Feasibility study on novel tilt-wing control allocation strategy

Das Innochque-Projekt mit dem Titel "Feasibility study on novel tilt-wing control allocation strategy" zielt darauf ab, die Flugsteuerungssysteme des UAV Dufour Aero-200 zu verbessern, indem neuartige Methoden zur Steuerungszuweisung evaluiert werden, die den Einsatz von Aktuatoren und die Energieeffizienz während des Übergangsflugs verbessern.

Die ZHAW wird die gefundenen Strategien für das Dufour-Flugsimulationsmodell implementieren, benchmarken und evaluieren. Durch die Verbesserung der Steuerungszuweisungsstrategie des Flugsteuerungssystems (FCS) soll die Sicherheit und Effizienz dieses Flugzeugs erhöht werden. Dank seines einzigartigen Designs kann der Aero-200 sowohl im „Hubschrauber”- als auch im „Flugzeug”-Modus betrieben werden. Er verfügt über einen neigbaren Flügel, fünf Propeller (vier am Flügel und einen am Heck) und vier aerodynamische Steuerflächen (Klappen, Querruder, Höhenruder und Seitenruder), was ihn zu einem hochgradig übersteuerten System mit mehreren redundanten Effektoren macht. Da viele Aktuator-Kombinationen die gleichen vorgegebenen Momente und Kräfte erzeugen können, ist die Auswahl der effektivsten Kombination eine anspruchsvolle und nicht triviale Aufgabe.

Die Steuerungszuweisung spielt eine entscheidende Rolle bei der Umwandlung der gewünschten Kräfte und Momente, die durch die Flugsteuerungsgesetze erzeugt werden, in Aktuatorbefehle für Motoren und Servoaktuatoren. Aktuelle Implementierungen basieren in der Regel auf verallgemeinerten inversen Lösungen, die rechnerisch einfach, aber oft suboptimal sind, insbesondere während der Übergangsphase. Unsere Idee ist es, fortschrittliche Strategien zur Steuerungszuweisung für den Aero-200-Simulator zu entwerfen, zu implementieren und zu evaluieren. Konkret werden wir die bestehende Basislinie mit anderen Lösungen vergleichen, wie z. B.:

• Optimierungsbasierte Methoden: Minimierung von Steuerungsfehlern bei gleichzeitiger Berücksichtigung von Aktuatorsättigung, Geschwindigkeitsbegrenzungen und Energieverbrauch (z. B. lineare Programmierung).
• Dynamische Zuweisungsmethoden: explizite Gestaltung der transienten Dynamik zur Verbesserung der Stabilität während des Übergangs (z. B. Eigenstrukturzuweisung, angewendet auf das Problem der Steuerungszuweisung).
• Das Ergebnis wird eine umfassende Literaturrecherche, die Auswahl der vielversprechendsten Steuerungszuweisungstechniken und einen Vergleich der Leistungsverbesserungen und zukünftigen Entwicklungsrichtungen umfassen.