Daniel Simon

Styrsystem som hjälper piloten flyga säkert

Styrsystem i moderna flygplan ska sätta stopp om piloten gör en hastig manöver som äventyrar säkerheten. Speciellt viktigt är det i jaktflygplan där piloten kan tvingas manövrera flygplanet precis på gränsen för vad konstruktionen klarar. Reglermetoder från processindustrin anpassas nu för att passa flyget.

En av de viktigaste faktorerna när man konstruerar ett flygplan är att flygplanet ska vara enkelt och säkert att flyga. Därför är det av yttersta vikt att man konstruerar flygplanens styrsystem så att piloten inte kan sätta flygplanet i en sådan situation att säkerheten äventyras. En sådan situation kan vara att piloten styr flygplanet så att det tappar sin lyftkraft och därmed sin förmåga att flyga eller också att kraftig turbulens utsätter konstruktionen för allt förstora påfrestningar.

Speciellt viktigt är detta även i designen av styrsystem för jaktflygplan. Dessa kräver maximal manöverförmåga för att kunna ha övertaget i en luftstrid eller då de måste utmanövrera en fientlig missil. Piloterna manövrerar flygplanen väldigt nära gränsen för vad farkosten klarar av och ett automatiskt skydd, så kallat manöverskydd, mot att hamna i en riskfylld situation är en nödvändighet.

I min forskning studerar jag hur man med hjälp av intelligenta datoralgoritmer i flygplanens styrsystem ska kunna förebygga och hindra att flygplanet överskrider de begränsningar som finns i konstruktionen och hamnar i ett riskfyllt tillstånd.

Prediktionsreglering

Ett sätt som man kan göra detta är med så kallad prediktionsreglering, vilket har använts framgångsrikt inom till exempel processindustrin. Prediktionsreglering innebär i praktiken att datorn försöker förutspå (prediktera) flygplanets framtida rörelser och utifrån det finna de bästa styrkommandona så att inga begränsningar överskrids samtidigt som pilotens önskemål i största möjliga utsträckning följs. Detta görs genom att man formulerar ett matematiskt optimeringsproblem där man vill minimera skillnaden mellan pilotens önskemål och prediktionen av flygplanets framtida beteende. Bivillkor till detta optimeringsproblem är då flygplanets dynamik och alla de begränsningar som kan finnas i systemet. Detta optimeringsproblem löses sedan av flygplanets styrdator så fort nya mätdata är tillgängliga, det vill säga många gånger varje sekund. Dessa optimeringsproblem är komplicerade och kräver mycket beräkningskraft. En stor utmaning är därför att göra dessa enklare och mer anpassade för flygindustrin.

Min forskning

I min forskning fokuserar jag på de teoretiska egenskaperna hos de optimeringsproblem som prediktionsregleringen ger upphov till. Jag försöker anpassa dessa optimeringsproblem så att de ska vara relativt lätta att lösa samtidigt som de ska hantera de specifika problem som finns i flygindustrin. För mer detaljerad information om mina forskningsresultat se min forskningssida.