Application of artificial intelligence methods for the design and development of aircraft flight control laws

Résumé

Le développement des systèmes de commande de vol a toujours été le sujet principal de nombreuses études. Dans l'aviation affaires, il est essentiel d'assurer la stabilité, la robustesse et la précision des performances de suivi de l'avion pour garantir la sécurité et le confort des passagers pendant toute la durée du vol, en particulier pendant la phase de croisière et dans différents environnements de vol. Bien que les contrôleurs conventionnels aient révélé des performances précises, l'intégration de méthodologies basées sur l'intelligence artificielle peut offrir de nouvelles caractéristiques et capacités pour concevoir la prochaine génération de systèmes de commande de vol. Ces contrôleurs peuvent être développés sans connaissance explicite du modèle de l'avion, gérer efficacement les incertitudes et contrôler l'avion avec une configuration de paramètres fixes pour toutes les conditions de vol tout en présentant des caractéristiques adaptatives améliorées. Le premier article présente d'une méthodologie de contrôle constituée d'un système de logique floue adaptative de type 1 (T1AFLS) et d'un système de contrôle à mode glissant (SMC), pour contrôler le taux de tangage de l'avion et la vitesse vraie (TAS) pendant la croisière. Le T1FLS calcule la dynamique inconnue, qui est mises à jour à l'aide de lois d'adaptation conçues par le théorème de Lyapunov. Ensuite, les fonctions approximées sont intégrées dans le système SMC afin de garantir les performances de suivi de l'avion et d'assurer sa stabilité et sa robustesse. Dans la deuxième étude, le T1FLS a été transformé en un système de logique floue de type 2 amélioré à l'aide d'un nouvel algorithme de réduction de son type. Cet approximateur bidimensionnel peut gérer un plus grand nombre d'incertitudes. Les résultats de la simulation pour cette combinaison du T2FLS, du système de contrôle adaptatif et du système SMC ont été comparés à ceux du système T1AFSMC. Cette comparaison a révélé que les performances du T2AFSMC étaient légèrement supérieures à celles du T1AFSMC. Les deux systèmes T2AFSMC, utilisés à la fois pour le système de contrôle du taux de tangage et de la TAS, ont pu répondre aux exigences de stabilité, de robustesse et de performance de suivi de l'avion pendant la croisière. La troisième étude porte sur le développement d'un système de commande pour le mouvement latéral de l'avion. Le T2AFLS a été utilisé pour calculer la dynamique de l'avion pendant le vol. Cet approximateur a été utilisé dans un système de commande à mode glissant super-torsion, amélioré par des lois d'adaptation et par l'algorithme d'optimisation par essaims particulaires (PSO) pour trouver les valeurs des paramètres de la commande à mode glissant. Pour traiter la dynamique couplée du roulis et du lacet, un contrôleur intégral agissant sur l'angle de dérapage de l'avion a été utilisé pour stabiliser indirectement la vitesse de lacet. Ces méthodologies ont été évaluées pour s'assurer que les performances de l'aéronef étaient appropriées, et le mode de glissant adaptatif à super-torsion a donné de meilleurs résultats que le contrôle optimisé du mode de glissement par le PSO. Dans la quatrième étude, un système de commande de pilote automatique a été développé en utilisant une combinaison de réseaux neuronaux récurrents flous (FRNN) et des systèmes SMC. Dans ce système de pilotage automatique, deux réseaux neuronaux récurrents flous distincts ont été développés pour les modes de vitesse verticale et de maintien de l'altitude, ce qui a permis d'obtenir une très bonne approximation de la dynamique de l'avion. De plus, deux contrôleurs à mode glissant ont été appliqués pour permettre à l'avion de suivre les signaux de référence dans chaque mode. Ce système de pilotage automatique utilise un nouvel algorithme de transition flou pour passer d'un mode à l'autre. Les méthodologies proposées ont été validées l’aide d’une plateforme de simulation non linéaire, développée par les données de vol provenant d'un simulateur de vol d'avion de recherche de niveau D pour l'avion Cessna Citation X au LARCASE, dans différentes conditions de vol.

Date	29 janv. 2025
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Ruxandra Botez (Directeur(-trice)) & Georges Ghazi (Codirecteur(-trice))