Longitudinal control of a fixed wing UAV

Abstract

This article presents an approach to the mathematical model of a fixed wing unmanned aerial vehicle prototype. The model is split in two different parts, related to the longitudinal and lateral stability, respectively. For this, Newton-Euler formulation is used as well as basic aerodynamic theory. Aerodynamic coefficients, inertias and characteristic points of the aircraft are obtained through simulations with an open-source software called XFLR-5, and the physical parameters of the model match the prototype’s. Then, a longitudinal control strategy describes the altitude control in a cascade architecture, whose inner loop conveniently manoeuvres the pitch angle by acting on the symmetric flag deflection. Frequency domain techniques are used to design PID controllers.

Este artículo presenta una aproximación al modelo matemático de un prototipo de vehículo aéreo no tripulado de ala fija. El modelo está dividido en dos partes diferentes, relacionadas con la estabilidad longitudinal y lateral, respectivamente. Para esto, se utiliza la formulación de Newton-Euler, así como la teoría aerodinámica básica. Los coeficientes aerodinámicos, las inercias y los puntos característicos de la aeronave se obtienen a través de simulaciones con un software de código abierto llamado XFLR-5, y los parámetros físicos del modelo coinciden con los del prototipo. Luego, una estrategia de control longitudinal describe el control de altitud en una arquitectura en cascada, cuyo bucle interno maniobra convenientemente el ángulo de inclinación actuando sobre la desviación de la bandera simétrica. Las técnicas de dominio de frecuencia se utilizan para diseñar controladores PID.