Progettazione del controllo del sistema frenante per aerei militari su navi portaerei

The objective of this thesis is the design of a control system for the landing of military aircraft on aircraft carriers, with a specific focus on the physical constraints of the actuators. Starting from the mathematical modeling of the braking system installed on aircraft carriers, the dynamics of a military aircraft are analyzed, highlighting the open-loop instability of the system and the subsequent need for feedback control. A PID controller is then synthesized to guarantee the arrest of the aircraft within the required safety distances. The innovative core of this work lies in the analysis of the braking force saturation, which represents the actual physical limit of the hydraulic pistons. The phenomenon of integral wind-up is studied, and an Anti-Windup compensation logic is implemented. The performed simulations demonstrate how this solution ensures a smooth and precise braking process, mitigating the negative effects of saturation and preventing instabilities caused by reaching the actuator's physical limits.

L’obiettivo di questa tesi è la progettazione di un sistema di controllo per l’appontaggio di velivoli militari su navi portaerei, con particolare attenzione ai vincoli fisici degli attuatori. Partendo dalla modellistica matematica del sistema frenante presente sulle navi portaerei, viene analizzata la dinamica di un velivolo militare, evidenziando l’instabilità del sistema a catena aperta e la necessità di un controllo in retroazione. Si procede quindi alla sintesi di un regolatore PID volto a garantire l'arresto entro le distanze di sicurezza previste. Il nucleo innovativo del lavoro risiede nell'analisi della saturazione della forza frenante, che rappresenta il limite fisico reale dei pistoni idraulici. Viene studiato il fenomeno del wind-up dell’azione integrale e implementata una logica di compensazione Anti-Windup. Le simulazioni effettuate dimostrano come tale soluzione garantisca una frenata fluida e precisa, mitigando gli effetti negativi della saturazione e prevenendo instabilità causate dal raggiungimento dei limiti fisici dell'attuatore.