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
A tutti coloro
che hanno reso possibile
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.
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.
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
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
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
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