when the nominal conditions, under which the baseline controller was designed, are no longer valid. L1 adaptive control, a relatively recent approach, has garnered interest in aircraft flight control design. It is chosen in this work for control augmentation due to its ability to enable rapid adaptation while decoupling the estimation process from the control loops, thus maintaining robustness. The aim of this thesis is to combine the augmentation of a piecewise constant L1 adaptive controller with gain surface tuning synthesis, developing a systematic procedure to tune the overall control gains. This approach ensures high performance in the presence of a nonlinear plant with significant uncertainties, while simplifying the design process, making it more efficient and faster.

Negli ultimi anni, i metodi di progettazione del controllo adattivo hanno attirato una significativa attenzione da parte dell’industria aerospaziale, grazie ai progressi nelle metodologie di controllo e allo sviluppo di modifiche robuste che garantiscono stabilità e affidabilità dei sistemi adattivi. Queste innovazioni hanno riacceso l’interesse per il controllo adattivo, dimostrandone il potenziale nella gestione di dinamiche di sistemi complesse e incerte. Un approccio promettente per l’implementazione del controllo adattivo nei sistemi di controllo di volo è rappresentato dalla progettazione in “augmentation”, in cui un controllore adattivo viene integrato a un controllore di base esistente e attivato solo quando le condizioni nominali, per le quali il controllore di base è stato progettato, non sono più valide. In questo lavoro il controllo adattivo L1 è scelto per la sua capacità di consentire un rapido adattamento, separando il processo di stima dal controllo e mantenendo così la robustezza. L’obiettivo di questa tesi è combinare un controllore adattivo L1 a valori costanti a tratti con un controllore di base schedulato tramite la definizione di superfici di guadagno, sviluppando una procedura sistematica per la scelta dei guadagni del controllore complessivo. Questo approccio garantisce elevate prestazioni in presenza di un sistema non lineare con incertezze significative, semplificando al contempo il processo di progettazione, rendendolo più efficiente e veloce.