2024 edition here!
https://youtu.be/AFb85zKAyqU
More info and photos at:
http://www.rocketryforum.com/showthread.php?35679-Active-roll-control-system-Success
ENGLISH:
This video is a summary of my master's degree thesis in aerospace engineering from Università degli Studi di Palermo (Italy).
Rockets spin about their longitudinal axis due to imperfect alignments in construction. This behavior could be a problem for telemetric systems or when guidance control on the other two axes are used.
In my thesis I designed, made and tested an automatic control system to negate the angular roll speed of a model rocket.
The system uses two control fins (aerodynamic control) moved by a flight computer equipped with a 3DOF gyroscope, an accelerometer and an atmospheric pressure sensor. I entirely scratch built this flight computer: designing the electronics, creating custom printed circuit boards and programming in C language. The code contain also two digital Kalman filters which compute an optimal estimation of the state-space from sensor data.
To design the digital controller and to predict the dynamic behavior of the entire rocket I implemented in Matlab / Simulink a 6 degree of freedom mathematical model. All aerodynamic parameters where estimated with real test flight data or with McDonnell Douglas Digital DATCOM Fortran code (a program which uses semi-empirical methods).
I also designed and built the solid rocket motor from a commercial combustion chamber, machinging a custom exhaust nozzle.
ITALIANO:
Questo video riassume la tesi che ho realizzato per conseguire la Laurea Magistrale in Ingegneria Aerospaziale con votazione di 110/110 e lode presso l'Università degli Studi di Palermo.
I razzi tendono a ruotare spontaneamente intorno all'asse longitudinale a causa di imperfezioni costruttive. Ciò è un problema quando sono imbarcati sistemi di guida che agiscono sui restanti assi o dispositivi quali antenne telemetriche o ricevitori GPS.
La tesi consiste nel progetto, nella costruzione e nella realizzazione di un sistema automatico di controllo attivo del rollio che annulli la velocità angolare di un modello di razzo.
Il sistema utilizza due alette mobili mosse da un computer di bordo equipaggiato con un giroscopio a tre assi, un accelerometro e un sensore di pressione atmosferica.
Il computer di bordo è stato da me completamente progettato e costruito, disegnando lo schema elettrico, realizzando il circuito stampato e programmando il microcontrollore in linguaggio C. Il software contiene due filtri di Kalman che permettono di ricostruire lo spazio di stato con i dati provenienti dai sensori.
Il progetto del controllore e lo studio del comportamento dinamico del razzo è stato eseguito implementando in ambiente Matlab / Simulink un modello matematico a 6 gradi di libertà. Tutte le caratteristiche aerodinamiche sono state stimate a partire da test in volo del razzo o utilizzando il software Digital DATCOM creato della McDonnell Douglas che utilizza metodi semiempirici.
Anche il motore a razzo è stato da me progettato e realizzato a partire da una camera di combustione commerciale.