KR101862221B1 - Flight control law simulation method and apparatus - Google Patents

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Abstract

본 발명은 항공기 비행제어법칙 시뮬레이션 장치를 개시하고 있다. 상기 장치는 항공기의 전체 시스템을 모의하기 위한 복수 개의 서브시스템 모듈을 포함하는 HETLAS 서브시스템 모듈(상기 HETLAS 서브시스템 모듈은 주로터, 꼬리로터, 동체 및 미익의 기본 헬리콥터 수학모델을 포함함), 드라이버(driver) 파일을 기반으로 각각의 HETLAS 서브시스템 모듈을 호출하여 실행하는 HETLAS 메인 모듈 및 상기 드라이버 파일과 SDC(Subsystem Data Connection) 파일을 기반으로 상기 HETLAS 모듈과 상기 HETLAS 서브 시스템 모듈과의 연동을 수행하는 인터페이스를 포함하되, 상기 인터페이스는 구조체 형식의 입출력 매개 변수를 갖고 해당 서브시스템 모듈을 호출하는 드라이버 파일로 이루어진다.The present invention discloses an aircraft flight control law simulation apparatus. The apparatus comprises a HETLAS subsystem module comprising a plurality of subsystem modules for simulating the entire system of an aircraft, the HETLAS subsystem module comprising a base helicopter mathematical model of a main rotor, a tail rotor, a fuselage and a tail, a HETLAS main module that calls and executes each HETLAS subsystem module based on a driver file, and the HETLAS module and the HETLAS subsystem module are linked with each other based on the driver file and an SDC (Subsystem Data Connection) file , The interface comprising a driver file having an input / output parameter of a structure type and calling the corresponding subsystem module.

Figure R1020160050161
Figure R1020160050161

Description

항공기 비행제어법칙 시뮬레이션 방법 및 장치{FLIGHT CONTROL LAW SIMULATION METHOD AND APPARATUS}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a flight control law simulation method and apparatus,

본 발명은 비행제어법칙 해석 및 시험 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 반복적인 제어법칙의 설계/해석 및 시험 절차를 효율적으로 수행하는 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a flight control law analysis and test method and apparatus, and more particularly, to a method and apparatus for efficiently performing repetitive control law design / analysis and test procedures.

전자식 비행제어시스템의 개발과 검증 과정은 그 중요성 및 복잡성으로 인해 항공기의 전 개발주기에서 많은 시간과 비용이 소모된다. 따라서 비행제어시스템의 개발 기간 단축 및 비행시험의 소모를 줄이는 것은 항공기의 개발비용과 기간에 많은 영향을 미치게 된다.The development and verification process of the electronic flight control system is time consuming and costly in the entire development cycle of the aircraft due to its importance and complexity. Therefore, shortening the development period of the flight control system and reducing the consumption of the flight test have a great influence on the development cost and duration of the aircraft.

최근에는 매틀랩/시뮬링크(Matlab/Simulink) 및 CONDUIT(CONtrol Designer's Unified InTerface) 등의 개발도구를 이용하여 기본적인 제어법칙의 설계 및 해석과 정량적인 기준에 부합하는 제어법칙의 게인 최적화가 용이해졌다. In recent years, development tools such as Matlab / Simulink and CONDUIT (CONtrol Designer's Unified InTerface) have been used to facilitate the design and analysis of basic control laws and the optimization of control laws in accordance with quantitative criteria.

그리고 근래의 비행제어 시스템은 게인 스케줄링, 모드 전환 로직 및 고장 보상기법 등을 반영한 다양한 제어모드가 사용된다. 이러한 제어모드의 평가는 비행제어법칙의 안정성 검토를 위해 필수적으로 요구된다. Recently, a variety of control modes are used for the flight control system, including gain scheduling, mode switching logic, and failure compensation techniques. The evaluation of these control modes is essential for the safety review of the flight control law.

그러나 모드 전환 시의 천이구간 및 항공기 기동에 따른 다양한 스케줄링과 로직의 평가는 매틀랩/시뮬링크 및 CONDUIT과 같은 개발도구를 이용하여 수행할 수 없고, 고-신뢰도를 갖는 비선형 항공기 모델을 적용한 조종사 평가환경을 통해서 가능하다.However, evaluation of various scheduling and logic according to the transitional section and aircraft maneuver during mode switching can not be performed using development tools such as matlab / simulink and CONDUIT, and the pilot evaluation environment using the high - reliability nonlinear aircraft model It is possible through.

이와 같이 비행제어소프트웨어의 개발은 제어법칙의 구조설계, 요구도 만족을 위한 제어게인 최적화, 선형해석, 비선형 시뮬레이션 해석, 조종사에 의한 비행 조종성 평가, 비행조종시스템 주요 구성품을 적용한 HILS(Hardware In the Loop Simulation) 시험평가, 그리고 비행시험에 이르는 절차를 반복적으로 거쳐 이루어져야 하는데 이러한 시뮬레이션 수행에 시간 및 사용자의 노력이 과도하게 투입되는 문제점이 있다.In this way, the development of the flight control software is based on the design of the control law, control optimization for satisfying requirements, linear analysis, nonlinear simulation analysis, flight control maneuverability by pilots, hardware in the loop (HILS) Simulation, test evaluation, and flight test, which are time consuming and user 's efforts to overload the simulation.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 목적은 항공기 전 개발기간/비용 및 위험도를 최소화시키며 비행제어시스템의 성능 및 신뢰도를 최대한으로 확보하기 위해서는 제어법칙의 적용 및 시험을 효율적으로 수행할 수 있는 통합 개발도구와 "Rapid Prototyping(신속한 프로토타이핑)" 방법을 제공하는 것이다.In order to solve the above-described problems, an object of the present invention is to minimize the development period / cost and risk of an aircraft and to efficiently apply the control law and test the flight control system in order to maximize the performance and reliability of the flight control system. It provides integrated development tools that can be performed and "Rapid Prototyping" methods.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 항공기 비행제어법칙 시뮬레이션 장치는 항공기의 전체 시스템을 모의하기 위한 복수 개의 서브시스템 모듈을 포함하는 HETLAS 서브시스템 모듈(상기 HETLAS 서브시스템 모듈은 주로터, 꼬리로터, 동체 및 미익의 기본 헬리콥터 수학모델을 포함함), 드라이버(driver) 파일을 기반으로 각각의 HETLAS 서브시스템 모듈을 호출하여 실행하는 HETLAS 메인 모듈 및 상기 드라이버 파일과 SDC(Subsystem Data Connection) 파일을 기반으로 상기 HETLAS 모듈과 상기 HETLAS 서브 시스템 모듈과의 연동을 수행하는 인터페이스를 포함하되, 상기 인터페이스는 구조체 형식의 입출력 매개 변수를 갖고 해당 서브시스템 모듈을 호출하는 드라이버 파일로 이루어질 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided an aircraft flight control law simulation apparatus including a HETLAS subsystem module including a plurality of subsystem modules for simulating an entire system of an aircraft A HETLAS main module that calls and executes each HETLAS subsystem module based on a driver file, and a HETLAS main module that executes the driver file and the Subsystem Data Connection (SDC) ) File, and the HETLAS module and the HETLAS subsystem module are interfaced with each other. The interface may be a driver file having a structure type input / output parameter and calling the corresponding subsystem module.

상기 드라이버 파일은 SDC 파일에 정의된 서브시스템 모델의 정보를 이용하여 각각의 서브시스템 모델에 대한 파일을 자동화 프로그램으로 생성한 것일 수 있다.The driver file may be a file generated by an automation program for each subsystem model using the information of the subsystem model defined in the SDC file.

새로 개발된 제어법칙을 기반으로 자동코드 생성 절차를 통해 타 소프트웨어와 인터페이스가 가능하도록 제어법칙 자동코드 및 CLAW(Control Law) 인터페이스 래퍼(wrapper) 파일을 생성하며, 상기 생성된 제어법칙 자동코드 및 CLAW 인터페이스 래퍼를 복수 개의 서브시스템과 연동시키고 상기 제어법칙 자동코드에 대한 비선형 시뮬레이션 평가를 수행할 수 있다.And generates a control law automatic code and a CLAW (Control Law) interface wrapper file so as to interface with other software through an automatic code generation procedure based on a newly developed control law, and generates the control law automatic code and CLAW The interface wrapper can be interlocked with a plurality of subsystems and a nonlinear simulation evaluation of the control law automatic code can be performed.

상기 항공기 비행제어법칙 시뮬레이션 장치는 상기 개발된 비행 제어법칙의 게인 스케줄링, 모드 스위칭 로직 및 고장보상기법을 포함하는 제어모드의 평가를 수행하는 데스크탑 엔지니어링 시뮬레이터(DESHE) 및 상기 HETLAS 모듈의 SDC와 드라이버 파일 기반의 인터페이스 구조를 활용하여 HILS(Hardware-In-the-Loop-Simulation) 환경과 연동시키는 HILS 연동 모듈을 더 포함할 수 있다.The aircraft flight control law simulation apparatus includes a desktop engineering simulator (DESHE) for performing evaluation of a control mode including gain scheduling, mode switching logic and failure compensation scheme of the developed flight control law, and an SDC and driver file Based interface structure and a HILS interworking module for interworking with a hardware-in-the-loop-simulation (HILS) environment.

상기 HETLAS 서브시스템 모듈은 조종사로부터 조종간 입력 데이터를 수신하는 파일럿 서브시스템 모듈, 상기 파일럿 서브시스템 모듈로부터 전송되는 조종간 입력 데이터를 판독하여 실행을 위해 필요한 신호들을 생성하는 FCS 서브시스템 모듈, 비행동역학 모델의 해석결과를 이용하여 항공기 센서에서 발생되는 운동정보를 모의하는 센서 서브시스템 모듈, 상기 FCS 서브시스템 모듈로부터 전송되는 신호들에 각각 대응하는 동작 제어 신호들을 생성하는 액츄에이터 서브시스템 모듈 및 상기 액츄에이터 서브시스템 모듈의 제어명령의 액츄에이터 변위로부터 로터 블레이드 각을 계산하여 해석모듈로 전달하는 기계식 비행 제어시스템 모듈을 포함할 수 있다.The HETLAS subsystem module includes a pilot subsystem module for receiving interloak input data from a pilot, an FCS subsystem module for reading interloak input data transmitted from the pilot subsystem module and generating signals necessary for execution, An actuator subsystem module for generating operation control signals corresponding to the signals transmitted from the FCS subsystem module, and an actuator subsystem module for generating motion control signals corresponding to the signals transmitted from the FCS subsystem module, And a mechanical flight control system module for calculating the rotor blade angle from the actuator displacement of the control command of the control command and transmitting it to the analysis module.

상기 HETLAS 서브시스템 모듈은, 헬리콥터 기동 중의 환경 변수 데이터들을 나타내는 신호들을 발생시키는 신호 발생기 서브시스템 모듈 및 상기 액츄에이터 서브시스템 모듈로부터 전송되는 동작 제어 신호들 및 상기 신호 발생기 서브시스템 모듈로부터 전송되는 상기 환경 변수 데이터들을 나타내는 신호들에 따라 헬리콥터의 토크, 동체, 메인 로터, 테일 로터, 수직안정판, 수평안정판이 받게 되는 힘과 모멘트를 계산하는 헬리콥터 6자유도 모듈을 더 포함할 수 있다.Wherein the HETLAS subsystem module comprises: a signal generator subsystem module for generating signals representative of environmental variable data during helicopter start-up; and a control unit operable to receive operation control signals transmitted from the actuator subsystem module, A helicopter six degree of freedom module for calculating the forces and moments received by the helicopter's torque, body, main rotor, tail rotor, vertical stabilizer, and horizontal stabilizer according to signals representing the data.

상기 HETLAS 메인 모듈은, 상기 파일럿 서브시스템 모듈을 통하여 조종사로부터 입력받는 트림 실행 명령에 따라 상기 FCS 서브시스템 모듈, 상기 액츄에이터 서브시스템 모듈, 상기 신호 발생기 서브시스템 모듈, 상기 헬리콥터 6자유도 모듈을 호출하여 트림 연산을 수행하는 헬리콥터 트림 해석 모듈, 상기 파일럿 서브시스템 모듈을 통하여 조종사로부터 입력받는 선형화 실행 명령에 따라 상기 FCS 서브시스템 모듈, 상기 액츄에이터 서브시스템 모듈, 상기 신호 발생기 서브시스템 모듈, 상기 헬리콥터 6자유도 모듈을 호출하여 선형화 연산을 수행하는 헬리콥터 선형화 해석 모듈 및 상기 파일럿 서브시스템 모듈을 통하여 조종사로부터 입력받는 시뮬레이션 실행 명령에 따라 상기 FCS 서브시스템 모듈, 상기 액츄에이터 서브시스템 모듈, 상기 헬리콥터 6자유도 모듈을 호출하여 시뮬레이션 연산을 수행하는 헬리콥터 시뮬레이션 해석 모듈을 포함할 수 있다.The HETLAS main module calls the FCS subsystem module, the actuator subsystem module, the signal generator subsystem module, and the helicopter 6 degree-of-freedom module according to a trim execution command input from the pilot through the pilot subsystem module The FCS subsystem module, the actuator subsystem module, the signal generator subsystem module, the helicopter 6-degree-of-freedom system, and the helicopter 6-degree-of-freedom system according to a linearization execution command input from a pilot through the pilot subsystem module. Module, a helicopter linearization analysis module that performs a linearization operation by calling a module, and a simulation execution command input from a pilot through the pilot subsystem module, wherein the FCS subsystem module, the actuator subsystem module, And a helicopter simulation analysis module that performs a simulation operation by calling a six degree of freedom module.

상기 항공기 비행제어법칙 시뮬레이션 장치는 비행제어법칙을 개발하기 위한 도구를 제공하는 제어법칙 개발 모듈을 더 포함할 수 있다.The aircraft flight control law simulation apparatus may further include a control law development module that provides a tool for developing a flight control law.

본 발명의 일 실시예에 따른 항공기 비행제어법칙 시뮬레이션 방법 및 장치에 따르면, 비선형 시뮬레이션 해석에서부터 데스크탑 엔지니어링 시뮬레이터 DESCH와 조종성 시뮬레이터 그리고 HILS의 탑재 소프트웨어 환경에 이르기까지 동일한 제어법칙 모델을 이용하여 시험/평가를 가능하게 하는 효과가 있다.According to the aircraft flight control law simulation method and apparatus according to an embodiment of the present invention, test / evaluation using the same control law model from nonlinear simulation analysis to desktop engineering simulation simulator DESCH, maneuverability simulator and HILS mounted software environment .

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 항공기 비행제어법칙 시뮬레이션 방법 및 장치에 따르면, 제어법칙 개발을 위한 상기 과정에서 HETLAS를 중심으로 한 연동 프로세스에 의해 비행제어법칙 개발이 효율적으로 수행되도록 하는 효과가 있다.In addition, according to the method and apparatus for simulating an aircraft flight control law according to another embodiment of the present invention, it is possible to efficiently perform flight control law development by an interlocking process based on HETLAS in the above process for developing a control law have.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비행제어법칙 개발 방법을 개략적으로 나타낸 도면,
도 2는 HETLAS 배치(batch) 분석 환경을 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비행제어법칙 시뮬레이션 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 비행제어법칙 시뮬레이션 장치의 내부 인터페이스 구성을 나타낸 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 비행제어법칙 시뮬레이션 장치와 제어법칙의 통합 방법을 설명하기 위한 도면,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 비행제어법칙 시뮬레이션 장치를 통해 데스크톱 엔지니어링 시뮬레이션을 수행하는 것을 설명하기 위한 도면,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 비행제어법칙 시뮬레이션 장치와 HQS의 통합 방법을 설명하기 위한 도면이다.
FIG. 1 schematically illustrates a method for developing a flight control law according to an embodiment of the present invention. FIG.
Figure 2 shows a HETLAS batch analysis environment,
FIG. 3 is a schematic view illustrating a configuration of a flight control law simulation apparatus according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating an internal interface configuration of a flight control law simulation apparatus according to an embodiment of the present invention;
5 is a view for explaining a method of integrating a flight control law simulation apparatus and a control law according to an embodiment of the present invention;
FIG. 6 is a diagram for explaining a desktop engineering simulation through a flight control law simulation apparatus according to an embodiment of the present invention; FIG.
7 is a view for explaining a method of integrating a flight control law simulation apparatus and an HQS according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. And / or < / RTI > includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the relevant art and are to be interpreted in an ideal or overly formal sense unless explicitly defined in the present application Do not.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In order to facilitate the understanding of the present invention, the same reference numerals are used for the same constituent elements in the drawings and redundant explanations for the same constituent elements are omitted.

본 명세서에 걸쳐서 비행제어법칙 시뮬레이션 모듈(또는 장치)은 소프트웨어 프로그램일 수 있다. 이는 윈도우 워크스테이션 기반의 헬리콥터 비행역학 해석프로그램일 수 있고, 고 충실도 요소기반 모델링 기법과 비행역학 해석 모듈인 트림, 선형화 및 시뮬레이션 기법을 제공하여 비행 제어 법칙 시스템 개발에 이용될 수 있다. 비행제어법칙 시뮬레이션 모듈은 컴퓨터 판독가능한 기록매체에 저장될 수 있으며, 이를 HETLAS: HElicopter Trim, Linearization And Simulation)이라 부를 수 있다.Throughout this specification, the flight control law simulation module (or device) may be a software program. It can be used as a helicopter flight mechanics analysis program based on Windows workstation and can be used to develop flight control law system by providing high fidelity factor based modeling technique and trim, linearization and simulation technique which is flight analysis module. The flight control law simulation module may be stored on a computer readable recording medium and may be referred to as HETLAS: HElicopter Trim, Linearization And Simulation.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비행제어법칙 개발 방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.1 is a schematic view illustrating a method of developing a flight control law according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, HETLAS를 이용한 비행제어법칙의 개발은 비선형 시뮬레이션 해석에서부터 데스크탑 엔지니어링 시뮬레이터(DESHE: Desktop Engineering Simulator using HETLAS)와 조정성 시뮬레이터 및 HILS(Hardware-In-the-Loop Simulator)의 탑재 소프트웨어 환경에 이르기까지 동일한 제어법칙 모델을 이용하여 시험/평가를 가능하게 한다. Referring to FIG. 1, the development of the flight control law using the HETLAS is carried out from the nonlinear simulation analysis to the Desktop Engineering Simulator using HETLAS (DESHE), the tuning simulator, and the hardware software of the hardware-in-the-loop simulator Environment to the test / evaluation using the same control law model.

먼저, HETLAS 선형화된 수학 모델(트림 및 선형해석 프로그램 포함)을 기반으로 비행 제어에 대한 요구도를 받아 이를 만족시키는 매틀랩/시뮬링크 및 CONDUIT 등의 개발도구를 이용하여 기본적인 제어법칙을 설계하고 시간영역 및 주파수 영역의 폐루프 해석을 수행할 수 있다. 그리고는, 선형해석을 수행하여 게인을 선정한 제어법칙은 고 충실도 비선형 모델을 이용한 시뮬레이션 평가를 위해 자동코드로 변환한다. HETLAS는 자동코드로 변환된 제어법칙과 서브시스템의 연동절차를 제공하여, 간편한 비선형 시뮬레이션 평가를 가능하게 한다. First, based on the HETLAS linearized mathematical model (including trim and linear analysis program), basic control law is designed by using development tools such as matlab / simulink and CONDUIT, It is possible to perform closed-loop analysis of the region. Then, the control law that selects gain by performing linear analysis is converted into automatic code for simulation evaluation using high fidelity nonlinear model. HETLAS provides an interlocking procedure of control laws and subsystems converted to automatic codes, enabling simple nonlinear simulation evaluation.

그리고는, HETLAS를 이용한 데스크탑 엔지니어링 시뮬레이터(DESHE)를 통해 비행제어법칙의 게인 스케줄링, 모드 스위칭 로직 및 고장보상기법 등의 다양한 제어모드의 평가를 수행할 수 있다. 다음으로, SDC(Subsystem Data Connection) 파일 및 드라이버 파일을 이용하는 HETLAS 인터페이스 구조를 활용하여 조종성 시뮬레이터 및 탑재 시스템을 시험하는 HILS 환경과 연동시킬 수 있다. 상기 연동을 통해 제어법칙을 시뮬레이션할 수 있고, 반복적인 비행제어법칙 개발 및 형가를 효율적으로 수행할 수 있다.Through the Desktop Engineering Simulator (DESHE) using HETLAS, it is possible to evaluate various control modes such as gain scheduling of flight control law, mode switching logic, and fault compensation technique. Next, it can be linked with the HILS environment which tests the maneuverability simulator and the mounting system by utilizing the HETLAS interface structure using the SDC (Subsystem Data Connection) file and the driver file. The control law can be simulated through the interlocking, and the repetitive flight control law can be developed and the penalty can be efficiently performed.

도 2는 HETLAS 배치(batch) 분석 환경을 나타낸 도면이다.Figure 2 shows a HETLAS batch analysis environment.

본 발명의 실시예에 있어서, 높은 대역폭을 갖는 비행제어기의 개발을 위해 고-충실도의 수학모델이 요구될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 HETLAS는 고-충실도의 모델링을 위해 레벨 2의 주로터 모델링 기법과 선택적으로 사용가능한 레벨 1 및 레벨2의 꼬리 로터 모델링 기법이 차용될 수 있다. In an embodiment of the present invention, a high-fidelity mathematical model may be required for the development of flight controllers with high bandwidth. The HETLAS according to an embodiment of the present invention can employ a level 2 mainter modeling technique and a selectively available level 1 and level 2 tail rotor modeling technique for high-fidelity modeling.

기체에 대한 공력모델은 동체 모델과 동체에 수평 및 수직 안정판을 장착한 scale-model에 대한 풍동 시험데이터 베이스를 활용할 수 있다. 특히, 각속도를 갖는 기동비행해석을 위해 위의 풍동시험 데이터베이스를 활용하여 수직 및 수평안정판의 공력특성을 별도의 테이블로 데이터베이스화하여 사용할 수 있다. 높은 받음각과 옆 미끄럼 각에 대한 공력 데이터베이스는 경험식을 이용하여 구성될 수 있다. FBW FCS(Flight Control System) 개발환경에 필요한 비행역학 해석 모듈은 크게 트림해석, 선형화 및 제어입력에 대한 시뮬레이션 모듈 등으로 구분할 수 있다. 이를 위해 HETLAS는 harmonic balance 기법 및 periodic trim 기법을 이용한 트림해석, 미소교란 이론을 이용한 선형화 해석, 4차의 Runge-Kutta 시간적분법 및 RTAM-3(Real-Time Adams-Moulton) 시간적분법 등을 이용한 시뮬레이션 등의 해석 모듈을 포함할 수 있다.An aerodynamic model for the airframe can utilize a wind tunnel test database for a scale model with horizontal and vertical stabilizers on the fuselage and fuselage. Especially, for aerodynamic flight analysis with angular velocity, aerodynamic characteristics of vertical and horizontal stabilizers can be databaseized using separate table by utilizing the above wind tunnel test database. An aerodynamic database for high angles of attack and side slip angles can be constructed using empirical formulas. FBW Flight Control System (FCS) The flight mechanics analysis module required for the development environment can be largely classified into the trim analysis, the linearization, and the simulation module for the control input. For this purpose, HETLAS is simulated using the harmonic balance method, the trim analysis using the periodic trim method, the linearization analysis using the micro-perturbation theory, the fourth-order Runge-Kutta time integration method and the RTAM-3 (Real-Time Adams-Moulton) time integration method. And the like.

도 2를 참조하면, 다양한 조건의 해석을 일괄적으로 수행하기 위해 도 2와 같이 설정파일을 이용하여 해석조건을 정의하고 각각의 설정파일을 순차적으로 읽어 들여 해석을 수행하는 배치(batch) 해석 환경을 고려할 수 있다. 또한 설정 파일에서는 해석 조건 설정과 사용자 편의를 위해서 다양한 명령어를 사용할 수 있도록 구성될 수 있다. 이때, 주요한 명령어는 "call', "halt" 및 "connection" 등이 있다. "call" 명령어는 서브시스템 모델을 호출하여 정의되어 있는 변수의 값을 변경할 수 있는 기능을 제공하며(예: call analysis; height = 1000;), "halt" 명령어는 다양한 제어로직의 평가 등을 위해서 시뮬레이션 수행 중 일시 정지시켜 switch 데이터 등의 입력 값을 변경하고 시뮬레이션을 재수행할 수 있는 수단을 제공한다. "connection" 명령어는 SDC(Subsystem Data Connection)파일에 정의된 데이터 연결 정의를 각각의 설정파일에서 연결(connection) 명령어로 재정의하여 해석을 수행하게 하는 기능을 수행한다.Referring to FIG. 2, in order to perform analysis of various conditions in a batch, an analysis condition is defined using a configuration file as shown in FIG. 2, a batch analysis environment for sequentially reading each configuration file, Can be considered. In addition, the configuration file can be configured to use various commands for setting analysis conditions and for user convenience. The main commands are "call", "halt" and "connection." The "call" command provides the ability to change the value of a defined variable by calling the subsystem model (eg call analysis ; height = 1000;), "halt" command pauses during simulation for evaluation of various control logic, provides a means to change input values such as switch data and re-execute simulation. Performs the analysis by redefining the data connection definition defined in the SDC (Subsystem Data Connection) file with a connection command in each configuration file.

시간영역 시뮬레이션은 트림해석 결과인 "*.trm" 파일을 로딩하여 수행하도록 함으로써 사용자가 정의한 항공기의 다양한 트림 상태로부터 시뮬레이션이 시작할 수 있도록 구성될 수 있다.The time domain simulation can be configured so that the simulation can be started from various trim states of the user defined airplane by loading and executing the "* .trm" file which is the result of the trim analysis.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비행제어법칙 시뮬레이션 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 비행제어법칙 시뮬레이션 장치(예컨대, HETLAS)는 인터페이스(210), 실행모듈(212), 공유메모리(214), 명령어 해석모듈(216), SDC 해석 모듈(218), 및 복수 개의 서브시스템 모듈들(220, 230, 240, 250, 260, 270, 280)을 포함할 수 있다.3 is a schematic diagram illustrating a configuration of a flight control law simulation apparatus according to an embodiment of the present invention. 3, a flight control law simulation apparatus (e.g., HETLAS) according to an embodiment of the present invention includes an interface 210, an execution module 212, a shared memory 214, an instruction interpretation module 216, An SDC interpretation module 218 and a plurality of subsystem modules 220, 230, 240, 250, 260, 270, and 280.

도 3을 참조하면, 실행모듈(212), 공유메모리(214), 명령어 해석모듈(216) 및 SDC 해석 모듈(218)은 메인 모듈을 구성할 수 있다. 실행모듈(212)은 각 서브시스템 모듈의 드라이버 파일을 호출하여 실행하는 기능을 수행할 수 있다. 공유메모리(214)는 데이터베이스화 되어 저장된 다양한 데이터를 저장할 수 있다. 명령어 해석모듈(216)은 앞서 설명한 "call", "halt" 및 "connection" 등을 포함하는 다양한 컴퓨터 명령어를 해석하는 기능을 수행하며, 이를 기반으로 드라이버 파일을 통해 서브시스템 모듈을 호출할 수 있다. SDC 해석 모듈은 SDC 파일을 해석하는 기능을 수행한다.Referring to FIG. 3, the execution module 212, the shared memory 214, the instruction interpretation module 216, and the SDC interpretation module 218 may constitute a main module. The execution module 212 may perform a function of calling and executing a driver file of each subsystem module. The shared memory 214 may store various data stored in a database. The command interpreting module 216 interprets various computer commands including the above-described "call "," halt ", and "connection ", and can call the subsystem module through the driver file . The SDC interpretation module performs the function of interpreting the SDC file.

복수 개의 서브시스템 모듈들(220, 230, 240, 250, 260, 270, 280)은 파일럿 서브시스템 모듈(220), 센서 서브시스템 모듈(230), 액츄에이터 서브시스템 모듈(240), 헬리콥터 비행동역학 해석 모듈(250), FCS(Flight Control System) 서브시스템 모듈(260), Swashplate 서브시스템 모듈(270), 및 기계식 조종장치 모듈(280)을 포함할 수 있다. The plurality of subsystem modules 220, 230, 240, 250, 260, 270 and 280 includes a pilot subsystem module 220, a sensor subsystem module 230, an actuator subsystem module 240, a helicopter flight dynamics analysis Module 250, an Flight Control System (FCS) subsystem module 260, a Swashplate subsystem module 270, and a mechanical steering module 280. [

FCS 서브시스템 모듈(250)은 설계한 제어법칙과 연동하여 조종사 입력 데이터 및 센서 데이터 등의 제어로직 해석 수행에 필요한 데이터를 받아들이고 제어출력을 전달하는 서브시스템 모듈이다. 파일럿 서브시스템 모듈(220)은 조종사의 조종입력을 모의하기 위해서 미리 정의된 사용자 입력을 이용하여 시간에 따른 조종입력을 생성하는 서브시스템 모델이다. 센서 서브시스템 모듈(230)은 비행동역학 모듈의 해석결과를 이용하여 항공기의 센서에서 발생되는 수정대기속도, 상승률, 대지속도 등의 기본적인 항공기의 운동정보를 모의할 수 있다. 그리고 조종성 시뮬레이터 연동 시에는 IG(Image Generator) 영상으로부터 전송받은 지형의 고도 데이터를 이용하여 레이더 고도를 출력할 수 있다. 액추에이터 서브시스템 모듈(240)은 항공기의 주로터 및 꼬리로터 액추에이터 전달함수를 이용하여 모델링될 수 있다. MFCS 서브시스템 모델(280)은 헬리콥터의 기계식 조종장치 모델로서 제어명령의 액추에이터 변위로부터 로터 블레이드 각을 계산하여 해석모듈로 전달할 수 있다.The FCS subsystem module 250 is a subsystem module that receives data necessary for performing control logic analysis such as pilot input data and sensor data in conjunction with the designed control law and delivers the control output. The pilot subsystem module 220 is a subsystem model that generates control inputs over time using predefined user inputs to simulate pilot pilot inputs. The sensor subsystem module 230 can simulate basic aerodynamic motion information such as a correction airspeed rate, an increase rate, a ground speed, etc., generated in the sensor of the aircraft using the analysis result of the flight dynamics module. When the maneuverability simulator is interlocked, the altitude data of the terrain received from the IG (Image Generator) image can be used to output the radar altitude. The actuator subsystem module 240 may be modeled using the aircraft main and tail rotor actuator transfer functions. The MFCS subsystem model 280 is a helicopter's mechanical steering model that can calculate rotor blade angles from the actuator displacements of the control commands and pass them to the analysis module.

그 외에도, HETLAS 프로그램은 헬리콥터 6자유도 모듈로서, 엔진데이터 베이스를 이용하여 엔진 추력을 계산하는 엔진 서브시스템 모듈과, 공력 데이터베이스 내의 각 구성요소별 공력 계수를 이용하여 현재의 비행 환경 조건에 대응되는 헬리콥터의 각 구성부분의 6자유도를 계산하는 동체 서브시스템 모듈과, 메인 로터 서브시스템 모듈과, 테일 로터 서브시스템 모듈과, 수직안정판 모듈과, 수평안정판 모듈을 포함할 수 있다. In addition, the HETLAS program is a helicopter six degree-of-freedom module, which includes an engine subsystem module for calculating the engine thrust using an engine database, and an engine subsystem module for calculating the engine thrust using the aerodynamic parameters for each component in the aerodynamic database. A main rotor sub-system module, a tail rotor sub-system module, a vertical stabilizer module, and a horizontal stabilizer module, which calculate six degrees of freedom of each component of the helicopter.

또한, 본 발명에 따른 HETLAS는 헬리콥터 6자유도 모듈과 신호를 송수신하는 다른 서브시스템들로서, FCS 서브시스템 모듈(260)은 파일럿 서브시스템 모듈(220)로부터 전송되는 조종간 입력 데이터에 대응하는 헬리콥터 동작을 위해 필요한 4개의 신호 즉, 메인 로터 콜렉티브(main rotor collective) 신호와 테일 로터 콜렉티브(tail rotor collective) 신호와 래터럴 싸이클릭(lateral cyclic) 신호와 롱지튜디널 싸이클릭(longitudinal cyclic) 신호를 생성할 수 있다.In addition, the HETLAS according to the present invention is a helicopter 6-DOF module and other subsystems for transmitting and receiving signals. The FCS subsystem module 260 performs helicopter operation corresponding to inter-cooperative input data transmitted from the pilot subsystem module 220 The main rotor collective signal, the tail rotor collective signal, the lateral cyclic signal, and the long periodic cyclic signal. have.

액츄에이터 서브시스템 모듈(240)은 FCS 서브시스템 모듈(260)로부터 전송되는 상기 메인 로터 콜렉티브 신호와 테일 로터 콜렉티브 신호와 래터럴 싸이클릭 신호와 롱지튜디널 싸이클릭 신호에 대응하는 동작 제어 신호를 생성하여 헬리콥터 6자유도 모듈들 중의 해당 모듈로 전송할 수 있다.The actuator subsystem module 240 generates an operation control signal corresponding to the main rotor collective signal, the tail rotor collective signal, the lateral cyclic signal, and the long geodetic cyclic signal transmitted from the FCS subsystem module 260, Can be transmitted to the corresponding module of the six degree of freedom modules.

센서 서브시스템 모듈(230)은 헬리콥터 기동 중의 기타 환경 변수 데이터들을 나타내는 신호를 발생시키는 신호와, 액츄에이터 서브시스템 모듈(240)로부터의 동작 제어 신호 및 신호 발생기 서브시스템 모듈로부터의 환경 변수 데이터들을 나타내는 신호에 따른 헬리콥터 6자유도 모듈들의 동작을 감지할 수 있다.The sensor subsystem module 230 includes a signal for generating signals indicative of other environmental variable data during helicopter start, a signal for indicating an operation control signal from the actuator subsystem module 240 and environment variable data from the signal generator subsystem module To detect the operation of the helicopter 6 DOF modules according to the present invention.

또한, HETLAS 구성에 있어서, 실행모듈(212)은 사용자의 트림 실행 명령에 따라 서브시스템들 중의 해당 서브시스템 모듈들의 호출 수행 순서, 횟수 및 변수 입출력 관계를 특정한 후 트림 연산을 수행하는 헬리콥터 트림 해석 모듈, 사용자의 선형화 실행 명령에 따라 서브시스템 모듈들 중의 해당 서브시스템 모듈들의 호출 수행 순서, 횟수 및 변수 입출력 관계를 특정한 후 선형화 연산을 수행하는 헬리콥터 선형화 해석 모듈, 및 사용자의 시뮬레이션 실행 명령에 따라 서브시스템 모듈들 중의 해당 서브시스템 모듈들의 호출 수행 순서, 횟수 및 변수 입출력 관계를 특정한 후 시뮬레이션 연산을 수행하는 헬리콥터 시뮬레이션 해석 모듈을 포함할 수 있다.In the HETLAS configuration, the execution module 212 specifies a call execution order, a number of times, and a variable input / output relationship of the corresponding subsystem modules in the subsystems according to the user's trim execution command, and then performs a trim operation on the helicopter trim module A helicopter linearization analysis module that performs a linearization operation after specifying a call execution order, a frequency, and a variable input / output relationship of corresponding subsystem modules in the subsystem modules according to a user's linearization execution command, And a helicopter simulation analysis module for performing a simulation operation after specifying a call execution order, a frequency, and a variable input / output relationship of the corresponding subsystem modules among the modules.

또한, 내부 인터페이스(210)는 서브시스템 모듈들과 HETLAS 메인 모듈과 연결을 담당한다. 인터페이스(210)는 드라이버 파일을 이용할 수 있다. 드라이버 파일은 구조체 형식의 정형화된 입/출력 매개변수를 갖고 해당 서브시스템 모델을 호출하는 프로그램 파일이다. 이는 SDC 파일에 정의된 서브시스템 모델의 정보를 이용하여 각각의 서브시스템 모델에 대한 파일을 자동화 프로그램으로 생성한다. Also, the internal interface 210 is connected to the subsystem modules and the HETLAS main module. The interface 210 may use a driver file. A driver file is a program file that has a structured form of input / output parameters and calls the corresponding subsystem model. This creates an automatic program file for each subsystem model using the information of the subsystem model defined in the SDC file.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 비행제어법칙 시뮬레이션 장치의 내부 인터페이스 구성을 나타낸 도면이다.4 is a diagram illustrating an internal interface configuration of a flight control law simulation apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, HETLAS 내부 인터페이스는 드라이버 파일(414) 및 SDC 파일(420)을 이용하여 동작할 수 있다. HETLAS 실행 모듈(410)은 드라이버 파일(414)을 호출하고 드라이버 파일(414)은 각각의 서브시스템 모듈(416)을 호출할 수 있다. 따라서 드라이버 파일(414)은 HETLAS 실행 모듈(410)이 각기 다른 입/출력 매개변수를 갖는 서브시스템 모듈들(416)을 동일하고 정형화된 구조로 호출할 수 있는 수단을 제공할 수 있다.Referring to FIG. 4, the HETLAS internal interface may operate using driver file 414 and SDC file 420. The HETLAS executable module 410 calls the driver file 414 and the driver file 414 calls the respective subsystem module 416. [ Thus, the driver file 414 may provide a means by which the HETLAS executive module 410 may invoke subsystem modules 416 with different input / output parameters in the same and structured structure.

SDC 파일(420)은 HETLAS에서 서브시스템(416)을 실행하는데 필요한 데이터정보를 수록한 파일로서 입력변수, 출력변수, 변수의 형(data type), 데이터 흐름정보(입력데이터를 제공하는 서브시스템 이름 및 데이터 이름) 그리고 서브시스템 모델(416)의 실행 주기 등을 수록한 파일이다. 전체 HETLAS 서브시스템 모듈(416)의 실행과 관련한 데이터를 SDC 파일(420)을 이용하여 통합 관리할 수 있다. 따라서 SDC 파일(420)을 이용하여 드라이버 파일(414)의 생성뿐만이 아니라 시뮬레이션 시 데이터 흐름정보를 판독하여 공유메모리(412) 상에 있는 데이터를 연결하거나, 새로운 서브시스템 모듈(416)을 추가하는 등의 절차가 효율적으로 수행될 수 있다.The SDC file 420 is a file containing data information necessary for executing the subsystem 416 in the HETLAS, and includes an input variable, an output variable, a variable type, a data flow information (a subsystem name And data name) and the execution cycle of the subsystem model 416, and the like. Data related to the execution of the entire HETLAS subsystem module 416 can be integrated and managed using the SDC file 420. [ Therefore, not only the creation of the driver file 414 using the SDC file 420 but also the connection of data on the shared memory 412 or the addition of a new subsystem module 416 Can be performed efficiently.

시뮬레이션 해석 수행 시 HETLAS의 주 실행 모듈(410)은 SDC에 정의된 서브시스템(subsystem name #A, 'sim_connection')의 데이터 연결 정의(input_name #B, "subsystem #C :variable #D")를 판독하여 서브시스템 #A의 입력 변수 #B를 서브시스템 #C의 출력변수 #D로 주입하여 실행되도록 할 수 있다. 새로운 서브시스템 모델의 추가는 SDC에 관련 정보를 수록하고 드라이버 파일(414)을 생성하여 실행항목에 포함하는 것으로 가능하다.When performing the simulation analysis, the HETLAS main execution module 410 reads the data connection definition (input_name #B, "subsystem #C: variable #D") of the subsystem (subsystem name #A, 'sim_connection' So that the input variable #B of the subsystem #A is injected into the output variable #D of the subsystem #C to be executed. The addition of the new subsystem model is possible by storing the relevant information in the SDC and creating the driver file 414 and including it in the executable item.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 비행제어법칙 시뮬레이션 장치와 제어법칙의 통합 방법을 설명하기 위한 도면이다.5 is a view for explaining a method of integrating a flight control law simulation apparatus and a control law according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 현재까지 대부분의 제어법칙 개발 도구와 비선형 비행동역학 항공기 모델은 서로 통합되어 실행할 수 있는 환경으로 개발되어지지 않아서 제어법칙의 사용자 시뮬레이션을 통한 평가는 항상 복잡하고 어느 정도의 시간 소모적인 연동과정을 필요로 한다. 5, until now, most of the control law development tools and nonlinear flight dynamics aircraft models have not been developed into an environment that can be integrated with each other, so evaluation through user simulation of control laws is always complicated and time consuming In-process.

다만, 본 발명의 일 실시예에 따르면, rapid prototyping 개념을 위해 이러한 절차를 최소화하고 효율적으로 연동하여 시험할 수 있는 제어법칙과 HETLAS 간의 연동 절차를 제공할 수 있다.However, according to the embodiment of the present invention, it is possible to provide a procedure for interworking between HETLAS and a control law that minimizes such a procedure for efficient rapid prototyping, and can efficiently test it.

앞서 설명한 바와 같이, 기본적인 제어법칙의 개발은 비행제어법칙 시뮬레이션 장치에 포함된 매틀랩/시뮬링크 환경을 통해서 설계하고, 안정성, 제어기의 성능 및 조종성 평가 기준에 부합하는 제어 게인의 최적화는 CONDUIT을 통해 수행할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 비행제어법칙 시뮬레이션 장치는 매틀랩/시뮬링크 및 CONDUIT와 같은 비행제어법칙 개발도구를 제공할 수 있다. As described above, the development of the basic control law is designed through the matlab / simulink environment included in the flight control law simulation apparatus, and the optimization of the control gain that meets the stability, controller performance and maneuverability evaluation criteria is performed through the CONDUIT . According to an embodiment of the present invention, the flight control law simulation device may provide flight control law development tools such as mart / simulink and CONDUIT.

이렇게 설계한 제어법칙은 Matlab/Simulink의 Real-Time Workshop Embeded Coder를 통해서 자동코드 생성 절차에 따라 "C" 코드로 생성될 수 있다. 이때 자동코드 생성 옵션에서 “Templates"의 File customized Templates 기능을 적용하여 제어법칙 자동코드와 함께 CLAW(Control Law) 인터페이스 래퍼(interface wrapper) 파일을 생성한다. 이를 이용하여 HETLAS 및 탑재소프트웨어와 인터페이스가 가능하도록 할 수 있다.The control law designed in this way can be generated as "C" code according to the automatic code generation procedure through Matlab / Simulink's Real-Time Workshop Embeded Coder. At this time, in the option of automatic code generation, CLAW (Control Law) interface wrapper file is generated together with the control rule automatic code by applying the "File customized Templates" function of "Templates" to interface with HETLAS and mounting software .

Customized Template File에 목적하는 형태의 외부 인터페이스 양식을 정의하고, 이에 따라 입/출력 매개변수 양식을 갖고 자동코드를 호출하는 CLAW 인터페이스 래퍼를 생성할 수 있다. 따라서 CLAW 인터페이스 래퍼는 제어법칙 로직의 변경 또는 게인 수정 등의 제어 법칙의 변경에도 정의된 양식의 매개변수 입/출력 구문을 갖게 된다. 이는 반복적인 제어법칙 개발과정에서 동일한 형태로 외부와 인터페이스할 수 있는 수단을 제공할 수 있다.You can create a CLAW interface wrapper that defines the desired external interface form in the Customized Template File, and thus calls the auto code with the input / output parameter form. Therefore, the CLAW interface wrapper has a form of parameter input / output syntax that is also defined in a change of control laws such as control law logic changes or gain modification. This can provide a means of interfacing with the outside in the same form in the course of the iterative control law development process.

HETLAS에서는 비행제어컴퓨터의 기능을 모의하기 위해 FCS 서브시스템 모델을 포함하고 Matlab/Simulink에서 생성된 제어법칙 자동코드 CLAW interface wrapper와의 연동을 위해서 FCS 인터페이스 래퍼를 설계할 수 있다. FCS 인터페이스 래퍼는 CLAW 인터페이스 래퍼와의 연동을 고려해 미리 정의한 프로그램 파일로 서 Customized Template File에서 정의한 매개 변수 양식으로 CLAW 인터페이스 래퍼를 호출할 수 있다. In HETLAS, we can design the FCS interface wrapper to interwork with the control law automatic code CLAW interface wrapper created in Matlab / Simulink to include the FCS subsystem model to simulate the function of flight control computer. The FCS interface wrapper can call the CLAW interface wrapper in the form of a parameter defined in the Customized Template File as a predefined program file considering interworking with the CLAW interface wrapper.

따라서 제어법칙 설계로부터 비선형 비행동역학 항공기 모델을 이용한 시뮬레이션 해석은 ① 제어법칙 수정, ② 자동코드 생성, ③ HETLAS FCS 서브시스템 모델에 포함 및 재컴파일 그리고 ④ 해석 수행의 절차로 내부프로그램 수정 없이 효율적으로 수행이 가능하다.Therefore, the simulation analysis using the nonlinear flight dynamics aircraft model from the control law design is performed efficiently without modifying the internal program by the procedure of ① control law modification, ② automatic code generation, ③ embedding and recompiling in the HETLAS FCS subsystem model, and ④ analysis execution This is possible.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 비행제어법칙 시뮬레이션 장치를 통해 데스크톱 엔지니어링 시뮬레이션을 수행하는 것을 설명하기 위한 도면이다.6 is a diagram for explaining a desktop engineering simulation through a flight control law simulation apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, HETLAS는 제어법칙과 통합된 FCS 서브시스템 모듈, 파일럿 서브시스템 모듈 및 해석 모듈 등을 이용하여 조종입력 값에 대한 시간영역 시뮬레이션 해석 기능을 제공한다. 제어법칙 설계자는 이와 같은 HETLAS의 시뮬레이션 및 다양한 명령어 기능을 이용하여, 비 실시간 환경에서 설계한 로직의 평가를 수행 할 수 있다. 하지만 비행 조종성, 모드 전환 시의 안정성 또는 자동비행모드 등의 평가는 조종사에 의한 조종 시뮬레이션 환경에서 더욱 직관적이고 효율적이다. 이를 위하여 본 발명의 일 실시예에 따르면, HETLAS의 확장이 용이한 인터페이스 구조를 이용하여 도 6과 같이 데스크탑 시뮬레이터 DESHE(Desktop Engineering Simulator using HEtlas)를 제공할 수 있다.Referring to FIG. 6, HETLAS provides a time domain simulation analysis function for the steering input values using the FCS subsystem module integrated with the control law, the pilot subsystem module, and the analysis module. Control law designers can use these HETLAS simulations and various command functions to perform evaluation of logic designed in non-real-time environments. However, evaluation of flight maneuverability, stability during mode switching, or automatic flight mode is more intuitive and efficient in a pilot-controlled simulation environment. To this end, according to an embodiment of the present invention, a Desktop Engineering Simulator using HEtlas (DESHE) can be provided as shown in FIG. 6 by using an interface structure in which HETLAS can be easily extended.

이를 통해, 스케줄러 서브시스템을 개발하여 시뮬레이션의 시간 적분 수행 시 지정한 시간 간격으로 각각의 서브시스템 모델이 호출되어 해석이 수행되도록 할 수 있다. 또한, 영상 서브시스템 및 조종간 서브시스템을 개발하여 시뮬레이션 환경에 추가 장착할 수 있다. 새로이 개발되는 서브시스템은 HETLAS 인터페이스 구조를 이용하여 SDC 파일에 서브시스템 데이터 정보 및 데이터 흐름을 정의하고 드라이버 파일을 생성하여 실행 프로그램에 추가함으로써 자연스로운 연동이 수행될 수 있다.Through this, a scheduler subsystem can be developed and each subsystem model can be invoked at a specified time interval during time integration of the simulation to allow the analysis to be performed. Also, the image sub-system and control sub-system can be developed and added to the simulation environment. The newly developed subsystem can define the subsystem data information and the data flow in the SDC file using the HETLAS interface structure and generate the driver file and add it to the executable program so that the interworking can be performed smoothly.

영상 서브시스템은 상용 시뮬레이션 프로그램인 x-plane을 이용하여 시뮬레이터 화면을 구현할 수 있다. X-plane은 영상시현을 위해 필요한 라이브러리와 함수를 제공한다. 이를 이용하여 동적라이브러리 형태의 plugin을 생성하고 x-plane에 추가하는 것으로 연동을 수행할 수 있다. HETLAS 영상 서브시스템에서는 UDP 통신을 통해서 영상 시현을 위한 항공기 데이터를 전송하고, x-plane은 plugin으로 전송받은 데이터를 x-plane 내부 라이브러리 및 함수를 이용하여 시현하도록 구성할 수 있다.The image subsystem can implement a simulator screen using x-plane, which is a commercial simulation program. The X-plane provides the necessary libraries and functions for image visualization. Using this, we can create a dynamic library plugin and add it to the x-plane. In the HETLAS image subsystem, it is possible to transmit aircraft data for image visualization through UDP communication, and the x-plane can be configured to display the data transmitted by the plugin using the x-plane internal library and function.

본 발명의 실시예에 따르면, 조종간 서브시스템은 상용 조종간을 사용할 수 있다. 실시간 시뮬레이션 환경 상에서 조종사의 조종입력을 받아들여 해석 서브시스템으로 데이터를 전송한다. 조종성 시뮬레이터는 항공기의 형상이 결정되는 설계초기 단계부터 비행시험의 최종단계까지 수행되는 비행제어시스템의 설계, 개발 및 검증 업무에 필수적으로 사용되는 핵심 도구이다. 본 발명의 실시예에 따르면, 논문에서는 HETLAS 및 DESHE를 이용하여 개발한 제어법칙을 실시간 OS(Operating System) 기반의 조종성 시뮬레이터와 연동 할 수 있는 환경을 제공한다. 이에 따라 조종성 시뮬레이터를 이용하여 비행조건에 따른 안정여유도, 조종성 특성 분석 및 민감도 분석을 수행하여 비행제어법칙의 유효성 검증을 수행할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the inter-control sub-system may use a commercial control point. In the real-time simulation environment, the pilot's steering input is received and the data is transmitted to the analysis subsystem. The maneuverability simulator is a key tool that is essential for the design, development, and verification of flight control systems performed from the initial design stage to the final stage of the flight test. According to the embodiment of the present invention, the present invention provides an environment in which a control law developed using HETLAS and DESHE can be linked with a real-time operating system (OS) based maneuverability simulator. Therefore, it is possible to verify the validity of the flight control law by performing the stability margin, the maneuverability characteristic analysis, and the sensitivity analysis according to the flight condition using the maneuverability simulator.

조종성 시뮬레이터의 내부 인터페이스 구조는 HETLAS와 같이 드라이버와 SDC 파일을 이용한 실행 구조를 가질 수 있다. 제어법칙을 포함한 HETLAS의 FCS 서브시스템, 비행동역학 모델 및 그 외의 서브시스템 모델과 함께 SDC 파일 등의 HETLAS 전체 프로그램 파일을 별도의 수정 없이 조종성 시뮬레이터 환경으로 이동/복사 그리고 재 컴파일 하는 것으로 조종성 시뮬레이터 환경과 연동되어 실행될 수 있다. 이때 조종성 시뮬레이터의 실행 프로그램은 HETLAS와 조종성 시뮬레이터의 SDC 파일에 정의된 서브시스템 정보를 이용하여 드라이버 파일을 다시 생성하고 시뮬레이션 시 데이터 연결을 수행할 수 있다.The internal interface structure of the maneuverability simulator can have an execution structure using a driver and an SDC file like HETLAS. Copy and recompile HETLAS full program files such as SDC file with HSSLAS 'FCS subsystem, flight dynamics model and other subsystem models including control law to the pilot simulator environment without any modification, And can be executed in cooperation with each other. At this time, the executive program of the maneuverability simulator can regenerate the driver file using subsystem information defined in the SDC file of HETLAS and the maneuverability simulator, and can perform data connection in simulation.

따라서 CLAW 인터페이스 래퍼를 이용하여 HETLAS의 FCS 서브시스템과 통합된 제어법칙은 별도의 수정 없이 실시간 OS기반의 시뮬레이터 환경에서 조종성 검증이 가능할 수 있다.Therefore, the control law integrated with FCS subsystem of HETLAS using CLAW interface wrapper can be able to verify the maneuverability in a real-time OS-based simulator environment without any modification.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 비행제어법칙 시뮬레이션 장치와 HQS의 통합 방법을 설명하기 위한 도면이다.7 is a view for explaining a method of integrating a flight control law simulation apparatus and an HQS according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 시뮬레이터 환경으로 적용된 HETLAS 및 제어법칙의 정확성을 확인하기 위해 미리 정의된 다양한 조종사 입력 및 비행조건으로 구성된 체크케이스 시뮬레이션 시험을 수행한다. 체크케이스 시뮬레이션 시험은 각각의 조건에 대한 조종 입력대비 항공기의 동적 반응 변화 추세를 HETLAS의 비실시간 시뮬레이션 해석결과와 실시간 시뮬레이터 환경의 결과를 비교하는 시험이다. Referring to FIG. 7, HETLAS applied to the simulator environment and a check case simulation test configured with various pre-defined pilot inputs and flight conditions are performed to confirm the accuracy of the control law. The check-case simulation test is a test to compare the dynamic reaction change trend of the aircraft to the control input for each condition by comparing the non-real-time simulation results of HETLAS with the results of the real-time simulator environment.

조종성 시뮬레이터는 비행제어시스템이 비행체에 탑재되기 전 그 성능 및 안전성의 검증을 위해 비행제어컴퓨터, 구동장치 및 센서 시스템 등과 같은 비행제어 시스템 구성품과 통합하여 수행하는 HILS 시험의 주요한 요소이다. HETLAS-조종성 시뮬레이터 환경에서 HILS 시험의 수행은 HETLAS SDC파일의 연결을 재정의하는 것으로 가능하다. 데이터를 SIU(Signal Interface Unit)로 부터 수신하도록 수정하고 소프트웨어로 구현된 서브시스템을 하드웨어 구성품으로 대체하여 수행한다. FCS 서브시스템과 액츄에이터 서브시스템은 각각 구동장치와, 비행제어컴퓨터로 대체될 수 있다. SIU는 AD/DA 컨버터를 이용하여 외부 하드웨어 구성품과 데이터 통신을 수행하도록 하는 장비로서 구동장치 하드웨어의 출력을 HETLAS 동역학 모델로 전달하고 동역학 모델의 동적응답을 비행제어컴퓨터로 전달하는 등의 기능을 수행한다. 비행운용프로그램 및 비행제어 소프트웨어는 비행제어컴퓨터와 통합되어 무결성 검증을 위해 독립시험(Stand-Alone V&V, SAVV), 통합 시스템 시험(Integrated System V&V, ISVV) 그리고 고장모드 영향 시험(Failure Modes and Effects Test, FMET)을 수행 후 비행체에 탑재된다. 여기서 통합 시스템 시험과 고장모드 영향 시험은 HILS 환경을 통해 수행하는 시험으로서 HETLAS-조종성 시뮬레이터 연동 환경을 이용하여 수행될 수 있다.The maneuverability simulator is a key element of the HILS test, which is integrated with flight control system components such as flight control computer, drive system, and sensor system to verify its performance and safety before the flight control system is mounted on the aircraft. In the HETLAS-pilot simulator environment, the execution of the HILS test is possible by redefining the connection of the HETLAS SDC file. Modify the data to receive from the SIU (Signal Interface Unit) and replace it with the hardware components. The FCS subsystem and the actuator subsystem may be replaced by a drive unit and a flight control computer, respectively. SIU is a device that performs data communication with external hardware components using AD / DA converter. It transfers the output of the drive hardware to the HETLAS dynamics model and transmits the dynamic response of the dynamics model to the flight control computer. do. The flight management program and the flight control software are integrated with the flight control computer and are used for independent verification (Stand-Alone V & V, SAVV), Integrated System V & V (ISVV) and Failure Modes and Effects Test , FMET) and then mounted on the aircraft. Here, the integrated system test and the failure mode influence test are performed through the HILS environment and can be performed using the HETLAS-controllability simulator interworking environment.

따라서 HETLAS를 이용한 비행제어법칙의 개발은 비선형 시뮬레이션 해석에서 부터 데스크탑 엔지니어링 시뮬레이터 DESHE와 조종성 시뮬레이터 그리고 HILS의 탑재소프트웨어 환경에 이르기까지 동일한 제어법칙 모델을 이용하여 시험/평가를 가능하게 한다. 이러한 제어법칙 개발을 위한 일련의 과정에서 HETLAS를 중심으로 한 연동 프로세스는 비행제어법칙 개발이 효율적으로 수행되도록 한다.Therefore, the development of the flight control law using HETLAS enables testing / evaluation from the nonlinear simulation analysis to the desktop engineering simulator DESHE, the maneuverability simulator and the HILS embedded software environment using the same control law model. In the course of developing such a control law, the HETLAS-based interlocking process ensures that flight control law development is performed efficiently.

이상 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위가 상기 도면 또는 실시예에 의해 한정되는 것을 의미하지는 않으며 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the inventions as defined by the following claims It will be understood that various modifications and changes may be made thereto without departing from the spirit and scope of the invention.

Claims (8)

항공기의 전체 시스템을 모의하기 위한 복수 개의 서브시스템 모듈을 포함하는 HETLAS 서브시스템 모듈, 상기 HETLAS 서브시스템 모듈은 주로터, 꼬리로터, 동체 및 미익의 기본 헬리콥터 수학모델을 포함함;
드라이버(driver) 파일을 기반으로 각각의 HETLAS 서브시스템 모듈을 호출하여 실행하는 HETLAS 메인 모듈;
상기 드라이버 파일과 SDC(Subsystem Data Connection) 파일을 기반으로 상기 HETLAS 메인 모듈과 상기 HETLAS 서브 시스템 모듈과의 연동을 수행하는 인터페이스; 및
비행제어법칙을 개발하기 위한 도구를 제공하는 제어법칙 개발 모듈을 포함하되,
상기 인터페이스는 구조체 형식의 입출력 매개 변수를 갖고 해당 서브시스템 모듈을 호출하는 드라이버 파일로 이루어지며,
상기 제어법칙 개발모듈을 통해 설계되는 비행제어법칙은 매틀랩(MATLAB) 및 시뮬링크(SIMULINK) 환경에서 설계되고,
상기 비행제어법칙의 안정성, 제어기의 성능 및 제어 게인의 최적화는 CONDUIT(CONtrol Designer's Unified InTerface)를 통해 수행되며,
상기 비행제어법칙은 매틀랩 및 시뮬링크의 실시간 인코더를 통해 자동코드 생성절차에 따라 C 코드로 생성되고, 자동 코드 생성 옵션의 파일 커스터마이즈드 템플릿(File customized Templates) 기능을 적용하여 제어법칙 자동코드와 함께 CLAW(Control Law) 인터페이스 래퍼(wrapper) 파일를 생성함으로써 HETLAS 및 HETLAS에 탑재된 소프트웨어와 인터페이싱되고,
상기 SDC 파일은 복수 개의 서브시스템 모듈의 실행 주기에 대한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 항공기 비행제어법칙 시뮬레이션 장치.
A HETLAS subsystem module comprising a plurality of subsystem modules for simulating the entire system of an aircraft, the HETLAS subsystem module comprising a basic helicopter mathematical model of a main, tail rotor, fuselage and tail;
A HETLAS main module that calls and executes each HETLAS subsystem module based on a driver file;
An interface for performing interworking between the HETLAS main module and the HETLAS subsystem module based on the driver file and an SDC (Subsystem Data Connection) file; And
Including a control law development module that provides a tool for developing flight control laws,
The interface comprises a driver file having an input / output parameter of a structure type and calling a corresponding subsystem module,
The flight control law designed through the control law development module is designed in a MATLAB and SIMULINK environment,
The stability of the flight control law, the performance of the controller and the optimization of the control gain are performed through the CONDUIT (CONtrol Designer's Unified InTerface)
The flight control law is generated as C code according to the automatic code generation procedure through the real time encoder of Matlab and Simulink, and the file customized template function of the automatic code generation option is applied, and CLAW (Control Law) interface wrapper file to create interfaces to be interfaced with HETLAS and HETLAS embedded software,
Wherein the SDC file includes information on an execution period of a plurality of subsystem modules.
제 1 항에 있어서,
상기 드라이버 파일은 SDC 파일에 정의된 서브시스템 모델의 정보를 이용하여 각각의 서브시스템 모델에 대한 파일을 자동화 프로그램으로 생성한 것인 것을 특징으로 하는 항공기 비행제어법칙 시뮬레이션 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the driver file is generated by an automation program for each subsystem model file using information of the subsystem model defined in the SDC file.
제 1 항에 있어서,
상기 제어법칙 자동코드 및 CLAW 인터페이스 래퍼를 복수 개의 서브시스템과 연동시키고 상기 제어법칙 자동코드에 대한 비선형 시뮬레이션 평가를 수행하는 것을 특징으로 하는 항공기 비행제어법칙 시뮬레이션 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the control law automatic code and the CLAW interface wrapper are interlocked with a plurality of subsystems and the nonlinear simulation evaluation is performed for the control law automatic code.
제 1 항에 있어서,
상기 비행제어법칙의 게인 스케줄링, 모드 스위칭 로직 및 고장보상기법을 포함하는 제어모드의 평가를 수행하는 데스크탑 엔지니어링 시뮬레이터(DESHE); 및
상기 HETLAS 서브시스템 모듈의 SDC와 드라이버 파일 기반의 인터페이스 구조를 활용하여 HILS(Hardware-In-the-Loop-Simulation) 환경과 연동시키는 HILS 연동 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 항공기 비행제어법칙 시뮬레이션 장치.
The method according to claim 1,
A desktop engineering simulator (DESHE) for performing evaluation of a control mode including gain scheduling of the flight control law, mode switching logic and fault compensation techniques; And
Further comprising a HILS interworking module for interfacing with an HILS (Hardware-In-the-Loop-Simulation) environment utilizing SDC of the HETLAS subsystem module and an interface structure based on a driver file .
제 1 항에 있어서, 상기 HETLAS 서브시스템 모듈은
조종사로부터 조종간 입력 데이터를 수신하는 파일럿 서브시스템 모듈;
상기 파일럿 서브시스템 모듈로부터 전송되는 조종간 입력 데이터를 판독하여 실행을 위해 필요한 신호들을 생성하는 FCS 서브시스템 모듈;
비행동역학 모델의 해석결과를 이용하여 항공기 센서에서 발생되는 운동정보를 모의하는 센서 서브시스템 모듈;
상기 FCS 서브시스템 모듈로부터 전송되는 신호들에 각각 대응하는 동작 제어 신호들을 생성하는 액츄에이터 서브시스템 모듈; 및
상기 액츄에이터 서브시스템 모듈의 제어명령의 액츄에이터 변위로부터 로터 블레이드 각을 계산하여 해석모듈로 전달하는 기계식 비행 제어시스템 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 항공기 비행제어법칙 시뮬레이션 장치.
The system of claim 1, wherein the HETLAS subsystem module
A pilot subsystem module for receiving interloop input data from a pilot;
An FCS subsystem module for reading interloak input data transmitted from the pilot subsystem module and generating signals necessary for execution;
A sensor subsystem module for simulating motion information generated by an aircraft sensor using analysis results of a flight dynamics model;
An actuator subsystem module for generating operation control signals corresponding respectively to signals transmitted from the FCS subsystem module; And
And a mechanical flight control system module for calculating the rotor blade angle from the actuator displacement of the control command of the actuator subsystem module and transmitting the calculated rotor blade angle to the analysis module.
제 5 항에 있어서, 상기 HETLAS 서브시스템 모듈은,
헬리콥터 기동 중의 환경 변수 데이터들을 나타내는 신호들을 발생시키는 신호 발생기 서브시스템 모듈; 및
상기 액츄에이터 서브시스템 모듈로부터 전송되는 동작 제어 신호들 및 상기 신호 발생기 서브시스템 모듈로부터 전송되는 상기 환경 변수 데이터들을 나타내는 신호들에 따라 헬리콥터의 토크, 동체, 메인 로터, 테일 로터, 수직안정판, 수평안정판이 받게 되는 힘과 모멘트를 계산하는 헬리콥터 6자유도 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 항공기 비행제어법칙 시뮬레이션 장치.
6. The HETLAS subsystem module of claim 5,
A signal generator subsystem module for generating signals representative of environmental variable data during helicopter start-up; And
The torque of the helicopter, the main rotor, the tail rotor, the vertical stabilizer, and the horizontal stabilizer are determined according to the operation control signals transmitted from the actuator subsystem module and signals indicating the environment variable data transmitted from the signal generator subsystem module Further comprising a helicopter six degrees of freedom module for calculating forces and moments to be received.
제 6 항에 있어서, 상기 HETLAS 메인 모듈은,
상기 파일럿 서브시스템 모듈을 통하여 조종사로부터 입력받는 트림 실행 명령에 따라 상기 FCS 서브시스템 모듈, 상기 액츄에이터 서브시스템 모듈, 상기 신호 발생기 서브시스템 모듈, 상기 헬리콥터 6자유도 모듈을 호출하여 트림 연산을 수행하는 헬리콥터 트림 해석 모듈;
상기 파일럿 서브시스템 모듈을 통하여 조종사로부터 입력받는 선형화 실행 명령에 따라 상기 FCS 서브시스템 모듈, 상기 액츄에이터 서브시스템 모듈, 상기 신호 발생기 서브시스템 모듈, 상기 헬리콥터 6자유도 모듈을 호출하여 선형화 연산을 수행하는 헬리콥터 선형화 해석 모듈; 및
상기 파일럿 서브시스템 모듈을 통하여 조종사로부터 입력받는 시뮬레이션 실행 명령에 따라 상기 FCS 서브시스템 모듈, 상기 액츄에이터 서브시스템 모듈, 상기 헬리콥터 6자유도 모듈을 호출하여 시뮬레이션 연산을 수행하는 헬리콥터 시뮬레이션 해석 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 항공기 비행제어법칙 시뮬레이션 장치.

7. The HETLAS main module of claim 6,
A helicopter for performing a trim operation by calling the FCS subsystem module, the actuator subsystem module, the signal generator subsystem module, and the helicopter 6 degrees-of-freedom module according to a trim execution command received from the pilot through the pilot subsystem module; Trim Analysis Module;
A helicopter for performing a linearization operation by calling the FCS subsystem module, the actuator subsystem module, the signal generator subsystem module, and the helicopter 6 DOF module according to a linearization execution command received from a pilot through the pilot subsystem module, Linearization analysis module; And
And a helicopter simulation analysis module for performing a simulation operation by calling the FCS subsystem module, the actuator subsystem module, and the helicopter 6 degrees-of-freedom module according to a simulation execution command input from the pilot through the pilot subsystem module Aircraft flight control law simulation device characterized.

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