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Analisi di un sistema di controllo per uno sciame di velivoli senza pilota

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Academic year: 2021

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(1)

Università di Pisa

Anno Accademico 2005/2006

Tesi di Laurea in Ingegneria Aerospaziale

Analisi di un sistema di controllo per uno

sciame di velivoli senza pilota

Candidato

Relatori

Marco Lattanzio

Prof. Giovanni Mengali

Prof.

Carlo

Casarosa

Correlatore

(2)

A tutti coloro

che hanno reso possibile

(3)

Sommario

Sommario

Gli elevati vantaggi operativi legati all’utilizzo di un velivolo senza equipaggio, sia per missioni in ambito civile che militare, e lo sviluppo di nuove tecnologie volte a

permetterne la fattibilità tecnica, rendono lo studio di sistemi di controllo un argomento di grande attualità.

L’obiettivo principale del presente lavoro di tesi è l’implementazione di un sistema di controllo per velivoli senza pilota, capace di orientare ogni elemento del gruppo lungo una prefissata direzione e prevenire eventuali collisioni, facendo uso di limitate informazioni circa lo stato degli altri velivoli.

Viene presentata una legge di controllo non lineare basata sul concetto del potenziale di Lyapunov e per ogni velivolo viene considerata una dinamica semplificata.

(4)

Ringraziamenti

Ringraziamenti

Vorrei ringraziare innanzitutto il prof. Giovanni Mengali e Alessandro Quarta per essere stati una guida costante durante questi mesi di lavoro e in particolare per la loro

disponibilità nonostante i numerosi impegni.

I più sentiti ringraziamenti vanno ai miei genitori, per avermi sempre appoggiato e sostenuto e a mia sorella per il ruolo di fondamentale importanza che ha nella mia vita. Non posso certo omettere coloro che hanno condiviso con me questo percorso di studi e tra questi in particolare Stefano, Enrico e Matteo, per la profonda amicizia che ci lega. Ringrazio i miei amici più cari Yuri , Angelo e il Go che in particolare negli ultimi anni mi sono stati vicino e hanno reso piacevole ogni momento trascorso insieme.

Ringrazio infine anche tutti i miei compagni di corso.

(5)

Indice

Indice

Sommario I

Ringraziamenti II

Indice III

Elenco delle Figure V

1 ) Introduzione

1.1 ) Velivolo senza Pilota

1.2 ) Sciame e Intelligenza di Sciame

1.3 ) Obiettivi della Tesi

1.4 ) Organizzazione della Tesi

2 ) Modelli di comportamento

2.1 ) Comportamenti di Base

2.2 ) Possibilità di Impatto

3 ) Il Sistema di controllo

3.1 ) Il Potenziale Artificiale

3.2 ) Scelta del Potenziale Attrattivo

2.3 ) Scelta del Potenziale Repulsivo

3.3.1 ) Potenziale Tipo Gradiente

3.3.2 ) Potenziale Tipo Gaussiano

(6)

Indice

2.3.3 ) Potenziale Tipo Sinusoidale

3.4 ) Saturazione del Comando

4 ) Analisi di Sensibilità

4.1 ) Caso in Esame

4.2 ) Simulazioni e Risultati

4.3 ) Considerazioni

5 ) Il Modello della Dinamica 6 ) Risultati al Simulatore

6.1 ) Velivolo di Riferimento

6.2 ) Risultati

7 ) Conclusioni e future linee di studio Riferimenti Bibliografici

(7)

Elenco delle Figure

Elenco delle Figure

Figura 1.1 Velivolo RQ-1 Predator

Figura 1.2 Velivolo Sperimentale Dryden X-45° Figura 2.1 Esempio di allineamento di velivoli Figura 2.2 Esempio di raggruppamento di velivoli Figura 2.3 Esempio di allontanamento di velivoli Figura 2.4 Figura esemplificativa

Figura 3.1 Potenziale repulsivo gradiente in funzione di Dije p

Figura 3.2 Potenziale repulsivo gaussiana in funzione di Dije p

Figura 3.3 Potenziale repulsivo sinusoidale in funzione di Dije p

Figura 4.1 Condizioni di inizio simulazione Figura 4.2 Traiettorie degli agenti (pot. gradiente)

Figura 4.3 Andamento del potenziale nella simulazione (pot. gradiente) Figura 4.4 Distanze relative tra gli agenti (pot. gradiente)

Figura 4.5 Accelerazioni di controllo dei 5 agenti (pot. gradiente) Figura 4.6 Velocità dei 5 agenti (pot. gradiente)

Figura 4.7 Traiettorie degli agenti (pot. gaussiana)

Figura 4.8 Distanze relative tra gli agenti (pot. gaussiana)

Figura 3.9 Potenziale repulsivo gaussiana in funzione di Dije p

Figura 410 Andamento del potenziale nella simulazione (pot. gaussiana) Figura 4.11 Accelerazioni di controllo dei 5 agenti (pot. gaussiana) Figura 4.12 Velocità dei 5 agenti (pot. gaussiana)

Figura 4.13 Potenziale repulsivo sinusoidale in funzione di Dije p

Figura 4.14 Traiettorie degli agenti (pot. sinusoidale)

Figura 4.15 Andamento del potenziale nella simulazione (pot. sinusoidale) Figura 4.16 Distanze relative tra gli agenti (pot. sinusoidale)

Figura 4.17 Accelerazioni di controllo dei 5 agenti (pot. sinusoidale) Figura 4.18 Velocità dei 5 agenti (pot. sinusoidale)

Figura 4.19 Confronto tra i casi esaminati

(8)

Elenco delle Figure

Figura 4.20 Variazione della disposizione iniziale Figura 4.21 Grafico di analisi sensibilità

Figura 5.1 Terne di riferimento utilizzate nel programma

Figura 5.2 Modello per il calcolo delle accelerazioni di controllo Figura 5.3 Forze agenti sul velivolo

Figura 6.1 Il Black Widow (dimensioni) Figura 6.2 Traiettorie degli agenti nello spazio Figura 6.3 Figura esemplificativa

Figura 6.4 Figura esemplificativa

Figura 6.5 Andamento delle minime distanze relative Figura 6.6 Comando di manetta

Figura 6.7 Andamento del coefficiente CY

Figura 6.8 Andamento del coefficiente CL

Figura 6.9 Velocità dei 5 agenti

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