Controllo dell'altitudine di una mongolfiera

This thesis addresses the design of an automatic control system for maintaining the altitude of a hot air balloon. Starting from the physical modeling and the linearization of the equations of motion around an equilibrium point, the work first analyzes a proportional controller, which proved insufficient to ensure both stability and adequate performance. To overcome these limitations, a more sophisticated control strategy is proposed and developed, based on a double lead compensator, which significantly improves the system’s responsiveness and achieves the desired specifications. Finally, to eliminate a steady-state error caused by external disturbances such as wind, the controller is refined with the addition of a lag compensator. This component greatly increases the low-frequency gain, reducing the steady-state error without altering the transient performance, thus leading to the implementation of a robust control system with satisfactory performance.

Questa tesi affronta la progettazione di un sistema di controllo automatico per il mantenimento dell'altitudine di una mongolfiera. Partendo dalla modellizzazione fisica e dalla linearizzazione delle equazioni del moto attorno a un punto di equilibrio, il lavoro analizza inizialmente un controllore proporzionale, rivelatosi insufficiente a garantire sia la stabilità che prestazioni adeguate. Per ovviare a queste limitazioni, viene proposta e sviluppata una strategia di controllo più sofisticata basata su una rete anticipatrice doppia, che permette di migliorare significativamente la reattività del sistema e di raggiungere le specifiche desiderate. Infine, per eliminare un errore a regime persistente causato da disturbi esterni come il vento, il controllore viene perfezionato con l'aggiunta di una rete ritardatrice. Questa componente aumenta notevolmente il guadagno a basse frequenze, riducendo l'errore a regime senza alterare le performance transitorie, portando così alla realizzazione di un sistema di controllo robusto e dalle prestazioni soddisfacenti.