CN101233464A - 按照至少一个驾驶轴线驾驶飞行器的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明装置(1)包括：确定一控制值的装置(2)，该控制值与一表示驾驶员致动一控制件(3)的指令值对应；控制一有效控制值的装置(5)，该有效控制值与实际加于飞机的所述指令值对应；自动控制该飞机的装置(6)；计算一更接近该有效受控值的辅助控制值的装置(11)；以及监控该控制值以检测先导控制的振动的装置(16)，其中，在检测到先导控制的振动时使用有效受控值和辅助控制值进行自动控制。

Description

按照至少一个驾驶轴线驾驶飞行器的方法和设备

本发明涉及一种按照至少一个驾驶轴线(即滚动、偏航和/或俯仰轴线)驾驶飞行器、例如运输机的方法和设备。

大家知道，在手动驾驶飞机时，驾驶员会以飞机的自然模式的频率非故意地与飞机配合。这一配合会变得不稳定，表现为驾驶员的无缓冲振动的指令。这种情况特别发生在驾驶增量不适应于与飞机惯性和飞行器各致动器的性能有关的飞机的能力时。如飞行器对驾驶员的响应有延迟，驾驶员一般增加增量，从而造成系统接近不稳定，进一步增加代表驾驶员控制的指令与实际加于飞行器的指令之间的不同步。

由驾驶员的控制动作与飞行器的响应之间这一严重不同步造成的飞机的不受控的振动运动称为“先导控制的振动”PIO。

本发明的目的是克服这些缺点。本发明涉及一种按照飞行器的至少一个驾驶轴线驾驶飞行器的方法，该方法可防止上述按照所述驾驶轴线的不稳定配合的出现，从而保持特别稳定的驾驶。

为实现该目的，按照本发明，所述方法包括：

A/确定一控制值，该控制值与一与所述驾驶轴线有关的驾驶指令值对应，所述控制值表示所述飞行器的驾驶员对飞行器的至少一个控制件的致动；

B/确定一实际受控值，该实际受控值与实际加于飞行器的所述驾驶指令值对应；以及

C/使用所述控制值和所述实际受控值实现与所述驾驶指令有关的飞机的同步，为此，在条件适当时，向飞机发出使得所述控制值与所述实际受控值之差为0的指令，

其特别之处在于：

一根据所述控制值和所述实际受控值计算比所述控制值更接近所述实际受控值的辅助控制值；

-监控所述控制值以检测先导控制的振动；以及

-如检测到先导控制的振动，使用所述实际受控值和所述辅助控制值实现步骤C/中的同步。

因此，在本发明中，一旦出现先导控制的振动就作出矫正动作，从而可防止上述不稳定配合，从而保持特别稳定的驾驶。

应该指出，通过在检测到先导控制的振动时计算一辅助控制值并把该辅助控制值加于所述同步，由于所述算出的辅助控制值(按照定义)比所述控制值(驾驶员的直接指令)更接近所述实际受控值，因此所使用的控制值与实际受控值之间的不同步减小。

这一不同步的减小从而防止上述不稳定的出现。

此外，由于特别根据所述控制值、从而计及驾驶员控制的指令确定所述辅助控制值，因此本发明驾驶方法作出的矫正不干扰(至少不过分干扰)飞机的驾驶。

在一优选实施例中，所述驾驶轴线为滚动驾驶轴线，所述驾驶指令表示了滚动率。

此时为了计算所述辅助控制值最好：

-确定决定于所述控制值P、表示滚动率的值ΔP；

-计算该值ΔP与表示实际受控滚动率的所述实际受控值p的乘积；以及

-根据这一计算；

●如该乘积大于0，使用下列表达式计算表示辅助滚动率的辅助控制值Paux：

$\mathrm{Paux}=\left(\frac{K.T.s}{T.s+1}\right)\·\mathrm{\ΔP}+p$

其中：

K表示预定增益值；

T表示预定时间常数；

s表示拉普拉斯变换的特征变量；以及

●如该乘积小于0，使用下列表达式计算表示辅助滚动率的辅助控制值Paux：

$\mathrm{Paux}=\left(\frac{K.T.s}{T.s+1}\right)\·\mathrm{\ΔP}$

最好是，在这种情况下，使用下列表达式计算所述值ΔP：

ΔP＝P/5。

因此，本发明方法在不存在振动的驾驶时不妨碍驾驶，在这种情况下对飞机的可操纵性影响不大。

因此本发明通过生成、施加所述辅助控制值用对所述控制值的非线性作用使得控制值(例如控制滚动率)与实际受控值(例如实际受控滚动率)之间的不同步最小。

最好是，在下列两种条件之一得到满足时检测振动的控制：

-表示滚动率的控制值P以在两预定频率之间的一个频率不断超过+NIVPIO、-NIVPIO和+NIVPIO，NIVPIO表示一预定值；

-表示滚动率的所述控制值P以在所述两预定频率之间的一个频率不断超过-NIVPIO、+NIVPIO和-NIVPIO。

此外，最好是，在第一预定时段中在该辅助控制值上进行同步，然后在第二预定时段后完全停止。

此外，在另一实施例中，所述驾驶轴线也可对应于所述飞机的俯仰驾驶轴线或偏航驾驶轴线。

本发明还涉及一种按照至少一个驾驶轴线(滚动、偏航、俯仰)驾驶一飞行器、特别是一运输机的装置。

按照本发明，所述驾驶设备包括：

-确定控制值的第一装置，该控制值与与所述驾驶轴线有关的驾驶指令值对应，该控制值表示所述飞机的驾驶员对飞机的至少一个控制件的致动；

-确定实际受控值的第二装置，该实际受控值与实际加于飞机的所述驾驶指令值对应；以及

-使用所述控制值和所述实际受控值实现有关所述驾驶指令的飞机的同步的第三装置，为此，情况恰当时，向飞机发出使得所述控制值与所述实际受控值之差为0的指令，

其特别之处在于：

-所述驾驶设备还包括：

●根据所述控制值和所述实际受控值计算比所述控制值更接近

所述实际受控值的辅助控制值的第四装置；

●监控所述控制值以检测先导控制的振动的第五装置；以及

-所述第三装置形成为如所述第五装置检测到先导控制的振动可通过所述实际受控值和所述辅助控制值实现同步。

用各附图来说明本发明实施方式。在这些附图中，相同部件用相同标号表示。

图1为本发明驾驶设备示意图；以及

图2为本发明驾驶设备的各装置一特殊实施例的示意图。

图1示意本发明驾驶设备1为驾驶未示出的飞行器、特别是民航机的(有电子控制器的)设备。

所述驾驶设备1包括：

-确定一控制值的装置2，该控制值对应于与所述飞机的至少一个特别驾驶轴线，例如滚动、俯仰和/或偏航轴线有关的驾驶指令值。该控制值表示所述飞机的驾驶员对飞机的至少一个标准控制件3的致动。所述装置2能如图1中点划连线4所示测量所述控制件3、例如小控制杆的致动幅度；

-确定实际受控值的装置5，该实际受控值与实际加于飞机的所述驾驶指令值(按照所述选定驾驶轴线)对应；以及

-同步系统6，使用从所述装置2收到的控制值和从所述装置5收到的实际受控值实现飞机的有关所述驾驶指令的同步，即，情况恰当时，向飞机发出一使得所述控制值与所述实际受控值之差为0的指令。

因此，所述同步系统6一般包括：

-至少一个能作用在飞机的选定驾驶轴线上、受至少一个致动器8控制的方向舵7；以及

-确定可使控制值与实际受控值之差为0的指令并把该指令经连线10传给方向舵7的致动器8的装置9。

按照本发明，驾驶设备1还包括分别经连线12、13和14与所述装置2、5和6连接的一矫正单元11，该矫正单元如图2所示包括：

-一方面根据(经与所述连线12连接的连线12Δ)从所述装置2收到的控制值和另一方面根据(经连线13)从所述装置5收到的实际受控值计算辅助控制值的装置15，该辅助控制值按照定义比所述控制值更接近所述实际受控值；以及

-对经与所述连线12连接的连线12B从所述装置2收到的控制值进行监控的装置16。进行该监控以检测先导控制的振动，即由驾驶员对控制件3的致动与飞机对此响应之间的严重不同步造成的飞机的不受控的振动运动。

此外，按照本发明，如所述装置16检测到先导控制的振动，同步系统6的所述装置9使用(由所述装置5确定的)所述实际受控值和(由所述装置15计算的)所述辅助控制值实现同步。

因此，按照本发明的装置1，一旦出现先导控制的振动就作出矫正动作，从而可防止上述不稳定配合的形成，从而保持特别稳定的驾驶。

应该指出，通过在检测到先导控制的振动时计算辅助控制值并把该辅助控制值加于所述同步，由于所述算出的辅助控制值(按照定义)比所述控制值(驾驶员的直接指令)更接近所述实际受控值，因此矫正单元11和同步系统6使得所使用的控制值与实际受控值之间的不同步减小。

这一不同步的减小从而防止上述不稳定的出现。

此外，由于特别根据所述控制值、从而计及驾驶员(通过致动控制件3)控制的指令(由所述装置15)确定所述辅助控制值，因此本发明驾驶设备1作出的矫正不干扰(至少不过分干扰)飞机的驾驶。

在本发明范围内，所述驾驶轴线可为滚动轴线、俯仰轴线或偏航轴线。此外，本发明装置1也可按照这些驾驶轴线中的若干驾驶轴线同时进行矫正。

下面说明按照滚动驾驶轴线驾驶的本发明例示性实施例。在这种情况下，上述驾驶指令为单位为每秒度数的滚动率。

此外，在这种情况下，为计算所述辅助控制值，所述装置15：

-确定决定于所述控制值P、表示滚动率的值ΔP；

-计算该值ΔP与表示实际受控滚动率的所述实际受控值p的乘积；以及

-根据这一计算；

●如该乘积大于0，使用下列表达式计算表示辅助滚动率的辅助

控制值Paux：

$\mathrm{Paux}=\left(\frac{K.T.s}{T.s+1}\right)\·\mathrm{\ΔP}+p$

其中：

K为预定增益值；

T为预定时间常数；

s为拉普拉斯变换的特征变量；以及

●如该乘积小于0，使用下列表达式计算表示辅助滚动率的辅助控制值Paux：

$\mathrm{Paux}=\left(\frac{K.T.s}{T.s+1}\right)\·\mathrm{\ΔP}$

最好是，在这种情况下，所述装置15使用下列表达式确定所述值ΔP：

ΔP＝P/5。

因此，本发明装置1在不存在先导控制的振动时不妨碍驾驶，在这种情况下对飞机的可操纵性影响不大。

因此本发明通过生成、施加所述辅助控制值(例如辅助滚动率Paux)用对所述控制值的非线性作用使得控制值(例如控制滚动率P)与实际受控值(例如实际受控滚动率P)之间的不同步最小。

此外，按照本发明，所述装置16根据所述装置2对控制值P的监控检测振动的驾驶。确切说，所述装置16在下列两种条件之一得到满足时检测振动的驾驶：

-表示滚动率的控制值P以在两预定频率f1(例如f1＝0.125Hz)与f2(例如f2＝0.5Hz)之间的频率不断超过+NIVPIO、-NIVPIO和+NIVPIO。NIVPIO表示控制件3的刻度表的一个预定值，仅当控制件3的偏转值超过NIVPIO时可能的振动才触发该定律；

-表示滚动率的所述控制值P以在所述两预定频率f1与f2之间的频率不断超过-NIVPIO、+NIVPIO和-NIVPIO。

当然，只要控制值P连续从+NIVPIO到-NIVPIO，就检测到振动的驾驶。

在图2所示实施例中，矫正单元11还包括：

-计算(经连线18从所述装置15收到的)辅助控制值P_aux与经连线19从所述装置16收到的参数K的乘积的乘法装置17；

-计算(经与所述连线12连接的连线12C从所述装置2收到的)控制值P与经连线21从所述装置16收到的系数(1-K)的乘积的乘法装置20；以及

-分别经连线23和24与所述乘法装置17和20连接、计算乘法装置17和20所得乘积之和并经连线14传送该和的加法器22。

在这种情况下，所述装置16可：

-在所述装置16未检测到振动的驾驶时传送0值K，从而经连线14传送、由装置9使用来进行同步的值与表示驾驶员对控制件3致动的控制值P对应；以及

-在所述装置16检测到振动的驾驶时传送等于1的值K，从而经连线14传送的值与辅助控制值Paux对应。在这种情况下，装置9因此根据该辅助控制值Paux进行同步，从而触发本发明矫正定律。

在预定时段T1(从0到1振荡K的时间)中进行本发明矫正定律，在预定时段T2(从0到1振荡K的时间)后完全停止。时段T1和T2固定，以避免在矫正定律触发和去触发时干扰驾驶。

Claims (11)

1.一种按照飞行器的至少一个驾驶轴线驾驶所述飞行器的方法，按照该方法：

A/确定控制值，该控制值对应于与所述驾驶轴线有关的驾驶指令值，所述控制值表示所述飞行器的驾驶员对飞行器的至少一个控制件(3)的致动；

B/确定实际受控值，该实际受控值与实际加于飞行器上的所述驾驶指令值对应；以及

C/使用所述控制值和所述实际受控值实现有关所述驾驶指令的飞行器的同步，即，情况恰当时，向飞机发出使得所述控制值与所述实际受控值之差为0的指令，

其特征在于：

-根据所述控制值和所述实际受控值计算比所述控制值更接近所述实际受控值的辅助控制值；

-监控所述控制值以检测先导控制的振动；以及

-如检测到先导控制的振动，使用所述实际受控值和所述辅助控制值实现步骤C/中的同步。

2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述驾驶轴线对应于滚动驾驶轴线，所述驾驶指令表示滚动率。

3.按权利要求2所述的方法，其特征在于，为计算所述辅助控制值：

-确定决定于所述控制值P、表示滚动率的值ΔP；

-计算该值ΔP与表示实际受控滚动率的实际受控值p的乘积；以及

-根据这一计算；

●如该乘积大于0，使用下列表达式计算表示辅助滚动率的辅助控制值Paux：

$\mathrm{Paux}=\left(\frac{K.T.s}{T.s+1}\right)\·\mathrm{\ΔP}+p$

其中：

K为预定增益值；

T为预定时间常数；

s为拉普拉斯变换的特征变量；以及

●如该乘积小于0，使用下列表达式计算表示辅助滚动率的辅助控制值Paux：

$\mathrm{Paux}=\left(\frac{K.T.s}{T.s+1}\right)\·\mathrm{\ΔP}$

4.按权利要求3所述的方法，其特征在于，使用下列表达式确定所述值ΔP：

ΔP＝P/5。

5.按权利要求2-4中任一权利要求所述的方法，其特征在于，在下列两种条件之一得到满足时检测振动的驾驶：

-表示滚动率的控制值P以一个在两预定频率之间的频率不断超过+NIVPIO、-NIVPIO和+NIVPIO，NIVPIO表示预定值；

-所述控制值P以一个在所述两预定频率之间的频率不断超过-NIVPIO、+NIVPIO和-NIVPIO。

6.按权利要求1-5中任一权利要求所述的方法，其特征在于，在第一预定时段中在该辅助控制值上进行同步，然后在第二预定时段后完全停止。

7.按上述任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述驾驶轴线对应于俯仰驾驶轴线。

8.按上述任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述驾驶轴线对应于偏航驾驶轴线。

9.一种按照至少一个驾驶轴线驾驶一飞行器的设备，所述设备(1)包括：

-确定控制值的第一装置(2)，该控制值对应于与所述驾驶轴线有关的驾驶指令值，该控制值表示所述飞行器的驾驶员对飞机的至少一个控制件(3)的致动；

-确定实际受控值的第二装置(5)，该实际受控值对应于实际加于飞机的所述驾驶指令值；以及

-使用所述控制值和所述实际受控值实现与所述驾驶指令有关的飞行器的同步的第三装置(6)，即，在条件合适时，向飞机发出使得所述控制值与所述实际受控值之差为0的指令，

其特征在于：

-所述驾驶设备(1)还包括：

●根据所述控制值和所述实际受控值计算比所述控制值更接近所述实际受控值的辅助控制值的第四装置(15)；

●监控所述控制值以检测先导控制的振动的第五装置(16)；以及

-如所述第五装置(16)检测到先导控制的振动，所述第三装置(6)可使用所述实际受控值和所述辅助控制值实现同步。

10.一种飞行器，其特征在于，该飞行器包括如权利要求9所述的驾驶设备(1)。

11.一种飞行器，其特征在于，该飞行器包括能实施权利要求1-8中任一权利要求所述的的方法的驾驶设备(1)。

Images