Robustes Flugregelungskonzept für ein hybrides unbemanntes Fluggerät

• Robust flight control concept for a hybrid unmanned aerial vehicle

Haimerl, Michael; Moormann, Dieter (Thesis advisor); Heller, Matthias (Thesis advisor)

Aachen (2019, 2020)
Doktorarbeit

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2019

Kurzfassung

In dieser Arbeit wird die Flugmechanik und ein neuartiges Konzept zur robusten Flugregelung für das von Airbus Defence and Space entwickelte hybride Fluggerät Quadcruiser vorgestellt. Dieses Fluggerät besteht aus einer Kombination eines Multikopters mit einem Flächenflugzeug, wodurch sich der Ausdruck „hybrid“ in der Namensgebung erklärt. Es ist in der Lage in verschiedenen Flugphasen wie Schwebeflug, Transition und Flächenflug zu operieren. Die Flugmechanik der Flugphasen Schwebeflug und Transition wird in dieser Arbeit anhand eines mit Flugtestdaten validierten Modells umfassend analysiert. Der Kernbestandteil dieser Analyse ist die Beschreibung der ungeregelten Flugdynamik mittels Eigenwert-/Eigenvektoranalyse, die als Grundlage für die Entwicklung eines robusten Regelungskonzeptes dient. Das vorgestellte Regelungskonzeptbeschäftigt sich mit der Regelung in den Flugphasen Schwebeflug und Transition. Dabei wird die Möglichkeit geschaffen, das Fluggerät in jeder Flugphase stationär zu betreiben. Besonderer Fokus des Regelungskonzeptes liegt auf der Robustheit, welche gegenüber Modellunsicherheiten, unbekannten Zustandsgrößen, wie z.B. Wind und dem Ausfall eines Motors, erreicht wird. Den Schlüssel für die Robustheit liefert dabei die Kombination des differentiellen PI Algorithmus mit einer kaskadierten direkten Allokation und einer Priorisierung der Steuerachsen.