Guido Colasurdo, Nicola De Divitiis, Guido De Matteis ING ... · turbulence • DIMA personnel: De...
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Principali attività di ricerca in corso e possibili sviluppi
Guido Colasurdo, Nicola De Divitiis, Guido De MatteisING-IND/03
Incontro promozione attività di ricerca DIMARoma, 27 febbraio 2017
Attività principale G. Colasurdo con A. Zavoli
Studioedimpiegoditecnichediottimizzazione
• Metodiindiretti,basatisullateoriadelcontrolloottimaleesullasoluzionenumericadiunboundary value problem
• Algoritmibasatisullageneticaosull’intelligenzadeglisciami,adattiaproblemidoveèestremamenteampiolospaziodellesoluzioni
• Metodidirettiperl’ottimizzazionediproblemimoltocomplessi(inparticolaremodellocomplessodelveicoloodell’ambientedivolo)
G. Colasurdo 2/10Promozione attività di ricerca DIMA Roma 6 febbraio 2016
Temi di ricerca (1) con A. Zavoli
Ottimizzazioneditraiettoriedispacecraft
• Siusanotecnicheindirettediottimizzazione
• Recentementel’attenzioneèstataindirizzataalrendezvouscooperativoealraggiungimentoeallamodificadiconfigurazioniperilformation flying
• Attivitàavviatanell’ambitodiuncontrattoconilCNES
G. Colasurdo 3/10Promozione attività di ricerca DIMA Roma 6 febbraio 2016
Temi di ricerca (2) con A. Zavoli
Ottimizzazioneglobaleditraiettoriespaziali• Siusanoinizialmentealgoritmiditipoevoluzionisticoe
successivamentetecnicheindirettediottimizzazione
• Costituisconoun’attivitàhobbisticacollegataallapartecipazionedelTeamSapienza- PolitecnicodiTorinoallaGlobalTrajectory Optimization Competition
GTOC5 2° classificato
GTOC6 1° classificato
GTOC8 3° classificato
G. Colasurdo 4/10Promozione attività di ricerca DIMA Roma 6 febbraio 2016
Temi di ricerca (3) con A. Zavoli
Ottimizzazioneditraiettoriediascesadiunlanciatore
• AttivitàchedovrebbeessereoggettodicontrattoconESA-ESRIN
• Contecnicheindirettesipuòstudiarel’ottimizzazionecombinatadellaconfigurazioneedellatraiettoriadiunlanciatore
• Definitalaconfigurazione,perl’ottimizzazionefinaledellatraiettoriadellanciatore,occorreràrealizzareuncodicediottimizzazionediretta
G. Colasurdo 5/10Promozione attività di ricerca DIMA Roma 6 febbraio 2016
Flightdynamicsofrigidaircraftinthepresenceofatmosphericturbulence
• DIMApersonnel:DeDivitiis– EstimationofthevehicleKussner functionbymeansofaproperunsteady
versionofTait-Kirchhoffmodelincorporatingfreemodelparameters– Identificationofthefreeparametersthroughtheknowledgeoftherotational
forceandmomentaerodynamicderivatives– Determinationoftheturbulentvelocitycorrelationsusinganoriginalclosureof
thevonKàrmàn-Howarth equationandothermodelsknownfromtheliterature– Calculationoftheaircraftaerodynamiccoefficientsinthepresenceofturbulence
asconvolutionsofKussner functionandpairvelocitycorrelationfunctions.
27 febbraio 2017 6/10Promozione attività di ricerca DIMA
Chaotictrajectoriesdeterminationinatmosphericflight:thecaseoftheboosterstages
• DIMApersonnel:DeDivitiis– AerodynamicModellingofboosterstages.
– AnalysisofchaoticmotionthroughtheLiouville theoremandtheanExtentedLyapunov analysisofthemotionequations.
27 febbraio 2017 7/10Promozione attività di ricerca DIMA
Main activities G. De Matteis• Inversesimulationofrotarywingvehicles
– Helicopternoise
– Quadrotorcontrol
– Helicoptermodelling
• Spacecraftattitudedynamics– Designofcontrollaws
– DesignandvalidationofADCS
• Flightdynamicsofflexibleaircraft– Modellingandstabilityanalysisofflexibleaircraft
– ModellingandoptimizationforthedesignofHALEvehicles
• Flightdynamicsofre-entryvehicles
• Designandflightdynamics&controlofsmallRPV’s
F. Nasuti 8/10Promozione attività di ricerca DIMA Roma 6 febbraio 2016
Inverse simulation• DIMApersonnel:DeMatteis• Background(since~ 1999):
– Multipletime-scaleIntegrationmethodsforinverseproblems– TrajectorygenerationandtrackingforVTOLvehicles
• Collaborations:Università delSalento,Università RomaTre,Università diBologna(Forlì)
27 febbraio 2017 9/10Promozione attività di ricerca DIMA
• Activities– Modellization ofhelicopternoisehemispheresin
maneuveringflightconditions:foraspecifiedtrajectorycontrolandstatevariablesaredeterminedasinputforaeroelastic/aerodynamic/aeroacustic predictions;trajectoryplanningforthereductionofgroundacusticimpact
– Assessmentofhelicoptermodelaccuracy:modelsofdifferentcomplexityarecomparedbycomputinginversesolutionsobtainedforthesamemaneuver
Inverse simulation (2)– Trajectorycontrolmethodologyforquadrotorcarryingsuspendedloads:
designoffeedforwardcontrollawsforcontrolsystemdesignorassessmentofperformancelimits
– Assessmentofmodelfidelityforsmallscalerotorcraftandquadrotors:flightdataarerecordedformaneuverstailoredtoexcitespecificmodes;inversesimulationofthesamemaneuversallowsforthedeterminationoftheaccuracyofspecificmodels
27 febbraio 2017 10/10Promozione attività di ricerca DIMA
Attitude dynamics of small satellites• DIMApersonnel:DeMatteis,Zavoli• Background(since~ 2001):
– CommandgenerationforspacecraftmaneuversusingCGMs– Continuationofattitudemotionofgyrostats
• Collaborations:Università delSalento,Università diBologna(Forlì)
• Activities– Singlemagnetictorque-rodcontrolfordetumbling:
convergence/stabilityanalysisofthecontrollaw– Controlofunderactuated spacecraft:singleaxispointingusingtwo
reactionwheels;designofcontrollawandproofofstability
27 febbraio 2017 11/10Promozione attività di ricerca DIMA
Flight Dynamics of Flexible Aircraft• DIMApersonnel:DeMatteis;Mastroddi,Ph.StudentsRiso,
Saltari
27 febbraio 2017 12/10Promozione attività di ricerca DIMA
• Activities– Flightdynamicsandaeroelasticity offlexible
aircraft:• fully-coupledlinearmodellinearizedaboutaeroelastic
trimconditions• Statespaceformulationfeaturingrigid-body,elasticand
aerodynamicstatevariables• ImplementationusingdatafromgenericFEMsolver• UnsteadyaerodynamicsmodelledusingaDoubleLattice
Method– Multi-disciplinaryoptimizationfo thedesignofa
sun-poweredHALEUAV• requirement/constraintspecification• Missionandperformanceanalysis
Attitude dynamics (2)• ADCSdesign
– TheACSstabilizesthespacecraftandorientsitindesireddirectionsduringthemission
– EKFforattitudedetermination
– AutomaticSWgeneration(C++)
– TestingandvalidationusingSITL,RT,HITLsimulation(dSpace systems)
27 febbraio 2017 13/10Promozione attività di ricerca DIMA
Solar Ephemeris (Earth-Sun model)
ODS (Orbital propagator)
IGRF (Magnetic field model)
EKF (Attitude estimation) Control laws
Rate gyro (3-axis)
4 Sun sensors (One per face)
Magnetometer (3-axis)
GPS receiver (3-axis)
Sensors ADCS
Reaction wheels (3-orthogonal)
Magnetotorquers (3-orthogonal)
Actuators
VEGA Launcher Fall Down Analysis• DIMApersonnel:Colasurdo,DeMatteis,Zavoli• Activities
– analysisofthemotionofafree-fallingfragmentofalaunchvehiclefromagiveninitialconditiontoitsimpactontheground
– interpretthesimulationresultsanddrawconclusions,basedonthecharacteristicsofthemodel,inordertosupporttheactivitiescarriedoutatESA-ESRINontheVEGAsafetyflightenvelopeanalysisafterP80neutralization
27 febbraio 2017 14/10Promozione attività di ricerca DIMA
(Innovative) Small Vehicle Design and FCS Development• DIMApersonnel:DeMatteis,anumberofstudents• Collaborations:Nardi,DIAGRoboticsLab• Background(since~ 2001):
– Performanceandstabilityofaducted-fanUAV– FullenveloperobustcontrolofashroudedfanUAV
• Activitiesü Designofanoveltail-sitterUAVconfiguration:theBoxRotor®,isa
smallelectricVTOLUASdesignedforclose-rangetacticaloperations
27 febbraio 2017 15/10Promozione attività di ricerca DIMA
Small Vehicle Development (2)• Activities
– Participationatthe2015EuropeanRoboticChallenges(EUROC)– DesignandvalidationoftheFCS(missionmanager)forsmallUAVs:
• Algorithmdesign• HWandSWdevelopment• TestingbyHITLsimulation
27 febbraio 2017 16/10Promozione attività di ricerca DIMA
b = 2.8 mc = 0.4 mS = 1.1 m2
Length: 1.8 mMTOW = 173 NSingle cylinder engine
YAK 112
AscTec HummingbirdSize 54 x 54 x 8.6 cmMTOW = 7 N4 electric enginesHLP programmableusing Simulink
BERGEN INDUSTRIAL TWINLength: 1.5 mh = 0.6 m2 blades, b=0,81 mMTOW = 200 NTwo-cylynder 52cc
Facility for Rapid Prototyping of (Flight) Control Systems (Flight Dynamics Lab via Tiburtina 205)
• DIMApersonnel:DeMatteis,Zavoli• Activities
– Real-timesoftwareimplementation,Controlsystemsoftwaretesting,Controlsystemfunctionalityverification
27 febbraio 2017 17/10Promozione attività di ricerca DIMA