Optimization of Flight Control System using different optimization techniques against a common set of Handling Quality Criteria's has been studied and demonstrated for several flight conditions. Finally these various optimization techniques are compared with each other. The optimization techniques considered are Co-Evolutionary Augmented Lagrangian Method, Genetic Algorithm and Particle Swarm Optimization. These methods are applied to the design of Longitudinal and Lateral Directional Control laws for F-16 Fighter Aircraft.
In this report, first we achieved a feasible design space that satisfied the stability and the handling qualities to the best (Level 1 category B) criteria. Finally the controller tuning was accomplished to minimize the performance index using CEALM, GA and PSO. Here we designed the control system which minimizes the performance indexes satisfying the given constraints obtained from Level 1 criteria with constructing Stability and Control Augmented System of F-16 internal loop and outer Autopilot. Here all of the gains are set as the optimization parameters.
An important finding of this research is that the optimization techniques used for numerical simulations, yield controllers whose performance and stability characteristics are quiet similar to one another. The study uses MATLAB/Simulink dynamic simulation and analysis software for model building, control law design and subsequent analysis. The performances of the proposed Autopilots and Optimization are compared and analyzed through numerical simulations for three flight conditions.
본 논문은 다양한 최적화 기법을 사용하여 일반적인 조종성을 담보하는 비행제어시스템의 최적화를 다루고 있다. 최적화 결과를 여러 가지 비행조건에 대하여 검증하고, 최종적으로 다양한 최적화 기법들을 비교하였다. 본 연구에서 적용된 최적화기법은 CEALM(Co-Evolutionary Augmented Lagrangian Method), GA(Genetic Algorithm), PSO(Particle Swarm Optimization) 등이며, 이 기법들을 이용하여 F-16 전투기의 종축 및 횡축의 제어법칙 설계를 수행하였다.
본 연구에서는 먼저 최상위 기준인 Level 1 category B에 따르는 안정성과 조종성능을 만족하는 가능한 설계영역을 구하였다. 뒤이어 제어기를 튜닝하여 CEALM, GA, PSO를 사용하는 성능지수를 최소화하도록 하였다. F-16 모델의 내부 루프와 외부 자동조종장치의 안정성 및 제어증대시스템(Stability and Control Augmented System)을 설계함으로써 Level 1 기준으로부터 얻어진 제한조건을 만족하는 성능지수를 만족하도록 제어시스템을 설계하였다.
연구 결과, 수치 시뮬레이션에 사용된 최적화기법으로 얻은 제어기는 그 성능과 안정성이 서로 유사한 특성을 가짐을 확인할 수 있었다. 본 연구는 MATLAB/Simulink 툴에서 제공하는 동역학 시뮬레이션 및 해석 소프트웨어를 이용하여 모델수립, 제어기설계 및 제반 분석을 수행하였다. 세 가지 비행조건에 대하여 수치 시뮬레이션을 통하여 제안된 자동비행 및 최적화 기법의 성능을 비교하였다.
