Uncertainties in the aerodynamic coefficients or time delay effects in implementing an autopilot algorithm can make a Flight Control System(FCS) unstable. When a FCS enters unstable state, the actuator or sensor limiters in FCS make the unstable system not diverge but be in the state of stable limit cycle. If an autopilot recognize the FCS to be in the stable limit cycle phenomenon, it woudl be better to adjust autopilot gains to stabilize the FCS. A novel method to stabilize a FCS using parameter estimation and maintenance of given phase margin is proposed. The method is applied to roll control loop and verified its performance.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.30
no.6
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pp.760-769
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2006
This paper proposes an autopilot system using a fuzzy PID controller to satisfy performances required for the automatic navigation of ships under various marine circumstances. The existing autopilot system using a PD type controller has difficulties in eliminating a steady-state error and compensating nonlinear characteristics of ships. The autopilot system using the proposed fuzzy PID controller has a self-tuning ability, an ability to compensate nonlinear characteristics, and an ability to turn at constant angular velocity. Therefore. it can naturally make a steady-state error zero, compensate nonlinear dynamic effect of ships, have an adaptability to parameter variation owing to shallow water effect, and have an ability to turn ship's course rapidly without overshoot through procedures of acceleration, constant, and deceleration of angular velocity for large course-changing.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.12
no.3
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pp.266-273
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2011
This paper deals with missile autopilot design for agile turn phase in air-to-air engagement scenarios. To attain a fast response, angle-of-attack (AOA) is adopted for an autopilot command structure. Since a high operational AOA is generally required during the agile turn phase, dealing with the aerodynamic uncertainties can be a challenge for autopilot design. As a remedy, a new controller design method based on robust nonlinear control methodology such as time delay control is proposed in this paper. Nonlinear observer is also proposed to estimate the AOA in the presence of the model uncertainties. The performance of the proposed controller with variation of the aerodynamic coefficients is investigated through numerical simulations.
Transactions on Control, Automation and Systems Engineering
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v.4
no.3
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pp.231-238
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2002
In this paper, we present a new approach to autopilot design for skid-to-turn missiles which may have severe aerodynamic cross-couplings and nonlinearities with angle of attack. The model of missile motion is derived in the maneuver plane and, based on that model, pitch, yaw, and roll autopilot are designed. They are composed of a nonlinear term which compensates for the aerodynamic couplings and nonlinearities and a linear controller driven by the measured outputs of missile accelerations and angular rates. Besides the outputs, further information such as Mach number, dynamic pressure, total angle of attack, and bank angle is required. With the proposed autopilot and simple estimators of bank angle and total angle of attack, it is shown by computer simulations that the induced moments and some aerodynamic nonlinearities are properly compensated and that the performance is superior to that of the conventional ones.
Ship Autopilots are usually designed based on the PD and Pill controllers because of simplicity, reliability and easy to construct. However their performance in various environmental conditions is not as good as desired. This disadvantage can be overcome by adjusting works or constructing adaptive controllers. But those methods are complex and not easy to do. This paper presents a new method for constructing a Ship Autopilot based on the combination of Fuzzy Logic Control (FLC) and Linear Control Theory (Pill control). The new Ship Autopilot has the advantages of both the Pill and FLC control methodologies: easy to construct, and optimal control laws can be established based on ship masters' knowledge. Therefore, the new ship autopilot can be well adapted with parameter variations and strong environment effects. Simulation using MATLAB software for a ship with real parameters shows high effectiveness of the Fuzzy Pill autopilot in course keeping and course changing manoeuvres in comparison with the ordinary Pill ship autopilots.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers
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v.41
no.3
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pp.281-291
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1992
This paper deals with the digital autopilot implementation for a launch vehicle. We propose a hardware and software system for digital autopilot implemented by microprocessor. The hardware system designed in this paper consists of CPU and memory board with 80286 MPU and 80287 NPU and I/O interface with A/D and D/A converters. The software system developed is composed of power-on self-test program, initializing program, interrupt service program, and control program. The performance of the overall system controlled by the digital autopilot implemented in this paper is evaluated via real-time simulations, which show that the control performances are satisfactory.
In this paper, digital autopilot design methods are investigated and a new method is suggested in order to improve existing problems. The method is based on .delta. transform (1) and overcome numerical problems occurring in the process of discretization. We illustrate design procedures using .delta. transform and suggest a hardware and software structure for digital autopilot implemented by microprocessor.
The purpose of this paper is to present an efficient and practical method for a Hissle autopilot design problem. The method emphasizes on the use of a modern design technique to classical flight control specifications and the trade-off between dynamic performance and robustness of the Missle autopilot control system.
International Journal of Control, Automation, and Systems
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v.4
no.2
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pp.255-270
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2006
In this paper, a design method of nonlinear autopilot for ship-to-ship missiles is proposed. Ship-to-ship missiles have strongly coupled dynamics through roll, yaw, and pitch channel in comparison with general STT type missiles. Thus it becomes difficult to employ previous control design method directly since we should find three different solutions for each control fin deflection and should verify the stability for more complicated dynamics. In this study, we first propose a control loop structure for roll, yaw, and pitch autopilot which can determine the required angles of all three control fins. For yaw and pitch autopilot design, missile model is reduced to a minimum phase model by applying a singular perturbation like technique to the yaw and pitch dynamics. Based on this model, a multi-input multi-output (MIMO) nonlinear autopilot is designed. And the stability is analyzed considering roll influences on dynamic couplings of yaw and pitch channel as well as the aerodynamic couplings. Some additional issues on the autopilot implementation for these coupled missile dynamics are discussed. Lastly, 6-DOF (degree of freedom) numerical simulation results are presented to verify the proposed method.
In this paper, an approach to autopilot design based on the robust nonlinear dynamic inversion method is proposed. Both unknown parameters and uncertainty bounds are estimated and parameter estimates are used in the fast inversion. Furthermore, to get more robustness slow inversion is incorporated with MRAC(Model Reference Adaptive Control) and sliding mode control where the estimates of uncertainty bounds are used. The proposed method is applied to the pitch autopilot design of a missile system and excellent performance is shown via computer simulation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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