Aplicação da identificação de sistemas para estimação das derivadas de estabilidade e controle de aeronaves de asa fixa

Abstract

Dentre as etapas do ciclo de vida de um projeto aeronáutico, um dos principais desafios diz respeito à validação da dinâmica de voo da aeronave. A identificação de sistemas surge como uma ferramenta para determinar um modelo matemático que abstraia com fidelidade as forças e momentos aerodinâmicos que agem em uma aeronave, a partir da análise de dados de voo. Os resultados obtidos pela identificação do modelo dinâmico da aeronave podem ser amplamente aplicados no desenvolvimento de sistemas de controle adaptativo, identificação automática de falhas em voo, aprendizado de máquina informado por física e a geração de gêmeos digitais. Este trabalho aplica a identificação de sistemas como ferramenta de validação ao nível de sistema e subsistemas de uma aeronave de asa fixa, extraindo as derivadas de estabilidade e controle dos dados de voo analisados, usando como método de estimação de parâmetros os mínimos quadrados. Os modelos longitudinal e látero-direcional estimados são posteriormente validados em um simulador de voo com seis graus de liberdade, utilizado para reconstruir a trajetória da aeronave.

Among the stages of the lifecycle of an aeronautical project, one of the main challenges concerns the validation of the aircraft's flight dynamics. System identification emerges as a tool to determine a mathematical model that abstracts the aerodynamic forces and moments acting on an aircraft, based on the analysis of flight data. The results obtained from the identification of the aircraft's dynamic model can be widely applied in the development of adaptive control systems, automatic fault identification in flight, physics-informed machine learning, and the generation of digital twins. This work applies system identification as a validation tool at the system and subsystem levels of a fixed-wing aircraft, extracting the stability and control derivatives from the analyzed flight data, using the least squares method for parameter estimation. The estimated longitudinal and lateral-directional models are subsequently validated in a six-degree-of-freedom flight simulator, used to reconstruct the aircraft's trajectory.