International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.2
no.1
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pp.93-102
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2001
Flight control design for the autonomous waypoint navigation of aircraft is presented in this study. The waypoints are defined in terms of desired longitude and latitude. The control design is conducted in longitudinal and lateral directions, respectively. The lateral control is based upon coordinated turn strategy for which no sideslip is allowed under the turning maneuver. The longitudinal control is mainly focused on altitude hold during navigation. Neural network control approach is applied to the altitude-hold mode control. Simulation of the proposed control strategy has been performed under various conditions. A graphical simulation tool was developed to visually demonstrate the control technique developed in this study. A method to simulate the gas turbine transient behavior is developed. The basic principles of the method.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.20
no.11
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pp.1103-1111
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2014
The results of control law design for a tilt-rotor unmanned aerial vehicle that has a nacelle mounted wing extension (WE) are presented in this paper. It consists of a control surface mixer, stability and control augmentation system (SCAS), hold mode for altitude / speed / heading, and a guidance mode for preprogram and point navigation which includes automatic take-off and landing. The conversion corridor and the control moments derivatives between the original tilt-rotor and its variant of the nacelle mounted WE were compared to show the effectiveness of the WE. The nacelle conversion of the original tilt-rotor starts when the airspeed is greater than 30 km/h but its WE variant starts at 0 km/h in order to reduce the drag caused by the high incidence angle of the WE. The stability margins of the inner loop are presented with the optimization approach. The outer loops for the hold mode are designed with trial and error methods with linear and nonlinear simulation. The main control parameter for altitude control of the helicopter mode is thrust command and it is transferred to the pitch attitude command in airplane mode. Otherwise, the control parameter for the speed of the helicopter mode is the pitch attitude command and it is transferred to the thrust command in airplane mode. Therefore the speed and altitude hold mode are coupled to each other and are engaged at the same time when an internal pilot engages any of the altitude or speed hold modes. The nonlinear simulation results of the guidance control for the preprogrammed mode and point navigation are also presented including automatic take-off and landing in order to prove the full control law.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.49
no.5
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pp.383-388
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2021
Air-breathing engines used in aircraft have a performance limit as the altitude increases, and this determines the service and absolute ceiling altitude. The method of maintaining altitude and speed in a fixed-wing aircraft in level flight using classical control method is generally using thrust for speed increase/deceleration and pitch attitude for altitude increase/decrease. If this method is used near the service ceiling altitude, increasing the pitch to reduce the altitude error results in a speed reduction. Therefore, it is necessary to use a control method that maintains the speed first using the pitch attitude. Especially in the case of unmanned aerial vehicles, these two methods should be automatically available at the right time. In this paper, we propose a method of switching the speed and altitude maintenance algorithm near service ceiling altitude.
This paper elaborates on the directional axis guidance and control algorithm used in mission flight for high altitude long endurance UAV. First, the directional axis control algorithm is designed to modify the control variable such that a strong headwind prevents the UAV from moving forward. Similarly, the guidance algorithm is designed to operate the respective algorithms for Fly-over, Fly-by, and Hold for way-point flight. The design outcomes of each guidance and control algorithm were confirmed through nonlinear simulation of high altitude long endurance UAV. Finally, the penultimate purpose of this study was to perform an actual mission flight based on the design results. Consequently, flight tests were used to establish the flight controllability of the designed guidance and control algorithm.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.17
no.1
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pp.120-131
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2016
The full results of troubleshooting process related to the flight control system of a tilt-rotor type UAV in the flight tests are described. Flight tests were conducted in helicopter, conversion, and airplane modes. The vehicle was flown using automatic functions, which include speed-hold, altitude-hold, heading-hold, guidance modes, as well as automatic take-off and landing. Many unexpected problems occurred during the envelope expansion tests which were mostly under those automatic functions. The anomalies in helicopter mode include vortex ring state (VRS), long delay in the automatic take-off, and the initial overshoot in the automatic landing. In contrast, the anomalies in conversion mode are untrimmed AOS oscillation and the calibration errors of the air data sensors. The problems of low damping in rotor speed and roll rate responses are found in airplane mode. Once all of the known problems had been solved, the vehicle in airplane mode gradually reached the maximum design speed of 440km/h at the operation altitude of 3km. This paper also presents a comprehensive detailing of the control systems of the tilt-rotor unmanned air vehicle (UAV).
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.36
no.10
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pp.1017-1025
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2008
The air data system(ADS) was developed for unmanned aerial vehicle(UAV) in this paper. Generally, the ADS helps flight control computer(FCC) to control the UAV above the stall speed and to hold the given altitude. The accurate measurement of airspeed and altitude of UAV is important because it indicates a flight performance and assures a safe flight. The ADS consists of MEMS pressure sensors, a lowpass filter, a micro controller unit and a pitot-tube. The ADS errors were reduced by pressure and temperature compensation of MEMS sensors. Finally, the altitude and airspeed data of the ADS was compared with GPS data in the flight test.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.36
no.11
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pp.1104-1111
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2008
The supersonic advanced trainer based on digital flight-by-wire flight control system uses aircraft flight information such as altitude, calibrated airspeed and angle of attack to calculate flight control law, and this information is measured by IMFP(Integrated Multi-Function Probe) equipment. The information has triplex structure using three IMFP sensors. Final value of informations is selected by mid-value selection logic to have more flight data reliability. As the result of supersonic flight test, pitch oscillation is occurred due to IMFP noise when altitude hold autopilot mode is engaged. This tendency may affect stability and handling quality of an aircraft during autopilot mode. This paper addresses autopilot control law design to remove pitch oscillation and these control laws are verified by non-real time simulation and flight test. Also, pitch response characteristics of pitch attitude hold autopilot mode is improved by upgrading the control law structure and feedback gain tuning during bank turn.
The Journal of Korean Institute of Information Technology
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v.16
no.12
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pp.49-56
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2018
As the era of the 4th industrial revolution comes, there is a growing interest in the use of UAVs. While various technologies are being developed using drones, controlling flight of drones is the most basic. Hovering control is essential in order to enable autonomous flight, especially during flight control of drones. In this paper, we design drones based on ATmega2560, Sonar, Optical Flow, and acceleration / gyro 6 axis sensor for drones hovering control, and developed horizontal control, altitude control, position tracking and fixed algorithm based on PID control. In this research, in order to measure the objective result of the drone, keeping the altitude immediately after the drone takes off according to the time, measure the movement value until the position is fixed and stable hovering is maintained and compared analyzed. Experimental results show that the drones can stably hover within 4cm horizontal and 2cm vertical from 50cm above the reference coordinates.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.13
no.3
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pp.361-368
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2012
This paper presents an approach on the design of a nonlinear controller to track a reference velocity for an air-breathing supersonic vehicle. The nonlinear control scheme involves an adaptation of propulsive and aerodynamic characteristics in the equations of motion. In this paper, the coefficients of given thrust and drag functions are estimated and they are used to approximate the equations of motion under varying flight conditions. The form of the function of propulsive thrust is extracted from a thrust database which is given by preliminary engine input/output performance analysis. The aerodynamic drag is approximated as a function of angle of attack and fin deflection. The nonlinear controller, designed by using the approximated nonlinear control model equations, provides engine fuel supply command to follow the desired velocity varying with time. On the other hand, the stabilization of altitude, separated from the velocity control scheme, is done by a classical altitude hold autopilot design. Finally, several simulations are performed in order to demonstrate the relevance of the controller design regarding the vehicle.
Flight tests on flight control performance of helicopter, conversion and airplane mode for the Smart UAV were completed. Automatic take-off and landing, automatic return home as well as automatic approach to hover were performed in helicopter mode. Climb/descent, left/right turn using speed and altitude hold mode were performed in each $10^{\circ}$ tilt angle in conversion mode. The rotor speed in airplane mode was reduced to 82% from 98% RPM in order to increase rotor efficiency with reducing Mach number at tip of rotors. It reached to the designed maximum speed, $V_{TAS}$=440 km/h at 3 km altitude. This paper presents the flight test result on full envelopment of Smart UAV. Detailed test plan and test data on control performance were also presented to prove that all data meets the flying qualities requirement.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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