Modellizzazione e Controllo di un Mezzo Aereo VTOL

The aim of this work is to analyze a VTOL tiltrotor aicraft, that is an aircraft capable of Vertical TakeOff and Landing and of switching between a cruise setup and a landing setup through the reposition of rotors found on its wings. After a brief history of their development and the importance they carry for the military and civil sectors, a modelization of the VTOL system will be carried out. Starting from the dynamics of the aircraft, the model will describe three possible motions: roll, sway and surge. Equilibrium point will be identified and the system will be linearized about them. Then controllers will be designed both to guarantee stability and to improve the system responses in terms of rapidity and precision. The designed controllers will be tested on a Simulink model representing the non-linear system and data will be collected from it and later processed and discussed.

L'obiettivo di questo lavoro è di analizzare le dinamiche di un velivolo di tipo VTOL (Vertical TakeOff and Landing) tiltrotor, cioè un mezzo aereo in grado di effettuare decolli e atterraggi verticalmente e di transizionare da una fase di volo a una di atterraggio attraverso la rotazione di rotori posti alle estremità delle ali. Dopo aver presentato una breve storia dello sviluppo di questi mezzi e dell'importanza che rivestono nel settore civile e militare, si procederà con la modellizzazione del sistema che rappresenta il VTOL. A partire dalle equazioni del moto verrà derivato un modello mirato a descrivere il comportamento del velivolo rispetto ai moti di roll, sway e surge, e successivamente verranno determinati i punti di equilibrio e il sistema sarà linearizzato intorno ad essi. A partire dal sistema linearizzato verranno progettati dei controllori per garantire la stabilità del sistema e il rispetto di determinate specifiche riguardanti la rapidità di reazione e la precisione nell'inseguimento di riferimenti di posizione. Il lavoro di progettazione sarà validato attraverso simulazioni condotte su Simulink, realizzando un modello non lineare del sistema in cui saranno inseriti i controllori. I dati della simulazione verranno raccolti ed elaborati per analizzare le risposte del sistema.