소형 무인 비행체 6 - 정리

 

 이번 장에서는 연속 폐루프를 이용해서 횡방향과 종방향 오토파일럿을 설계하였습니다. 횡방향 오토파일럿은 내부 루프로 롤 자세 유지 루프를 외부 루프로 방위각 유지 루프로 이루어집니다.

 

 종방향 오토파일럿은 고도에 따라 더 복잡하게 구성되는데 피치 자세 유지 루프는 모든 영역에서 사용됩니다. 이륙 영역에서는 비행체는 풀 스로틀 상태가 되며 이륙 피치각을 고정하도록 제어하게 됩니다. 상승 영역에서는 비행체는 풀 스로틀로, 피치, 대기 속도 유지 오토 파일럿 루프로 대기속도를 제어합니다. 하강 영역에서는 상승 영역과 비슷한데 대신 비행체에는 최소 스로틀을 줍니다. 고도 유지 영역에서 고도는 피치를 이용한 고도 오토파일럿 루프로 제어되고, 대기속도는 스로틀을 이용한 대기속도 오토파일럿 루프로 제어됩니다.

 

횡방향 오토파일럿 설계 과정 요약

입력

 - 전달함수 계수 $a_{phi_1}$, $a_{phi_2}$, 명목 대기속도 $V_a$, 에일러론 제한 $\delta_{a}^{max}$

 

튜닝 파라미터

 - 롤 각 제한 $\phi^{max}$, 댐핑 계수 $\zeta_{\phi}$, $\zeta_{\chi}$

 

계산할 고유 주파수

 - 식 (6.8)로 내부 루프의 고유주파수 $\omega_{n_{\phi}}$와 $\omega_{n_{\chi}}$ = $\omega_{n_{\phi}}$ / $W_{\chi}$를 사용해서 외부 루프의 고유 주파수를 계산해야 합니다.

 

계산할 게인

 - 식 (6.7), (6.9), (6.12), (6.13)으로 게인 $k_{p_{\phi}}$, $k_{d_{\phi}}$, $k_{p_{\chi}}$, $k_{i_{\chi}}$을 계산합니다.

 

 

종방향 오토파일럿 설계 과정 요약

입력

 - 전달함수 계수 $a_{\theta_{1}}$, $a_{\theta_{2}}$, $a_{\theta_{3}}$, $a_{V_{1}}$, 명목 대기속도 $V_a$, 엘리베이터 제한 $\delta_{e}^{max}$

 

튜닝 파라미터

 - 피치 각 제한 $e_{\theta}^{max}$, 댐핑 계수 $\zeta_{\theta}$, $\zeta_{h}$, $\zeta_{V}$, $\zeta_{V2}$와 고유 주파수 $\omega_{n_{v}}$, 고도 루프와 피치 이용 대기속도 루프의 분할 주파수  $W_h$, $W_{V_2}$ 

 

계산 고유 주파수들

- 식 (6.21)로 피치 루프 $\omega_{n_{\theta}}$ 고유 주파수 계산. $\omega_{n_{h}}$ = $\omega_{n_{\theta}}$ / $W_h$를 사용하여 고도 루프, $\omega_{n_{V2}}$ = $\omega_{n_{\theta}}$ / $W_{V_2}$를 사용하여 피치 이용 대기속도 루프의 고유 주파수 계산. 

 

계산 게인

- 식 6.22로 게인 $k_{p_{\theta}}$와 $k_{d_{\theta}}$를 계산하고, 식 6.23으로 피치 루프의 DC 게인을 구합니다. 식 6.25와 6.24로 $k_{p_{h}}$, $k_{i_{h}}$를계산하며,식6.28과6.27로 $k_{p v_{2}}$, $k_{i v_{2}}$를 구하고, 식 6.30, 6.29로 $k_{p_v}$, $k_{i_v}$를 구합니다.