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.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.10
no.2
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pp.53-60
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2007
This paper presents a robust nonlinear autopilot design method based on dynamic inversion and PI(Proportional-Integral) control law. The new controller structure which is different from previous work is composed of classical linear PI control law and nonlinear fast dynamic inversion. A pitch axis model of highly maneuverable missiles and a linearized model for designing Pl controller are presented. The performance of proposed method is illustrated via nonlinear simulations including aerodynamic uncertainties and actuator dynamics.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.35
no.11
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pp.990-998
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2007
Adaptive output feedback control technique using Neural Networks(NN) is proposed for uncertain nonlinear Multi-Input Multi-Output(MIMO) systems. Modified Dynamic Inversion Model(MDIM) is introduced to decouple uncertain nonlinearities from inversion-based control input. MDIM consists of approximated dynamic inversion model and inversion model error. One NN is applied to compensate the MDIM of the system. The output of the NN augments the tracking controller which is based upon a filtered error approximation with online weight adaptation laws which are derived from Lyapunov's direct method to guarantee tracking performance and ultimate boundedness. Several numerical results are illustrated in the simulation of Van der Pol system and unmanned helicopter with model uncertainties.
This paper is concerned with a control allocation strategy using the dynamic inversion which generates the nominal control input trajectories, and autopilot design using the time-varying control technique which is time-varying version of pole placement of linear time-invariant system for an agile missile with aerodynamic fin and thrust vectoring control. Dynamic inversion can decide the amount of the deflection of each control effector, aerodynamic fin and thrust vectoring control, to extract the maximum performance by combining the action of them. Time-varying control technique for autopilot design enhance the robustness of the tracking performance for a reference command. Nonlinear simulations demonstrates the dynamic inversion provides the effective nominal control input trajectories to achieve the angle of attack command, and time-varying control technique exhibits good robustness for a wide range of angle of attack.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.7
no.7
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pp.574-581
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2001
In this paper we design and evaluate the longitudinal nonlinear N(aub)z-CSAS(Command and Stability Augmentation System) flight control law in \"DMI(Dynamic Model Inversion)-method\" and classical \"Gain Scheduling-method\", respectively, to meet the handling quality requirements associated with push-over pull-up maneuver. It is told that the flight control law designed in \"DM-method\" is adequate to the full flight regime without gain scheduling and is efficient to produce the time response shape desired to the handling quality requirements. On the contrary, the flight control law designed in \"Gain Scheduling-method\" is easy to be implemented in flight control computer and insensitive to variation of the actuator model characteristics.n of the actuator model characteristics.
The tulip-inversion of flames in half-open tubes was investigated experimentally. Experiments was carried out in tubes with various shapes. The image of a flame propagation were pictured by HICCD(High speed intensified CCD) and the dynamic pressure of tubes was measured by a piezo pressure sensor. By analyzing the images of the flame propagation, we found the time and the distance for the occurrence of tulip-inversion. Regardless of the shapes of tubes, time of tulip-inversion are similar and inversely proportional to the burning velocity. But distances have different tendency. In a straight tube, the distance of tulip-inversion increases when the burning velocity increases. But in a converging tube, the distance of tulip-inversion decreases when a burning velocity increases. And the distance of tulip-inversion in a converging tube is much smaller than the distance of tulip-inversion in a straight tube. These results are caused by the deceleration of a flame when the diameter of a hole in open-side of a tube is small. The deceleration causes little effect on the time of tulip-inversion.
The modern version of aircrafts is allowed to guarantee the superior handing qualities within the entire flight envelope by imposing the adequate stability and flying qualities on a target aircraft through the various techniques of flight control law design. Generally, the flight control law of the aircraft in service applies the various techniques of the verified control algorithm, such as dynamic inversion and eigenstructure assignment. The supersonic trainer employs the RSS(Relaxed Static Stability) concept in order to improve the aerodynamic performance in longitudinal axis and the longitudinal control laws employ the dynamic inversion with proportional-plus-integral control method. And, lateral-directional control laws employ the blended roll system of both beta-betadot feedback and simple roll rate feedback with proportional control method in order to guarantee aircraft stability. In this paper, the lateral-directional flight control law is designed by applying dynamic inversion control technique as a different method from the current supersonic trainer control technique, where the roll rate command system is designed at the lateral axis for the rapid response characteristics, and the sideslip command system is adopted at the directional axis for stability augmentation. The dynamic inversion of a simple 1st order model is applied. And this designed flight control law is confirmed to satisfy the requirement presented from the military specification. This study is expected to contribute to design the flight control law of KF-X(Korean Fighter eXperimental) which will proceed into the full-scale development in the near future.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.7
no.2
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pp.137-144
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2006
The objective of this paper is to present trajectory guidance and control system with a dynamic inversion for a small unmanned aerial vehicle (UAV). The UAV model is expressed by fixed-mass rigid-body six-degree-of-freedom equations of motion, which include the detailed aerodynamic coefficients, the engine model and the actuator models that have lags and limits. A trajectory is generated from the given waypoints using cubic spline functions of a flight distance. The commanded values of an angle of attack, a sideslip angle, a bank angle and a thrust, are calculated from guidance forces to trace the flight trajectory. To adapt various waypoint locations, a proportional navigation is combined with the guidance system. By the decision logic, appropriate guidance law is selected. The flight control system to achieve the commands is designed using a dynamic inversion approach. For a dynamic inversion controller we use the two-timescale assumption that separates the fast dynamics, involving the angular rates of the aircraft, from the slow dynamics, which include angle of attack, sideslip angle, and bank angle. Some numerical simulations are conducted to see the performance of the proposed guidance and control system.
This paper is concerned with a mixed control with aerodynamic fin and side thrusters applied to an agile missile using two-time scale dynamic inversion and linear time-varying control technique. The nonlinear dynamic inversion method with the weighting function allocates the desired control inputs (aerodynamic fin and side thrusters) to track a reference trajectory, and the time-varying control technique guarantees the robustness for the uncertainties. Closed-loop stability is achieved by the assignment of the extended-mean of these linear time-varying eigenvalues to the left half complex plane. The proposed schemes are validated by nonlinear simulations.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.10
no.10
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pp.947-955
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2004
This paper is concerned with a mixed control with aerodynamic fin and side thrust control applied to an agile missile using a dynamic inversion and a time-varying control technique. The nonlinear dynamic inversion method with the weighting function allocates the desired control inputs(aerodynamic fin and side thrust control) to achieve a reference command, and the time-varying control technique plays the role to guarantee the robustness for the uncertainties. The proposed schemes are validated by nonlinear simulations with aerodynamic data.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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