Protezione dell'inviluppo di volo dell'elicottero mediante controllo ottimo predittivo

In this thesis work an envelope protection system based on optimal control technique, known in literature as receding horizon control with linear reduced model (linear-parameter-varying model) is proposed, to protect parameters such as rotor hub moment. In this way the protection system bases the action of limiting pilot command by predicting the parameter in a prediction window and calculating the critical control that allow to approach the envelope limit by minimizing a cost function. The RHC with LPV model technique offers the advantage to guarantee a temporal determinism (predefined number of operations to compute) for calculating the critical control in order to make the system suitable for real-time applications. Linear models are calculated off-line from several trim conditions evalueted at several flight speeds, vertical rates and turn rates, saved in a database and opportunely extracted (by linear interpolation) during the simulation. The system is tested on a numerical model of helicopter in order to show its effectiveness also with a pilot model in the inner loop (compared to envelope protection system).

In questo lavoro di tesi viene proposta l'implementazione di un sistema di protezione dell'inviluppo dell'elicottero su un certo parametro che si basa su una tecnica di controllo ottimo nota in letteratura con il nome di receding horizon control con modello ridotto lineare (modello linear-parameter-varying). In questo modo il sistema di protezione basa la propria azione di controllo predicendo il comportamento del parametro che si vuole monitorare in una finestra temporale e calcolando la storia di controlli critici che permettono il raggiungimento del limite dell'inviluppo come controlli ottimali, minimizzando un'opportuna cifra di merito. Questi controlli critici vengono poi utilizzati per costituire una banda di protezione per i comandi del pilota. La tecnica RHC con modello ridotto LPV offre il vantaggio di garantire un certo determinismo temporale (numero determinato di operazioni da compiere) per il calcolo dei controlli critici in modo da rendere il sistema utilizzabile in ambiente real-time. I modelli linearizzati vengono generati off-line a partire dalle diverse condizioni di trim calcolate a diverse velocità di volo, ratei di discesa e ratei di virata, salvati in un database ed opportunamente estratti (mediante interpolazione lineare) durante la simulazione. Il sistema è stato provato su un modello numerico di elicottero per dimostrarne l'efficacia anche in presenza di un modello numerico di pilotaggio.