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Conclusioni e sviluppi futuri
I requisiti sul comportamento dinamico della DDV richiedono che il componente controllato in ciclo chiuso abbia una risposta di fase compatibile con quella di un sistema del second’ordine con banda passante a 30 Hz e vengono inoltre forniti un limite superiore ed un limite inferiore sulla risposta di ampiezza. Il primo impone forti attenuazioni oltre 40 Hz al fine di eliminare i disturbi di alta frequenza, mentre il secondo serve a garantire sufficienti prestazioni di risposta in bassa frequenza.
L’analisi e le prove sperimentali effettuate nel corso del lavoro hanno evidenziato che un aumento dell’ampiezza del comando produce una riduzione della banda passante nella risposta di ciclo chiuso della servovalvola. Con un controllo di tipo proporzionale, utilizzando un valore sufficientemente elevato del guadagno di chiusura del loop, si può rendere la risposta di ciclo chiuso conforme ai requisiti di fase per comandi di piccola (10%) e media ampiezza (20%) ma nel primo caso in alta frequenza non è presente una attenuazione sufficiente a rispettare i requisiti di ampiezza. Nel caso di comandi di grande ampiezza (50%) la saturazione della tensione di comando al servo-amplificatore impedisce di rispettare i requisiti.
Per rendere la risposta del componente conforme ai requisiti anche nel caso di piccoli comandi è stata presentata una soluzione di tipo tradizionale che consiste in un controllo proporzionale con rete ritardatrice-anticipatrice che introduce una attenuazione della risposta oltre 40 Hz. In questo modo i requisiti risultano soddisfatti nel caso di comandi di piccola e di media ampiezza sebbene in modo marginale per le fasi.
Una seconda soluzione, sviluppata nel corso del lavoro per migliorare la risposta di fase consiste nell’utilizzo di un controllo di tipo nonlineare (denominato Command
Boost) che alla tensione di comando in uscita dalla medesima rete
ritardatrice-anticipatrice utilizzata nella soluzione precedentemente descritta somma un contributo aggiuntivo al fine di rendere più pronta la risposta dinamica dello spool. Gli effetti di tale logica producono in effetti un miglioramento della risposta di fase nel caso di comandi di media ampiezza mentre non producono sensibili variazioni per quanto riguarda la risposta a comandi di piccola ampiezza.
Entrambe le soluzioni non consentono tuttavia di rispettare i requisiti nel caso in cui i comandi alla DDV siano di grande ampiezza poiché il problema della saturazione del comando al servo-amplificatore risulta essere indipendente dal tipo di controllo utilizzato.
Alcuni passi sono stati fatti nella direzione dei controlli adattivi che hanno portato alla definizione di un controllo con una risposta in frequenza promettente, ma il suo comportamento instabile previsto dal modello semiempirico nel caso in cui la DDV venga comandata con una sequenza di gradini di ampiezza casuale (storia di comando) ne ha scoraggiato l’impiego.
Conclusioni e sviluppi futuri
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La parte del lavoro dedicata al sistema di attuazione completo è stata limitata alla sintesi di leggi di controllo che consentissero di rispettare i requisiti per una ampiezza del segnale di comando di posizione al pistone pari all’1% del fondocorsa. Questi vengono definiti in modo analogo a quelli definiti per la servovalvola isolata ed impongono una banda passante di 5 Hz ed una attenuazione della risposta per frequenze superiori a 10 Hz.
Con un controllo di tipo proporzionale ed un adeguato guadagno di chiusura del loop si può ottenere una banda passante adeguata ma la risposta di ampiezza del sistema risulta essere troppo grande tra i 10 Hz e i 20 Hz, intervallo nel quale i requisiti richiedono invece un abbattimento. Inoltre a 50 Hz è presente un picco della risposta in ampiezza generato dalle interazioni servoelastiche del sistema, comportamento chiaramente identificabile durante le prove sperimentali dalla presenza di forti vibrazioni trasmesse a tutto il banco prove. Ciò rappresenta un problema soprattutto pensando a quando il sistema di attuazione opera sul velivolo poiché le vibrazioni del pistone vengono trasmesse ulteriormente amplificate alla superficie di controllo.
Per rendere la risposta conforme ai requisiti è stato innanzitutto necessario attenuare la risposta del sistema nell’intervallo di frequenze tra 10 Hz e 20 Hz. Questo si può ottenere tramite l’inserimento di una rete ritardatrice-anticipatrice o di un notch filter. Sono state sperimentate entrambe le soluzioni e sono state riscontrate differenze minime.
Il controllo con notch filter ha il vantaggio di produrre ritardi leggermente inferiori nella risposta di fase, ma l’attenuazione in ampiezza che viene introdotta è più localizzata e richiede quindi una maggiore confidenza sul fatto che il comportamento del sistema al banco prove sia effettivamente il medesimo di quando esso è utilizzato sul velivolo.
Per risolvere anche il problema legato all’amplificazione della risposta dovuto alle interazioni servoelastiche è stato poi aggiunto un notch filter a 50 Hz. Il controllore così ottenuto ha permesso di eliminare tutte le vibrazioni di alta frequenza pur continuando a rispettare, sebbene in modo più marginale, i requisiti imposti.
Il lavoro svolto può essere utilizzato come base di partenza per approfondimenti di vario genere: bisogna innanzi tutto considerare che i controlli proposti sono stati sviluppati riferendosi ad una normale condizione di funzionamento del sistema di attuazione, ma nella vita operativa, in virtù delle sue caratteristiche fault tolerant, il sistema potrebbe trovarsi ad operare in condizioni avaria parziale (elettrica o idraulica) o a differenti temperature di esercizio. In condizioni variate rispetto a quella normale la risposta dinamica del sistema di attuazione potrebbe essere molto diversa da quella esaminata in questa sede e richiedere di conseguenza una adeguata modifica o un diverso tipo di controllo.
Conclusioni e sviluppi futuri
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In linea di principio si potrebbe stabilire quali sono i controlli ad hoc per ogni condizione operativa ed associare a questi ultimi ad una opportuna logica che permetta il passaggio dall’uno all’altro quando necessario.
In questa prospettiva, il modello è stato sviluppato con la possibilità di tenere conto in modo semplificato di una diversa temperatura di esercizio o una avaria elettrica parziale alle bobine del LFM e potrebbe rappresentare ancora un valido strumento per la sintesi delle leggi di controllo più opportune in ogni situazione.
Sempre riguardo al modello semiempirico della DDV, potrebbe esserne valutata la possibilità di impiego in una simulazione in tempo reale poiché non richiede l’utilizzo di passi di integrazione particolarmente ridotti (~10-4 s).
Per quanto riguarda invece il sistema di attuazione sarebbe auspicabile la realizzazione di un modello analogo a quello sviluppato in questa sede per la DDV, che tenga conto soprattutto delle nonlinearità associate alla dinamica della portata. Tale modello potrebbe direttamente integrare per la dinamica della servovalvola il modello semiempirico esistente. Si avrebbe così uno strumento predittivo efficace per tutte le frequenze e per diverse ampiezze del comando di posizione del pistone da utilizzare per verificare se i controlli qui proposti sono validi anche in tali condizioni e se necessario per modificarli nel modo più opportuno.
Infine potrebbero essere mossi nuovi passi nel promettente campo dei controlli adattivi al fine di realizzare un controllo per la DDV che garantisca una stabilità sufficiente a valutarne sperimentalmente le prestazioni.
