Publicação: Implementação de controle preditivo para supressão ativa de flutter em um aerofólio na presença de restrições
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Este trabalho apresenta uma metodologia de AFS para a supressão de flutter, visto que a
natureza instável do fenômeno pode causar falhas estruturais catastróficas. Em particular,
adota-se o controle preditivo com dois modos para realização de tal tarefa na presença
de restrições de excursão e de incremento de controle. O sistema é modelado com base
em uma seção típica de aerofólio com superfície de controle flap no bordo de fuga. As
forças aeroelásticas são modeladas e os carregamentos aerodinâmicos não estacionários
são aproximados por meio de um somatório de funções racionais. Além disso, é obtido
um modelo linear em espaço de estados com a introdução dos termos de atraso nas
equações do movimento. Simulações do sistema sem a presença do AFS (i.e. em malha
aberta) e na velocidade de flutter mostram que a resposta a uma condição inicial não
nula é uma oscilação sustentada devido à existência de polos marginalmente estáveis. Nas
simulações em malha fechada, a realimentação de estados convencional é capaz de suprimir
o flutter. Contudo, na presença de restrições o LQR mostra-se insuficiente, uma vez que
não é possível estabilizar o sistema na presença de saturação de entrada. Entretanto, os
resultados mostram que a implementação do dual mode MPC é bem-sucedida, tendo em
vista que é possível eliminar o flutter com o devido respeito às restrições de incremento
e magnitude de controle. Mais ainda, o efeito aeroelástico do sistema é ampliado, sendo
o controlador capaz de atuar em velocidades acima da velocidade de flutter. Ademais,
verifica-se que, com o uso do AFS baseado em controle preditivo, é possível aumentar em
23 % a velocidade de oscilação em relação à velocidade de flutter em malha aberta.
Abstract
This work presents an AFS methodology for flutter suppression, given the fact that this
phenomenon’s unstable nature can lead to catastrophic structural failure. Particularly,
it is adopted a model-based predictive control method with two modes in the presence
of control and control increment constraints. The system is modeled based on a typical
section airfoil with a flap control surface in the trailing edge. The aeroelastic forces are
modeled and the unsteady aerodynamic loads are approximated via rational functions
sum. Furthermore, with the addition of delay terms in the equations of motion, a state space linear model is obtained. Simulations of the system without AFS (i.e. in open loop)
and at flutter speed show that the output with a non-zero initial condition is a sustained
oscillation, given the existence of marginally stable poles. In closed loop simulations, the
conventional states feedback is capable of suppressing flutter. Nonetheless, in the presence
of constraints, the LQR is insufficient, considering it is not possible to stabilize the system
with input saturation. Even so, the results showed that the dual mode MPC was successful,
since it is possible to eliminate flutter with control and control increment constraints. On
top of that, the system’s aeroelastic effect is amplified, with the controller being capable
of actuating in above flutter speeds. It is verified that, with the predictive control based
AFS usage, the oscillation speed can be raised by up to 23 % in relation to the flutter
speed in open loop.
Palavras-chave
Flutter, Flutter, Controle, Control, Preditivo, Predictive, Restrições, Constrains, Aeroelasticidade, Aeroelasticity
Citação
SILVEIRA, Aline Isabel Latuf da. Implementação de controle preditivo para supressão ativa de flutter em um aerofólio na presença de restrições. 2024. 44 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Aeronáutica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2024.
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