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1 - COMMANDE MODALE ET ROBUSTESSE

2 - APPLICATION AU PILOTAGE D'UN AVION CIVIL

3 - CONCLUSIONS

Article de référence | Réf : R7433 v2

Conclusions
Commande modale - Application au pilotage d’un avion

Auteur(s) : Jean-Marc BIANNIC

Date de publication : 10 mars 2013

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RÉSUMÉ

Dans le monde aéronautique, plus particulièrement depuis l'apparition des commandes de vol électriques (CDVE), la théorie de la commande modale est appliquée avec succès au réglage des lois de commande de vol. Le pilotage automatique des avions civils reste encore aujourd'hui l'application phare permettant d'illustrer ces techniques. Une application de la commande modale est présentée ici : le pilotage automatique en phase d’atterrissage. La sensibilité des lois de commande aux perturbations externes d'une part et aux variations de modèle d'autre part seront abordés.

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ABSTRACT

Modal Control -Application to the piloting of a plane

In the aeronautics sector, and especially since the development of the fly-by-wire technology (FBW), the theory of modal control has been successfully applied to the tuning of flight control laws. The civil aircraft autopilot still remains the leading application in order to illustrate such techniques. An application of the modal control is presented in this article: the autopilot in the landing phase. The sensitivity of command laws to external perturbances and model variations are also dealt with.

Auteur(s)

  • Jean-Marc BIANNIC : Maître de recherche à l’ONERA - Chercheur affilié au LAAS-CNRS - Professeur de rang équivalent à l’ISAE/SUPAÉRO

INTRODUCTION

Dans le monde aéronautique, plus particulièrement depuis l'apparition des commandes de vol électriques (CDVE), la théorie de la commande modale est appliquée avec succès au réglage des lois de commande de vol. Le pilotage automatique des avions civils reste encore aujourd'hui l'application phare permettant d'illustrer simplement le potentiel de ces techniques.

Après quelques rappels théoriques et détails relatifs à l'amélioration de la robustesse des lois de commande modale, nous proposons donc dans cet article une application relativement complète à un problème de pilotage automatique en phase d'atterrissage. Du point de vue de la commande, cette phase du vol est particulièrement exigeante quant à la précision requise sur les variables pilotées. La sensibilité des lois de commande aux perturbations externes (vent, turbulences atmosphériques) d'une part et aux variations de modèle (masse, centrage) d'autre part fera donc l'objet d'une attention particulière. Nous proposerons dans un premier temps une solution classique, puis diverses pistes permettant d'améliorer les premiers réglages.

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KEYWORDS

poles and eigenstructure assignment   |   structured and robust control design   |   autopilot design   |   flight control systems

VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-r7433


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3. Conclusions

Après quelques rappels théoriques autour des principes fondamentaux de la commande modale, nous avons montré dans ce dossier via une application complète et détaillée à un problème de pilotage d’un avion civil en approche que ces techniques permettaient très rapidement d’obtenir une solution initiale pertinente. Le véritable point fort des techniques de commande modale réside dans les possibilités relativement naturelles qu’elles offrent dans la prise en compte de la « physique » du problème de commande (via le choix des pôles et de leurs affectations sur les sorties). Ces techniques présentent aussi l’avantage de générer des correcteurs simples et donc faciles à interpoler quand cela s’avère nécessaire.

En contrepartie, la prise en compte de contraintes de robustesse paramétrique peut s’avérer délicate. Les extensions classiques (fondées sur un meilleur choix des vecteurs propres) à la commande modale dans ce domaine sont assez limitées car elles ne prennent en compte souvent que de petites variations des paramètres. Des extensions multimodèles, plus « puissantes » dont nous avons détaillé le principe dans ce dossier, existent mais génèrent des lois de commande dynamiques plus complexes à interpoler.

Dans le souci de préserver la simplicité initiale des lois de commande obtenues par synthèse modale, nous avons donc proposé et validé sur l’application une piste nouvelle fondée sur l’optimisation structurée multimodèle. Très simple dans sa mise en œuvre, la méthodologie proposée repose largement sur la solution initiale fournie par la commande modale et ne nécessite pas de connaissance pointue dans le domaine de la commande robuste. Cette approche nous a permis de structurer les lois initiales en annulant des gains indésirables sur les moteurs tout en améliorant le niveau de robustesse aux variations de masse et de centrage de l’avion sans pour autant dégrader outre mesure les performances nominales.

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - BIANNIC (J.-M.) -   Commande robuste des systèmes à paramètres variables  -  Thèse SUPAÉRO, Toulouse (Octobre 1996).

  • (2) - BIANNIC (J.-M.), ROOS (C.), KNAUF (A.) -   Design and analysis of fighter aircraft flight control laws  -  European Journal of Control, Vol. 12, N° 1, pp. 71-85 (Jan. 2006).

  • (3) - BOIFFIER (J.-L.) -   The Dynamics of Flight, The Equations  -  ISBN : 978-0471942375. Wiley (August 1998).

  • (4) - CHAMPETIER (C.), MAGNI (J.-F.) -   Analysis and synthesis of modal control laws  -  La recherche aérospatiale, N° 6, pp 17-35 (1989).

  • (5) - FARINEAU (J.) -   Lateral electric flight control laws of the A320 based upon eigenstructure assignment techniques  -  In the proceedings of AIAA Conference on Guidance, Navigation and Control, Boston USA (August 1989).

  • (6) - GAHINET (P.), APKARIAN (P.) -   Structured...

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