Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Modelling and Control of a Fixed-wing UAV for Landings on Mobile Landing Platforms
KTH, School of Engineering Sciences (SCI), Mathematics (Dept.), Optimization and Systems Theory.
2015 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Modellering och Reglering av Obemannat Flygplan för Landning på Mobil Plattform (Swedish)
Abstract [en]

Landing on mobile landing platforms could eliminate the need for landing gear. This would particularly benefit high altitude solar UAV, which typically have a very limited payload. Such landings would however require a precise and decoupled control of the UAV’s altitude and speed. In this thesis, a small UAV is modelled, and a flight control system suitable for such landings is developed.

The aerodynamic properties of the UAV were estimated using the vortex lattice method. Propeller performance data was obtained from the manufacturer and used in the propulsion model. The complete UAV model was validated using data from test flights. A comparison of period and damping of the dynamic modes showed a good agreement (<10% error) with the flight data, except for the phugoid damping, which was too low in the model.

The model was used to design two flight control systems, one consisting of three SISO loops for altitude, airspeed and course; and another using a TECS-based controller for airspeed and altitude. Extensive testing in simulation and flight revealed a superior performance of the TECS-based controller, especially in the ability to decouple altitude and airspeed responses.

Abstract [sv]

Landningar på mobila plattformar skulle kunna avlägsna behovet av landställ. Detta skulle vara särskilt gynnsamt för högflygande solkraftsdrivna obemannade flygplan, som oftast har en mycket begränsad lastmöjlighet. En sådan landning skulle kräva en mycket noggrann och frikopplad reglering av planets höjd och hastighet. I detta examensarbete har ett litet obemannat flygplan modellerats och ett reglersystem passande för denna typ av landning har utvecklats.

De aerodynamiska egenskaperna hos det obemannade flygplanet har uppskattats genom VLM (Vortex Lattice Method). Prestandadata för propellrarna givet från tillverkaren har använts i modelleringen av framdrivningssystemet. Modellen för flygplanet har validerats med data från flygtester, och en jämförelse av perioder och dämpning av de dynamiska moderna visar på en bra överensstämmelse med flygdatan (<10% fel), utom för phugoiddämpningen som var för liten i modellen jämfört med flygtesterna.

Modellen har använts för att skapa två reglersystem; ett bestående av tre SISO-kretsar för höjd, hastighet och kurs, och en TECS-baserad regulator för hastighet och höjd. Omfattande simulerings- och flygtester visar att den TECS-baserade regulatorns prestation överträ˙ar den SISO-kretsbaserade, framför allt i förmågan att frikopplade höjd- och hastighetssvar.

Place, publisher, year, edition, pages
2015.
Series
TRITA-MAT-E, 2015:77
National Category
Mathematical Analysis
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-176881OAI: oai:DiVA.org:kth-176881DiVA: diva2:868545
External cooperation
DLR, Germany
Subject / course
Systems Engineering
Educational program
Master of Science - Aerospace Engineering
Supervisors
Examiners
Available from: 2015-11-11 Created: 2015-11-11 Last updated: 2015-11-11Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(3128 kB)