DE10043929B4

DE10043929B4 - Control method, in particular for a drive system for control flaps of rotor blades

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Publication number: DE10043929B4
Application number: DE10043929A
Authority: DE
Inventors: Frank Hermle; Ralf Homburg; Peter Dr. Jänker; Thomas Lorkowski
Original assignee: EADS Deutschland GmbH
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 2000-09-06
Filing date: 2000-09-06
Publication date: 2004-05-13
Anticipated expiration: 2020-09-07
Also published as: DE10043929A1

Abstract

Verfahren zur Steuerung eines Systems, insbesondere eines Antriebssystems für Steuerklappen von Rotorblättern, bei dem aus Ausgangsparametern eine Steuergröße zur Ansteuerung des Systems erzeugt wird, wobei das System wenigstens zwei Systemzustände aufweist und in wenigstens einem ersten Systemzustand bestimmte Störgrößen, insbesondere Haftreibung, auftreten, und wobei die Steuergröße im ersten Systemzustand mit einem zusätzlichen Stellsignal modifiziert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellsignal zur Steuergröße hinzuaddiert oder multipliziert wird, und dass ein nichtlineares Stellsignal verwendet wird, das durch die Multiplikation einer ersten Funktion der Form e= exp (–t/τ₁) und einer zweiten Funktion der Form e₂ = 1 – exp (–t/τ₂) erzeugt wird.Method for controlling a system, in particular a drive system for control flaps of rotor blades, in which a control variable for controlling the system is generated from output parameters, the system having at least two system states and certain disturbance variables, in particular static friction, occurring in at least a first system state, and wherein the control variable is modified in the first system state with an additional control signal, characterized in that the control signal is added to the control variable or multiplied, and that a non-linear control signal is used which is obtained by multiplying a first function of the form e = exp (–t / τ ₁ ) and a second function of the form e ₂ = 1 - exp (–t / τ ₂ ) is generated.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung eines Systems, insbesondere eines Antriebssystems für Steuerklappen von Rotorblättern, bei dem aus Ausgangsparametern eine Steuergröße zur Ansteuerung des Systems erzeugt wird, wobei das System wenigstens zwei Systemzustände aufweist und in wenigstens einem ersten Systemzustand bestimmte Störgrößen, insbesondere Haftreibung, auftreten, und wobei die Steuergröße im ersten Systemzustand mit einem zusätzlichen Stellsignal modifiziert wird.The invention relates to a Method for controlling a system, in particular a drive system for control flaps of rotor blades, in which a control variable for controlling the system from output parameters is generated, the system having at least two system states and in at least one first system state, certain disturbance variables, in particular Stiction, occur, and being the control variable in the first system state with an additional Control signal is modified.

Ein derartiges gattungsgemäßes Verfahren ist beispielsweise aus „Kleines Handbuch technischer Regelvorgänge", Winfried Oppelt, 4. Auflage, 1967, Verlag Chemie GmbH, Weinheim/Bergstr., S. 471 – 475 bekannt.Such a generic method is for example from "Kleines Manual of technical control processes ", Winfried Oppelt, 4th edition, 1967, Verlag Chemie GmbH, Weinheim / Bergstr., Pp. 471-475.

Steuerklappen an der Profilhinterkante von Rotorblättern können benutzt werden, um das typische schlagende Geräusch der Rotorblätter zu reduzieren. Dieses entsteht durch die Wechselwirkung der Rotorblätter mit Luftwirbeln, die sich vom vorangegangenen Rotorblatt ablösen. Steuerklappen werden auf diesem Gebiet eingesetzt, um die Aerodynamik der Wechselwirkung zu mindern, indem die Luftwirbel durch eine leichte Anstellung und Anziehung abgeschwächt und weiter nach außen abgestoßen werden. Ein Heben und Senken einer Steuerklappe an der Profilvorderkante von Rotorblättern führt dazu, dass die hohen Saugspitzen an der Profilvorderkante beim rücklaufenden Rotorblatt reduziert werden, womit die Strömungsablösung in dieser Phase verzögert und die Hystereseschleifen im Verlauf der aerodynamischen Koeffizenten verkleinert werden.Control flaps on the trailing edge of the profile of rotor blades can used to reduce the typical beating noise of the rotor blades to reduce. This arises from the interaction of the rotor blades Air vortices that separate from the previous rotor blade. control flaps are used in this field to improve the aerodynamics of the interaction to mitigate by the air vortex by a slight adjustment and Attraction weakened and further outwards be repelled. A lifting and lowering of a control flap on the front edge of the profile of rotor blades leads to the high suction tips on the front edge of the profile when retracting Rotor blade are reduced, which delays the flow separation in this phase and the hysteresis loops in the course of the aerodynamic coefficients be made smaller.

Bei der Regelung und Steuerung dieser Systeme befindet sich das System in mehreren Zuständen, die eine Steuerung problematisch machen. Bei der Steuerung der Steuerklappen von Rotorblättern können zwei Systemzustände identifiziert werden, bei denen in einem eine definierte Störgröße – die Haftreibung – auf die Steuerung und Regelung wirkt.When regulating and controlling this The system is in several states, the systems make control difficult. When controlling the control flaps of rotor blades can two system states can be identified, in which a defined disturbance variable - static friction - on the Control and regulation works.

Während der Steuerung der Steuerklappe zwischen dem oberen und unteren Maximalausschlag (Extremstellungen der Steuerklappe) treten Einflüsse – wie Flugzustand und Anströmung der Luft um die Klappe – auf, auf die mittels einer konventionellen Regelung reagiert werden kann.While the control of the control flap between the upper and lower maximum deflection (Extreme positions of the control flap) influences - such as flight status and inflow of air Air around the flap - on, to which can be responded by means of a conventional regulation.

Die Standardregelung mit einem angepassten Regelkonzept regelt den Antrieb der Steuerklappe zwischen den Extremstellungen der Klappe in einer der Rotorumdrehung entsprechende zyklische Betrachtungsweise, basierend auf der aktuellen Umlaufformel eines einzelnen Rotorblattes. Hierfür werden Ausgangsparameter bzw. ein Sollwert einem PI-Regler zugeführt. Der Ausgang des PI-Reglers führt auf ein Stellglied, dessen Ergebnis die Steuergröße für das System – hier das Antriebssystem der Steuerklappe – ist. Die Sollwertkurve des Klappenwinkels leitet sich hierbei von der Basisperiodizität des Rotors ab, weshalb auch der Verlauf der Steuergröße zyklischen Charakter aufweist. Sensoren nehmen die Auswirkung der Steuergröße auf die Steuerklappen (System) auf und eine Weggrößenrückführung wird zur Schließung des Regelkreises und zur Bestimmung der Regelabweichung sowie zur Soll-/Istwert-Korrektur benutzt.The standard scheme with a customized The control concept controls the drive of the control flap between the extreme positions the valve in a cyclical view corresponding to the rotor revolution, based on the current circulation formula of a single rotor blade. Therefor output parameters or a setpoint are fed to a PI controller. Of the PI controller output leads on an actuator, the result of which is the control variable for the system - here that Drive system of the control flap - is. The setpoint curve of the The flap angle is derived from the basic periodicity of the rotor , which is why the course of the tax variable is cyclical in nature. Sensors take the effect of the control variable on the control flaps (system) on and a path size feedback becomes for closure of the control loop and for determining the control deviation as well as for the target / actual value correction used.

Der proportionale Regleranteil (P-Regler) sichert eine der Abweichung direkt entgegenwirkende Stellkomponente, wodurch die Regeldifferenz rasch verringert wird. Der Nachteil eines P-Reglers besteht darin, dass eine fehlende Polstelle zu einer bleibenden Regeldifferenz im Führ- und Störgrößenverhalten führt. Darüber hinaus vermindert zwar eine Erhöhung der P-Rückführung die Regeldifferenz, jedoch nähert man sich meist rasch der Stabilitätsgrenze und generiert zudem hohe Stellgrößen, was engergetisch wenig sinnvoll ist. Der integrale Anteil eines Reglers (I-Regler) ist der träge – aber entscheidende – Anteil zur Beseitigung der Regeldifferenz auf sprungförmige Eingänge von Führungs- und Störgrößen. Hauptzweck ist in diesem Zusammenhang das wirksame Nachregeln etwaiger Arbeitspunktverschiebungen, um unvermeidliche Drifteffekte im Langzeitreglerbetrieb sicher abzufangen.The proportional controller component (P controller) secures a control component that directly counteracts the deviation, which quickly reduces the control difference. The disadvantage of one P controller is that a missing pole becomes a permanent one Control difference in the and disturbance behavior leads. About that an increase does decrease the P-return Control difference, however approaching you usually quickly reach the stability limit and also generate high manipulated variables what is not very sensible in terms of The integral part of a controller (I controller) is the sluggish - but crucial - part to eliminate the control difference on step inputs of command and disturbance variables. The main purpose in this context is the effective readjustment of any working point shifts, to safely counter the inevitable drift effects in long-term controller operation.

Bei der Steuerung der Klappen während des Maximalausschlags, d.h. in den Umkehrpunkten der Klappenbewegung, tritt zu den bekannten Einflüssen zumindest eine Störgröße in Form von Haftreibung auf. In den Umkehrpunkten der Klappenbewegung steht die Steuerklappe zumindest einen kurzen Moment still, wodurch die dadurch auftretende Haftreibung anschließend von der Steuerung kompensiert werden muss.When controlling the flaps during the maximum deflection, i.e. in the reversal points of the flap movement occurs to the known Influences at least a disturbance in the form from stiction to. In the reversal points of the flap movement stands the control flap is silent for at least a moment, causing the the resulting stiction can then be compensated for by the control got to.

Hierbei wirkt sich die Standardregelung, bei der ein SISO-Konzept (single-in-single-out) verwirklicht ist, nachhaltig aus. Da ein SISO-System nur relativ beschränkt regel- bzw. beobachtbar ist, muss die Signalerzeugung auf die vorgegebenen Ausgangsparameter angepasst werden, um noch ausreichend Regelautorität für verbleibende Abweichungen bereitstellen zu können. Im Umkehrpunkt der Steuerklappe ist eine Rückführung gemäß der Standardregelung praktisch wirkungslos, da eine Variation der Stellgröße keine Veränderung der Ausgangsgröße bewirkt. Ein SISO-Regler reagiert im Falle des Verharrens der Ausgangsgröße abhängig von der Rückführverstärkung mit einer stetig steigenden Stellgröße (Ansteuerspannung), was jedoch zu einem ruckartigen Losbrechen des Systems führt. Der Einsatz eines konventionellen PID-Reglers erzeugt bei mäßiger Rückführverstärkung lediglich eine geringere Verzögerung der Klappenbewegung in Gegenrichtung. Durch Definierung eines schnelleren D-Glieds im Regler oder durch Erhöhung der proportionalen Verstärkung (P-Glied) macht sich die Reduktion der Verharrungsphase in einem nachfolgend starken Überschwingen der Systemantwort bemerkbar. Dies stellt aber eine energetisch ungünstige Variante zum Ausregeln der Abweichung dar, da sowohl zur Überwindung der Haftung, als auch zur aktiven Schwingungsdämpfung ständig Energie dem System zugeführt werden muß. Der Einsatz eines einfach aufgebauten, analogen PID-Reglers bringt deshalb nur unbefriedigende Ergebnisse.The standard regulation, in which a SISO concept (single-in-single-out) is implemented, has a lasting effect. Since a SISO system can only be controlled or observed to a relatively limited extent, the signal generation must be adapted to the specified output parameters in order to be able to provide sufficient control authority for remaining deviations. At the reversal point of the control flap, feedback according to the standard control is practically ineffective, since a variation of the manipulated variable does not change the output variable. If the output variable persists, a SISO controller reacts with a continuously increasing manipulated variable (control voltage) depending on the feedback gain, which, however, leads to a jerky breakaway of the system. The use of a conventional PID controller only produces a smaller delay in the flap movement in the opposite direction with moderate feedback amplification. By defining a faster D-element in the controller or by increasing the proportional gain (P-element), the reduction in the persistence phase becomes stronger in a subsequent one System response overshoot noticeable. However, this represents an energetically unfavorable variant for correcting the deviation, since energy has to be constantly supplied to the system both to overcome liability and to actively dampen vibrations. The use of a simply constructed, analog PID controller therefore only leads to unsatisfactory results.

Die Aufgabe der Erfindung ist es somit, ein Verfahren zur Steuerung eines Systems, insbesondere eines Antriebssystems für Steuerklappen von Rotorblättern, bei dem aus Ausgangsparametern eine Steuergröße zur Ansteuerung des Systems erzeugt wird, wobei das System wenigstens zwei Systemzustände aufweist und in wenigstens einem ersten Systemzustand bestimmte Störgrößen, insbesondere Haftreibung, auftritt, anzugeben, mit der eine vorgegebene Steuerklappenstellung in jedem Punkt der Rotorumdrehung spurgenau abzufahren ist.The object of the invention is thus, a method for controlling a system, in particular one Drive system for Control flaps of rotor blades, in which a control variable for controlling the system from output parameters is generated, the system having at least two system states and in at least one first system state, certain disturbance variables, in particular Stiction occurs, to indicate with which a predetermined control flap position at every point of the rotor revolution it must be traced exactly.

Zur Lösung der Aufgabe ist ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass die Steuergröße im ersten Systemzustand mit einem zusätzlichen Stellsignal modifiziert wird.There is a procedure to solve the problem of the type described in the introduction, characterized in that the tax figure in the first System state with an additional Control signal is modified.

Durch die Modifizierung der Steuergröße durch ein zusätzliches Stellsignal wird der Haftreibungszustand durch ein Losschlagen im Umkehrpunkt der Steuerklappe überwunden. Die Regelung, welche in den Systemzuständen ohne Störgrößen fehlerfrei funktioniert, regelt den Einfluss des Losschlagens aus dem ersten Systemzustand in den Systemzustand ohne Störgrößen nach kurzer Zeit heraus. Somit kann eine Regelung zur Erzeugung der Steuergrößen aus den Ausgangsparametern mit zusätzlicher Stellsignalmodifikation verwendet werden, um in den Systemzuständen auf einfache Art und Weise exakt zu regeln.By modifying the tax variable through an additional Actuating signal is the static friction state by releasing in The reversal point of the control flap is overcome. The control, which is error-free in the system states without disturbance variables works, regulates the influence of striking from the first System state in the system state without disturbances after a short time. A regulation for generating the control variables can thus be made the output parameters with additional Control signal modification used to in the system states simple way to regulate exactly.

Eine Modifikation der Steuergröße durch das Stellsignal kann multiplikativ erfolgen, bevorzugt wird das Stellsignal aber additiv auf die Steuergröße zugeschaltet. So wird auf steuerungstechnisch einfache Art das Signal zum Lösen aus der Haftreibung auf die normale Steuergröße im Steuerkreislauf aufgeschaltet.A modification of the control variable by the control signal can be multiplicative, this is preferred Control signal but added to the control variable. So is on Control-technically simple type of the signal to release static friction is switched to the normal tax size in the tax cycle.

Möglich sind verschiedene Arten, Form und zeitliche Abhängigkeiten des Stellsignals, vorteilhafterweise wird aber ein nichtlineares Stellsignal verwendet. Insbesondere vorteilhafterweise ist dies ein nichtlineares Stellsignal, welches durch Multiplikation einer ersten Funktion e₁ der Form e₁=exp(–t/τ₁) und einer zweiten Funktion e₂ der Form e₂= 1 – exp(–t/τ₂) erzeugt wird. Hierbei sind die Parameter τ₁ und τ₂ bevorzugt von unterschiedlichem Wert. Zur Verbesserung der Verarbeitung des nichtlinearen Signals im Steuerverfahren wird das Maximum des Stellsignals vorzugsweise auf 1 normiert. Hierdurch entsteht ein zeitlich begrenztes, peakförmiges Stellsignal, welches schnell ansteigt und dann abklingt, und somit nur im ersten Systemzustand, also zum Zeitpunkt des Auftretens der Haftreibung, aktiv ist und in die Regelung eingreift. Außerhalb der Störgrößeneinwirkung hat das Stellsignal kaum Regeleinfluss.Different types, forms and temporal dependencies of the control signal are possible, but a non-linear control signal is advantageously used. This is particularly advantageously a non-linear control signal which is obtained by multiplying a first function e _{1 of} the form e ₁ = exp (–t / τ ₁ ) and a second function e _{2 of} the form e ₂ = 1 - exp (–t / τ ₂ ) is produced. The parameters τ ₁ and τ _{2 are} preferably of different values. To improve the processing of the non-linear signal in the control process, the maximum of the control signal is preferably normalized to 1. This creates a time-limited, peak-shaped control signal, which rises quickly and then subsides, and is therefore only active in the first system state, that is to say at the time when static friction occurs, and intervenes in the control. Outside the influence of the disturbance variable, the control signal has hardly any control influence.

Der Verlauf des Stellsignals kann konstant unabhängig von den Ausgangsparametern gewählt werden. Somit würde unabhängig von der Regelung immer mit demselben Stellsignal auf die Störgrößen geantwortet. Da aber insbesondere bei der Steuerung von Steuerklappen von Rotorblättern eine starke Abhängigkeit der Steuergröße von den Ausgangsparametern besteht, wird auch das Stellsignal bevorzugt über die Ausgangsparameter modifiziert. Somit wird das Signal, mit dem die Haftreibung überwunden wird, an die nachfolgende Regelung im Systemzustand ohne Störgröße von vornherein angepasst. Vorteilhafterweise wird diese Anpassung über die Parameter τ₁ und τ₂ in der ersten und zweiten Funktion bewerkstelligt, um eine Angleichung an die Frequenz und Amplitude des Sollwertes zu erreichen. Dabei ist der Quotient aus τ₁ und τ₂ bevorzugt konstant.The course of the control signal can be chosen to be constant regardless of the output parameters. Thus, irrespective of the regulation, the same control signal would always respond to the disturbance variables. However, since there is a strong dependency of the control variable on the output parameters, in particular when controlling control flaps of rotor blades, the control signal is also preferably modified via the output parameters. The signal with which the static friction is overcome is thus adapted from the outset to the subsequent regulation in the system state without a disturbance variable. This adaptation is advantageously accomplished via the parameters τ ₁ and τ ₂ in the first and second functions in order to achieve an adaptation to the frequency and amplitude of the setpoint. The quotient of τ ₁ and τ _{2 is} preferably constant.

Die Ermittlung der Systemzustände kann aus der Regelung selbst erfolgen, bevorzugt sind aber Sensoren an den Steuerklappen angebracht, über die die Ruhestellung durch Extremwertbestimmung berechnet wird. Die Extremwertbestimmung kann aber einfach über Weg- oder Winkelbetrachtung durchgeführt werden, weswegen als Sensoren zur Bestimmung der Ruhestellung vorteilhafterweise Winkel- oder Wegsensoren verwendet werden.The system states can be determined the control itself, but sensors on the are preferred Control flaps attached over which the rest position is calculated by extreme value determination. The extreme value determination can, however, be done simply by considering the path or angle carried out are why, as sensors for determining the rest position, advantageously angular or displacement sensors can be used.

Bevorzugt wird die Steuerung digital und das System analog betrieben. Ein Antriebssystem für Steuerklappen von Rotorblättern wird meist durch Piezoaktoren gebildet, die über einfache Spannungsänderungen analog verstellt werden können. Die Steuerung hingegen wird vorteilhafterweise auf digitalem Weg betrieben. Zur Übertragung der digitalen Steuergrößen wird bevorzugt ein D/A-Wandler zwischen Steuerung und System eingesetzt. Zur Übergabe der Sensorwerte an die Steuerung und zur Signalrückführung zur Regelung der Steuergröße werden zwischen analog betriebenem System und der digitalen Steuerung vorteilhafterweise A/D-Wandler zur Übersetzung der Signale eingesetzt.The control is preferably digital and the system operated analog. A drive system for control flaps of rotor blades is mostly formed by piezo actuators that have simple voltage changes can be adjusted analogously. The control, however, is advantageously done digitally operated. For transmission of the digital control variables preferably a D / A converter used between the controller and the system. For handover the sensor values to the controller and for signal feedback to regulate the control variable between analog operated system and the digital control advantageously A / D converter for translation of the signals used.

Die Regelung des Systems in den Systemzuständen ohne Störgrößen über die Erzeugung der Steuergröße aus den Ausgangsparametern kann auf konventionellem Wege durchgeführt werden, bevorzugt wird die Regelung aber prädiktiv durchgeführt. Dabei wird die Periodizität des Sollwertes ausgenutzt indem zur Berechnung der Regelgröße vorausgesetzt wird, daß sich die Vorgabe von der letzten bzw. in die nächste (prädiktiv) Periode nicht wesentlich ändert. Über die Abbildung der Periode in n diskrete Stützstellen kann in einer digitalen Umgebung die generierte Stellgröße an die entsprechende Vektorstelle gesetzt werden und erst in der folgenden Periode wirksam werden. Bevorzugt wird die Stellgröße jedoch sofort ausgegeben um eine schnellere Systemantwort zu bekommen. Die Prädiktion geht dadurch in einen Rückblick über.The control of the system in the system states without disturbances via the generation of the control variable from the output parameters can be carried out in a conventional manner, but the control is preferably carried out predictively. The periodicity of the target value is used by presupposing that the control variable is calculated so that the specification does not change significantly from the last or into the next (predictive) period. By mapping the period into n discrete support points, the generated manipulated variable can be set to the corresponding vector point in a digital environment and only in the following period be effective. However, the manipulated variable is preferably output immediately in order to get a faster system response. The prediction then turns into a review.

Vorzugsweise wird die Erzeugung der Steuergröße aus den Ausgangsparametern durchgeführt, indem zuerst aus den Ausgangsparametern ein Sollwert des Systems bestimmt wird und dass dieser mit dem tatsächlichen Zustand des Systems verglichen wird. Eine Abweichung des Sollwerts vom Istwert führt zu einer Regelkorrektur der Steuergröße, bis der Sollwert und der Istwert übereinstimmen.The generation of the Tax figure from the Output parameters carried out by first of all determine a system setpoint from the output parameters and that this with the actual state of the system is compared. A deviation of the setpoint from the actual value leads to a Control correction of the control variable until the Setpoint and actual value match.

Weiterhin wird durch die Erfindung eine Vorrichtung zur Steuerung eines Systems, insbesondere eines Antriebssystems für Steuerklappen von Rotorblättern geschaffen, das aus Ausgangsparametern eine Steuergröße zur Ansteuerung des Systems erzeugt, wobei das System wenigstens zwei Systemzustände aufweist und wenigstens einem ersten Systemzustand bestimmte Störgrößen, insbesondere Haftreibung, auftreten. Erfindungsgemäß modifiziert die Vorrichtung die Steuergrößen im ersten Systemzustand mit einem zusätzlichen Stellsignal.Furthermore, the invention a device for controlling a system, in particular one Drive system for Control flaps of rotor blades created a control variable for control from output parameters of the system, the system having at least two system states and at least one first system state, certain disturbance variables, in particular static friction, occur. According to the invention, the Device the control variables in the first System state with an additional Actuating signal.

Die Erfindung wird nun im folgenden anhand eines in Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben, aus dem sich weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorzüge ergeben. Es zeigtThe invention will now be as follows using an exemplary embodiment shown in the drawings, from which further details, features and advantages result. It shows

1 eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. 1 a preferred embodiment of the device according to the invention for performing the method according to the invention.

2 die Graphen der ersten und zweiten Funktionen, sowie eines durch Mulitplikation daraus resultierenden Stellsignals. 2 the graphs of the first and second functions, and a control signal resulting therefrom by multiplication.

1 zeigt eine in einer Blockstruktur dargestellte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Steuerung 10 eines Antriebssystems für Steuerklappen von Rotorblättern 30, wobei das System zwei Sytemzustände aufweist und in einem dieser Zustände in den Umkehrpunkten der Steuerklappen als Störgröße Haftreibung auftritt. Mit dieser Steuervorrichtung 10 wird das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt, womit die Steuergröße 17, die aus den Ausgangsparametern 11 erzeugt wird, in den mit der Haftreibung belegten Zuständen mit einem zusätzlichen Stellsignal 18 modifiziert wird. 1 shows an embodiment of a device for control shown in a block structure 10 a drive system for control flaps of rotor blades 30 , wherein the system has two system states and occurs in one of these states in the reversal points of the control flaps as a disturbance variable static friction. With this control device 10 the method according to the invention is carried out, with which the control variable 17 that from the initial parameters 11 is generated in the states with static friction with an additional control signal 18 is modified.

Bei der in der Figur gezeigten Blockstruktur handelt es sich um eine Ausführungsform der Vorrichtung einer elektrischen Schaltung 10 zur Ansteuerung einer Aktorik 31 einer Steuerklappe.The block structure shown in the figure is an embodiment of the device of an electrical circuit 10 to control an actuator system 31 a control flap.

Hierfür wird aus den Ausgangsparametern 11 des Flugzustandes und dem Ziel der Vibrations- und Lärmminimierung über ein aerodynamisches Näherungsmodell ein Sollwert 12 für einen gewissen Winkelverlauf der Steuerklappe über einen Umlauf bestimmt. Dieser Winkelverlauf wird von der Aktorik 31 an die Steuerklappe des Rotorblattes weitergegeben. Zur Überprüfung der angelegten Winkel sind Winkelsensoren 32 an der Steuerklappe angebracht, die den Istwert 32a des Ausschlages ermitteln. Dieser Istwert 32a wird mit dem Sollwert 12 in einem Komparator 13 verglichen. Hierbei wird die Differenz zwischen Istwert 32a und Sollwert 12 als Ergebnis an den prädiktiven Regler 14 ausgegeben. In dem prädiktiven Regler 14 wird die Regelabweichung zur Ermittlung der Regelkorrektur verwendet, und die Steuergröße 17 so lange verändert, bis der Istwert 32a des Winkelausschlages der Klappe dem Sollwert 12 entspricht. Die prädiktive Regelung 14 zur Erzeugung der Steuergröße 17 aus den Ausgangsparametern 11 erfolgt auf digitalem Wege, während die Aktorik 31 der Steuerklappe und die Winkelsensoren 32 analog betrieben werden. Aus diesem Grund muss die Steuergröße 17 mittels D/A-Wandler 20 in ein Analogsignal umgewandelt werden, während die Istwerte 32a der Winkelsensoren 32 mittels A/D-Wandler 21 in ein digitales Signal umgewandelt werden.For this, the output parameters 11 a target value of the flight status and the goal of vibration and noise minimization via an aerodynamic approximation model 12 determined for a certain angular course of the control flap over one revolution. This angular course is determined by the actuators 31 passed on to the control flap of the rotor blade. Angle sensors are used to check the created angles 32 attached to the control valve, which is the actual value 32a of the rash. This actual value 32a with the setpoint 12 in a comparator 13 compared. Here the difference between the actual value 32a and setpoint 12 as a result to the predictive controller 14 output. In the predictive controller 14 the control deviation is used to determine the control correction, and the control variable 17 changed until the actual value 32a of the flap's angular deflection to the setpoint 12 equivalent. The predictive scheme 14 to generate the tax quantity 17 from the initial parameters 11 is done digitally while the actuators 31 the control flap and the angle sensors 32 be operated analog. For this reason, the tax variable 17 using a D / A converter 20 be converted into an analog signal while the actual values 32a of the angle sensors 32 using A / D converter 21 be converted into a digital signal.

Das dargelegte Regelkonzept über die prädiktive Regelung ist für den Systemzustand verantwortlich, in dem keine Störgrößen auftreten. In den Extremstellungen der Steuerklappe aber tritt während der Umkehrphase Haftreibung als beeinträchtigende Störgröße hinzu.The concept of the rule outlined above predictive Regulation is for responsible for the system state in which no disturbances occur. In the extreme positions of the control valve, however, occurs during the Reverse phase added static friction as a disturbing disturbance variable.

Hierfür wird in der parametrischen Vorsteuerung 15 aus den Istwerten 32a über Extremwertbestimmung die Umkehrpunkte der Steuerklappe bestimmt. Zu diesem Zeitpunkt wird über einen Addierer 16 ein nichtlineares Stellsignal 18 auf die Steuergröße 17 additiv hinzugefügt. Die Superposition von parametrisch erzeugtem Signal und Regelkorrektur bilden dann das Ansteuersignal für das System, d.h. die Steuergröße. Das nichtlineare Stellsignal 18 wird dadurch erzeugt, dass eine erste Funktion und eine zweite Funktion multipliziert werden.This is done in parametric feedforward control 15 from the actual values 32a determines the reversal points of the control flap via extreme value determination. At this point, an adder is used 16 a non-linear control signal 18 on the tax figure 17 additively added. The superposition of the parametrically generated signal and control correction then form the control signal for the system, ie the control variable. The non-linear control signal 18 is generated by multiplying a first function and a second function.

2 zeigt den Graphen der ersten Funktion der Form e₁= exp (–t/τ₂) und den der zweiten Funktion der Form e₂ = 1 – exp (–t/τ₂). Durch Multiplikation entsteht e₁*e₂, eine Funktion mit schnellem Anstieg und asymptotischen Abfall, d.h ein ein Peak aufweisendes Signal, welches zu dem Zeitpunkt, in dem sich die Steuerklappe in der Extremstellung befindet, eine schnelle Überwindung der Haftreibung gewährleistet, ohne dass die sonstige Regelung der Klappensteuerung stark beeinflusst wird. Zur besseren Verarbeitbarkeit als Stellsignal wird die Funktion e₁*e₂ noch auf den Wert 1 normiert. Durch die Abhängigkeit der Parameter τ₁ und τ₂ von der Amplitude und der Frequenz des Sollwertes, fließt der Flugzustand in den Verlauf der Kurven ein. Dabei sind die Parameter τ₁ und τ₂ verschieden, jedoch ist ihr Quotient konstant. Über die Parameter τ₁ und τ₂ verändern sich auch die Steigungen der ersten und zweiten Funktion, so daß hierdurch das Abklingen der Funktion e₁*e₂ verstärkt werden kann. 2 shows the graph of the first function of the form e ₁ = exp (–t / τ ₂ ) and that of the second function of the form e ₂ = 1 - exp (–t / τ ₂ ). Multiplication results in e ₁ * e ₂ , a function with a rapid rise and asymptotic fall, ie a signal with a peak, which, at the time when the control flap is in the extreme position, ensures that the static friction is overcome quickly without the other regulation of the flap control is strongly influenced. For better processability as a control signal, the function e ₁ * e _{2 is} still standardized to the value 1. Due to the dependency of the parameters τ ₁ and τ ₂ on the amplitude and frequency of the setpoint, the flight condition flows into the course of the curves. The parameters τ ₁ and τ _{2 are} different, but their quotient is constant. The slopes of the first and second functions also change via the parameters τ ₁ and τ ₂ , so that the decay of the function e ₁ * e ₂ can thereby be increased.

Claims

Method for controlling a system, ins Particular of a drive system for control flaps of rotor blades, in which a control variable for controlling the system is generated from output parameters, the system having at least two system states and certain disturbance variables, in particular static friction, occurring in at least one first system state, and the control variable also being present in the first system state an additional control signal is modified, characterized in that the control signal is added to the control variable or multiplied, and that a non-linear control signal is used, which is obtained by multiplying a first function of the form e = exp (–t / τ ₁ ) and a second function of the form e ₂ = 1 - exp (–t / τ ₂ ) is generated.

A method according to claim 1, characterized in that the parameters τ ₁ and τ ₂ in the first and second function are modified by the output parameters.

Method according to claim 1 or 2, characterized in that the parameters τ ₁ and τ _{2 are} different and the quotient τ ₁ / τ _{2 is} constant.

Method according to one or more of the preceding Claims, characterized in that the first system state via sensors is communicated.

A method according to claim 4, characterized in that displacement and / or angle sensors are used.

Method according to one or more of the preceding Claims, characterized in that the controller is digital and the system is operated analog.

A method according to claim 6, characterized in that between control and system D / A converter for control and A / D converter for transfer of the sensor values are used.

Method according to one or more of the preceding Claims, characterized in that the generation of the control variable from the Output parameters on predictive Way is carried out.

Method according to one or more of the preceding Claims, characterized in that a setpoint from the output parameters it is determined that this is compared with the state of the system is used and the control deviation for a control correction of the control variable becomes.

Device for controlling a system which for a Method designed according to one or more of the preceding claims is.