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Robust Control of an Actuated Coupling Device for Autonomous mid-air Coupling

Funke, Alexander und Lück, Vivian und Glabeke, Gertjan (2024) Robust Control of an Actuated Coupling Device for Autonomous mid-air Coupling. In: DLRK 2024. Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2024, 2024-09-30 - 2024-10-02, Hamburg.

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Kurzfassung

The probe-and-drogue method has numerous practical applications like in-air-capturing and aerial refuelling, where automating the docking procedure can enable a fully autonomous coupling maneuver in the future. A simplified system model of an actuated coupling device was derived by combining the aerodynamic forces of control surfaces and the drogue body through superposition. Wind tunnel tests and CFD simulations were conducted to identify the aerodynamic coefficients, which were then used for model-based controller design. Robust control strategies such as sliding mode control, super twisting control, and PID control, which served as a baseline, were implemented and tested in a comprehensive probe-and-drogue simulation under various external disturbances. A super twisting disturbance observer was added to enhance the controllers' performance. Furthermore, all tested control architectures were modified by adding incremental nonlinear dynamic inversion to reduce perturbation rejecting controller gains while preserving control performance. The derived system model and the implemented controllers were shown to be effective for this control problem. Specifically, the application of incremental nonlinear dynamic inversion can lead to reduced control input variation without compromising control performance.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/209972/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Robust Control of an Actuated Coupling Device for Autonomous mid-air Coupling
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Funke, AlexanderAlexander.Funke (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-8725-7615176906007
Lück, VivianTU BraunschweigNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Glabeke, Gertjanvon Karman Institute for Fluid DynamicsNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:30 September 2024
Erschienen in:DLRK 2024
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:In-Air-Capturing, Aerial Refuelling, Probe-And-Drogue, Incremental Nonlinear Dynamic Inversion, Sliding Mode Control, Disturbance Observer
Veranstaltungstitel:Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2024
Veranstaltungsort:Hamburg
Veranstaltungsart:nationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:30 September 2024
Veranstaltungsende:2 Oktober 2024
Veranstalter :Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V.
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Komponenten und Systeme
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L CS - Komponenten und Systeme
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Unbemannte Flugsysteme
Standort: Braunschweig
Institute & Einrichtungen:Institut für Flugsystemtechnik > Unbemannte Luftfahrzeuge
Institut für Flugsystemtechnik
Hinterlegt von: Funke, Alexander
Hinterlegt am:29 Jan 2025 15:53
Letzte Änderung:29 Jan 2025 15:53

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