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Guida e controllo del velivolo/Progetto dei sistemi aerospaziali integrati

01SRKMT

A.A. 2021/22

2021/22

Guida e controllo del velivolo/Progetto dei sistemi aerospaziali integrati (Guida e controllo del velivolo)

Il corso intende fornire agli allievi gli strumenti per comprendere i problemi fondamentali del controllo del velivolo. Si approfondiscono quindi innanzi tutto quelle conoscenze di dinamica del volo, non ancora in possesso degli allievi, che costituiscono la base per il progetto dei principali sistemi di controllo. Dopo lo studio della risposta del velivolo al comando ed al disturbo atmosferico, vengono fornite le nozioni fondamentali relative al controllo convenzionale che impiega metodi di progetto classici, seguendo una trattazione che fa riferimento al modello linearizzato.

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The course should provide the students with an overall comprehension of the basic concepts of flight dynamics and control. An important part of the course is dedicated to the fundamental of flight dynamics, which constitutes the basic knowledge for the analysis that leads to the automatic flight control system design. After the analysis of the aircraft response to pilot commands and to atmospheric disturbances, the course is dedicated to the basic concepts of the conventional classic linear control theory, applied to particularly interesting practical examples concerning civil and military aircraft.

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Ci si aspetta che gli studenti imparino a progettare autopiloti semplici e sistemi automatici di aumento della stabilità e che nello stesso tempo acquisiscano una conoscenza generale degli obbiettivi del progetto dei moderni sistemi di controllo del volo. Gli studenti dovrebbero inoltre acquisire la capacità di modellare e progettare il sistema di controllo di sistemi dinamici lineari (e non) con l’utilizzo del software Simulink. L'esame intende quindi accertare che lo studente sia in grado di ragionare sugli argomenti trattati e di esporre le proprie considerazioni con la terminologia appropriata.

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The students are expected to acquire familiarity with concepts and methods used within the field of atmospheric flight guidance and control. The students shall acquire capabilities of designing simple Stability and Control Augmentation Systems and Autopilots, using autonomously developed codes, under the MATLAB/Simulink environment. They should also become familiar with more complex Flight Control Systems installed on modern civil and military aircraft. At the end of the course, the students should have developed the right skills to address autonomously theoretical and practical subjects related to the proposed program, but not necessarily included, within the state-of-the-art and with particular emphasis to the engineering aspects. The exam is meant to assess the abilities of the student to deal with flight control design problems, processing the information coherently and communicate results and rational effectively and with the appropriate terms.

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E’ richiesto che gli studenti conoscano gli argomenti trattati nei corsi precedenti di Meccanica del Volo e che abbiano comunque nozioni sulla modellazione matematica dei sistemi dinamici.

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Pre-requirements are basic courses in linear algebra, calculus, and ordinary and partial differential equations and Flight Mechanics.

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Richiami ai concetti di risposta del velivolo in campo lineare: o rappresentazione stato-spazio o rappresentazione per funzioni di trasferimento o risposta al comando o risposta in frequenza Flying/handling qualities e specifiche militari Progettare nel rispetto delle normative: definizione delle specifiche Approccio classico al controllo: o controllo feedback proporzionale o reti di compensazione (compensatori Lag/Lead o di tipo PID). o controllabilità ed osservabilità o state feedback vs. output feedback Esempi di leggi di controllo nel FCS: o Stability Augmentation Systems: o Control Augmentation Systems o Autopilot Systems

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Aircraft response within the small disturbance theory: o longitudinal and lateral-directional dynamic analysis o state-space representation o transfer function representation o aircraft response to control o frequency analysis Flying/handling qualities and military regulations Design within regulations: specification definition Approach to classic control theory: o feedback proportional control o compensation (Lag/Lead and PID compensators). o controllability and observability o state feedback vs. output feedback Examples of FCS: o Stability Augmentation Systems: o Control Augmentation Systems o Autopilot Systems

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E’ sicuramente utile, se non indispensabile, seguire con continuità lezioni ed esercitazioni, nonostante siano disponibili autorevoli testi didattici di supporto. Gli argomenti trattati sono di forte interesse per l'implementazione di strategie atte a ridurre l'impatto ambientale del trasporto aereo, in linea con quanto espresso dalla roadmap di SESAR, uno dei progetti più ambiziosi varati dall'Unione Europea in tema di modernizzazione dello spazio aereo.

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The subject is at the state-of-the-art and is very well addressed in many books for expert engineers and undergraduate students. However the students are strongly encouraged to attend classes regularly and work on tutorials according to the proposed scheduling, as to obtain constant professional tutoring.

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La materia, visto il suo aspetto pratico ed applicativo, si presta allo svolgimento di esercizi per ciascuno degli argomenti trattati. Le esercitazioni occuperanno quindi poco meno della metà del tempo di didattica frontale. Soprattutto sulla parte di progetto dei sistemi di controllo del volo le esercitazioni saranno svolte al laboratorio di calcolo. Si utilizzeranno inoltre simulatori di volo numerici.

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The course has a strong practical approach and the students are constantly guided towards the application of theory to case-study examples. Tutorials are, thus, a very important part of the course. For this reason almost half of the course is dedicated to address, solve and analyze the case-study examples proposed within the tutorials.

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Vengono fornite le dispense complete in supporto al corso. Per approfondimenti ed ulteriore consultazione: • Robert Nelson, Flight Stability and Automatic Control, 2nd edition, McGraw-Hill Co., 1998 • Brian L Stevens Frank L Lewis, Aircraft control and simulation, Wiley-Interscience, 2003

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The subject is at the state-of-the-art and is very well addressed in many books for expert engineers and undergraduate students. Supplemental notes are provided to registered students through the course web page. Reference books: • Robert Nelson, Flight Stability and Automatic Control, 2nd edition, McGraw-Hill Co., 1998 • Brian L Stevens Frank L Lewis, Aircraft control and simulation, Wiley-Interscience, 2003

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Modalità di esame: Prova orale obbligatoria;

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Exam: Compulsory oral exam;

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La valutazione consiste in un tradizionale esame orale durante il quale verranno poste al candidato due o tre domande per le quali può essere richiesto anche lo svolgimento di brevi calcoli. La discussione delle esercitazioni contribuiscono alla valutazione finale. Le valutazioni sono espresse in trentesimi e l’esame è superato se la votazione riportata è di almeno 18/30. La valutazione viene fatta considerando a) la correttezza delle risposte, b) la pertinenza delle informazioni fornite, c) la capacità di rispondere in modo chiaro, preciso e razionale, motivando adeguatamente le argomentazioni prodotte. Trattandosi di un corso specialistico, la valutazione finale è fortemente influenzata dalla capacità dello studente di comunicare efficacemente concetti ingegneristici, utilizzando una terminologia adeguata all'interno di relazioni di causa-effetto razionali e logici.

Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.

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Exam: Compulsory oral exam;

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The final test consist in a traditional oral exam during which the students is expected to address with theoretical and practical argumentations three different subjects. Analysis and discussion on the tutorial results can contribute to the final evaluation. The evaluation is expressed in thirtieths and the exam is passed if the score is at least 18/30. The assessment is made considering a) the correctness of the answers, b) the relevance of the information provided, c) the ability to respond clearly, precisely and rationally, adequately motivating the substantiations to the argumentation provided. As this is a specialist course, the final evaluation is strongly affected by the student capability of communicating effectively engineering concepts, using a proper terminology within rational and logical cause-effect relationships.

In addition to the message sent by the online system, students with disabilities or Specific Learning Disorders (SLD) are invited to directly inform the professor in charge of the course about the special arrangements for the exam that have been agreed with the Special Needs Unit. The professor has to be informed at least one week before the beginning of the examination session in order to provide students with the most suitable arrangements for each specific type of exam.

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Modalità di esame: Prova orale obbligatoria;

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La valutazione consiste in un tradizionale esame orale durante il quale verranno poste al candidato due o tre domande per le quali può essere richiesto anche lo svolgimento di brevi calcoli. La discussione delle esercitazioni contribuiscono alla valutazione finale. Le valutazioni sono espresse in trentesimi e l’esame è superato se la votazione riportata è di almeno 18/30. La valutazione viene fatta considerando a) la correttezza delle risposte, b) la pertinenza delle informazioni fornite, c) la capacità di rispondere in modo chiaro, preciso e razionale, motivando adeguatamente le argomentazioni prodotte. Trattandosi di un corso specialistico, la valutazione finale è fortemente influenzata dalla capacità dello studente di comunicare efficacemente concetti ingegneristici, utilizzando una terminologia adeguata all'interno di relazioni di causa-effetto razionali e logici.

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Exam: Compulsory oral exam;

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The final test consist in a traditional oral exam during which the students is expected to address with theoretical and practical argumentations three different subjects. Analysis and discussion on the tutorial results can contribute to the final evaluation. The evaluation is expressed in thirtieths and the exam is passed if the score is at least 18/30. The assessment is made considering a) the correctness of the answers, b) the relevance of the information provided, c) the ability to respond clearly, precisely and rationally, adequately motivating the substantiations to the argumentation provided. As this is a specialist course, the final evaluation is strongly affected by the student capability of communicating effectively engineering concepts, using a proper terminology within rational and logical cause-effect relationships.

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Modalità di esame: Prova orale obbligatoria;

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La valutazione consiste in un tradizionale esame orale durante il quale verranno poste al candidato due o tre domande per le quali può essere richiesto anche lo svolgimento di brevi calcoli. La discussione delle esercitazioni contribuiscono alla valutazione finale. Le valutazioni sono espresse in trentesimi e l’esame è superato se la votazione riportata è di almeno 18/30. La valutazione viene fatta considerando a) la correttezza delle risposte, b) la pertinenza delle informazioni fornite, c) la capacità di rispondere in modo chiaro, preciso e razionale, motivando adeguatamente le argomentazioni prodotte. Trattandosi di un corso specialistico, la valutazione finale è fortemente influenzata dalla capacità dello studente di comunicare efficacemente concetti ingegneristici, utilizzando una terminologia adeguata all'interno di relazioni di causa-effetto razionali e logici.

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Exam: Compulsory oral exam;

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The final test consist in a traditional oral exam during which the students is expected to address with theoretical and practical argumentations three different subjects. Analysis and discussion on the tutorial results can contribute to the final evaluation. The evaluation is expressed in thirtieths and the exam is passed if the score is at least 18/30. The assessment is made considering a) the correctness of the answers, b) the relevance of the information provided, c) the ability to respond clearly, precisely and rationally, adequately motivating the substantiations to the argumentation provided. As this is a specialist course, the final evaluation is strongly affected by the student capability of communicating effectively engineering concepts, using a proper terminology within rational and logical cause-effect relationships.

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