DE2250219C2 - Flight controller for regulating the position and the aerodynamic flow state of aircraft - Google Patents
Flight controller for regulating the position and the aerodynamic flow state of aircraftInfo
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- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D1/00—Control of position, course or altitude of land, water, air, or space vehicles, e.g. automatic pilot
- G05D1/04—Control of altitude or depth
- G05D1/06—Rate of change of altitude or depth
- G05D1/0607—Rate of change of altitude or depth specially adapted for aircraft
- G05D1/0615—Rate of change of altitude or depth specially adapted for aircraft to counteract a perturbation, e.g. gust of wind
- G05D1/0638—Rate of change of altitude or depth specially adapted for aircraft to counteract a perturbation, e.g. gust of wind by combined action on the pitch and on the motors
Description
Erfindung ausgebildeten integrierten Flugreglers.Invention trained integrated flight controller.
Der Flugregler nach der Erfindung enthält einen Ansfellwinkelmeßgebef 10, Beschleunigungsmesser Tür Längsbeschleunigung i) und Verlikalbeschleühigurig /i, welche durch den Block 12 dargestellt sind, einen Wendekreisel 14 zur Messung der Nickwinkelgeschwindigkeit sowie einen Höhenmesser 16. Der gemessene Anstellwinkel wird bei 18 mit einem Sollwert äs„„ Von einem Sollwertgeber20 verglichen ündeinRegelabwei- |chüngssignal Aa gebildet. Entsprechend wird das *;Höhehmessersignal Λ mit ethern Sollwert hsoli von einem Sollwertgeber 22 im Punkte 24 verglichen und es wird ein Höhen-Regelabweichungssignal Ah gebildet. Es sind weiterhin drei Stellmotor vorgesehen, nämlich ein Schub-Stellmotor 26. durch welchen eine Ver-Stellung der Gasdrossel erfolgt, ein Höhenruderstellmotor 28 zur Verstellung des Höhenruders und ein Spoilerstellmotor 30, durch welchen ein Spoiler der Tragfläche verstellt wird, der den direkten \uftrieb beeinflußt. Dem Höhenruderstellmotor 28 ist ein Rechner 32 vorgeschaltet, der von einem Staudrucksignal beaufschlagt ist und eine Division durch den Staudruck vornimmt. Hierdurch soll die mit erhöhtem Staudruck (erhöhter Fluggeschwindigkeit) vergrößerte Ruderwirksamkeit des Höhenruder berücksichtigt werden. Dem Spoiler-Stellmotor ist ein Hochpaßfilter 34 vorgeschaltet. Da Spoiler oder Auftriebsklappen nur in einem vorgegebenen Arbeitsbereich arbeiten sollen und nur zwei Führungsgrößen (a„„, h,„n) vorliegen, muß der stationäre Zustand aller Signale zur direkten Auftriebsregelung über ein Hochpaßfilter 34 eliminiert werden. Der Ausgang des Höhenruderstellmotors 28 ist n. Aus den Meßgrößen Aa, ii, Λ, ω} und Ah werden eine Reihe Zustandsvariable gebildet. Dies geschieht mittels eines »Pseudobeobachters«, der generell mit 34 bezeichnet ist. Diesem Pseudobeobachter 34 wird an einem Eingang 36 außerdem der Ausgang des Höhenruder-Stellmotors 28 in Gestalt eines Signals η aufgeschaltet. Die von dem Pseudobeobachter 34 gelieferten Zustandsvariablen sind folgende:The flight controller according to the invention contains a Ansfellwinkelmeßgebef 10, accelerometer door longitudinal acceleration i) and Verlikalbeschleühigurig / i, which are represented by the block 12, a rate gyro 14 for measuring the pitch angle speed and an altimeter 16. The measured angle of attack is at 18 with a target value Ä s "" Compared by a setpoint generator 20 and formed into a control deviation signal Aa. Correspondingly, the *; altitude meter signal Λ is compared with the ethern setpoint h soli by a setpoint generator 22 at point 24 and an altitude control deviation signal Ah is formed. There are also three servomotors provided, namely a thrust servomotor 26, which adjusts the gas throttle, an elevator servomotor 28 for adjusting the elevator and a spoiler servomotor 30, by which a spoiler of the wing is adjusted, which drives the direct lift influenced. A computer 32 is connected upstream of the elevator servomotor 28, which is acted upon by a dynamic pressure signal and divides by the dynamic pressure. This is intended to take into account the increased rudder effectiveness of the elevator with increased dynamic pressure (increased airspeed). A high-pass filter 34 is connected upstream of the spoiler servomotor. Since spoilers or lift flaps should only work in a given working area and only two reference variables (a "", h, " n ) are present, the steady state of all signals for direct lift control must be eliminated via a high-pass filter 34. The output of the elevator servomotor 28 is n. A number of state variables are formed from the measured variables Aa, ii, Λ, ω } and Ah. This is done by means of a “pseudo observer”, generally designated 34. The output of the elevator servomotor 28 in the form of a signal η is also connected to this pseudo-observer 34 at an input 36. The state variables supplied by the pseudo observer 34 are as follows:
likalbeschieunigur.g h und zum anderen aus dem im Punkt 24 gebildeten Höhen-Regelabweichungssignal A lh Diese beiden Signale werden über zueinander komplementäre Filter 48 bzw. 50 im Punkt 52 miteinander verknüpft,- und zwar nach folgender Beziehung:likalbeschieunigur.g h and on the other hand from the height control deviation signal A lh formed in point 24. These two signals are linked to one another via mutually complementary filters 48 and 50 at point 52, according to the following relationship:
1 + 751 + 75
Ah + KsAh + Ks
t+Ks*t + Ks *
- A h - A h
I+ Ts
Mit K = T wird I + Ts
With K = T becomes
l+7il + 7i
I+Ks \ + Ts I + Ks \ + Ts
20 (h)20 (h)
■40■ 40
(a) Die Regelabweichung A α des Anstellwinkels, die im Punkte 18 durch Differenzbildung aus dem Sollwert as0„ und dem gemessenen Anstellwinkel a gebildet wird.(a) The control deviation A α of the angle of attack, which is formed in point 18 by calculating the difference between the nominal value a s0 " and the measured angle of attack a .
Cb) Das Integral der Anstellwinkel-Regelabweichung \Aadt, welches aus dem im Punkt 18 gebildeten Wert von A α mittels eines reinen Integrators 38 gebildet wird.Cb) The integral of the angle of attack control deviation \ Aadt, which is formed from the value of A α formed in point 18 by means of a pure integrator 38.
Cc) Die Flugzeuggeschwindigkeit u. Diese wird aus so der Längsbeschleunigung ti mittels einer Pseudointegration über ein Hochpaßfilter 40 und ein Tiefpaßfilter 42 mit Elimination des stationären Endwertes gewonnen.Cc) The aircraft velocity u. This is so derived from the longitudinal acceleration ti by means of a pseudo-integration via a high pass filter 40 and a low pass filter 42 with elimination of the stationary final value.
Cd) Die Zeitableitung der Fluggeschwindigkeit Diese wird aus der von dem Beschleunigungsmesser 12 gelieferten Längsbeschleunigung bei Elimination des stationären Endwertes über das Hochpaßfilter 40 gewonnen.Cd) The time derivative of the airspeed. This is derived from that of the accelerometer 12 delivered longitudinal acceleration with elimination of the stationary final value via the high-pass filter 40 won.
Ce) Die Winkelbeschleunigung um die Nickachse 6>r Diese wird aus dem Winkelgeschwindigkeitssignal (Bj, des Wendekreisels 14 durch Pseudodifferentiation mittels eines Hochpaßfilters 44 gewonnen.Ce) The angular acceleration about the pitch axis 6> r This is obtained from the angular velocity signal (Bj, of the rate gyro 14 by pseudodifferentiation by means of a high-pass filter 44.
Cf) Der Nickwinkel d. Dieser wird ebenfalls aus dem Winkelgeschwindigkeitssignal my durch Pseudointegratioii über ein riiter 46 abgeleitetCf) The pitch angle d. This is also derived from the angular velocity signal m y by pseudointegration via a riter 46
Cg) Die Vertikalgeschwindigkeit h. Diese wird auf zweifache Weise gewonnen, nämlich aus der Ver- Ii =sAh. Cg) The vertical speed h. This is obtained in two ways, namely from the verse Ii = sAh.
Es wird auf diese Weise der Einfluß des Rauschens auf das /i-Signal vermindert. Die Höhenrftgelabweichung wird direkt im Punkt 24 aus der vom Höhenmesser 16 gemessenen Höhe h und der vom Sollwertgeber 22 gelieferten Sollhöhe hs0„ durch Differenzbildung gebildet. Das Zeitintegral der Höhenregelabweichung JAIi dt wird aus dem Signal Ah im Punkte 24 durch reine Integration mittels des Integrators 54 gewonnen.In this way, the influence of the noise on the / i signal is reduced. The altitude deviation is formed directly at point 24 from the altitude h measured by the altimeter 16 and the setpoint altitude h s0 " supplied by the setpoint generator 22 by forming the difference. The time integral of the height control deviation JAIi dt is obtained from the signal Ah at point 24 by pure integration by means of the integrator 54.
Aus dem Ausgangssignal d des Höhenruder-Stellmotors 28, welches dem Pseudobeobachter 34 über den Eingang 36 zugefiihrt wird, werden mittels einer das Verhalten des Höhenruders nachbildenden Modellstrecke 56 der Ruderausschlag d und dessen Zeitableitung S gebildet.From the output signal d of the elevator servomotor 28, which is fed to the pseudo-observer 34 via the input 36, the rudder deflection d and its time derivative S are formed by means of a model section 56 simulating the behavior of the elevator.
Das Höhenrudermodell kann beispielsweise als Schwinger zweiter Ordnung ausgebildet sein, der durch Hintereinanderschaltung zweier Tiefpaßfilter 58 und 60 mit entsprechender Rückführung gebildet wird, wobei das Signal für den Höhenruderausschlag η am Ausgang des Filters 60 und das Signal für die Höhenruder-Laufgeschwindigkeit ή zwischen den Filtern 58 und 60 abgegriffen wird. Es ergibt sich dann folgende Beziehung:The elevator model can, for example, be designed as a second-order transducer, which is formed by connecting two low-pass filters 58 and 60 in series with corresponding feedback, the signal for the elevator deflection η at the output of the filter 60 and the signal for the elevator running speed ή between the filters 58 and 60 is tapped. The following relationship then results:
η = η =
ή = Höhenruderausschlag
η = Ausgang des Höhenruder-Stellmotors D = Dämpfung des Höhenrudersystems
ώο= Eigenfrequenz des Höhenrudersystems ή = elevator deflection
η = output of the elevator servomotor D = damping of the elevator system ώο = natural frequency of the elevator system
Die so erhaltenen 12 Zustandsvariablen werden linear auf die Stellmotore mit Verstärkungsfaktoren kty zurückgeführt Dabei erfolgt eine Rückführung der Zustandsvariablen η und n, also des Höhenruderausschlages und der Höhenruderlaufgeschwindigkeit, sowie der Anstellwinkel-Regelabweichung Aa und deren Integral unmittelbar auf den Eingang des Höhenruder-Stellmotors 28. Höhenruderausschlag und Höhenruderlaufgeschwindigkeit sind nur auf den Höhenruder-Stellmotor 28 zurückgeführt Die übrigen Zustandsvariablen sind sämtlich auf sämtliche Stellmotore 26,28,30 rückgefuhrtund zwar im Falle des Höhenruder-Stellmotors auf den Eingang des vorgeschalteten Rechners 32 und im Falle des Spoiler-Stellmotors aufThe 12 state variables obtained in this way are fed back linearly to the servomotors with gain factors k t y . The state variables η and n, i.e. the elevator deflection and the elevator speed, as well as the angle of attack control deviation Aa and its integral, are fed back directly to the input of the elevator servomotor 28. Elevator deflection and elevator travel speed are only traced back to the elevator servomotor 28 The other state variables are all traced back to all servomotors 26,28,30 and in the case of the elevator servomotor to the input of the upstream computer 32 and in the case of the spoiler servomotor to
230 265/52230 265/52
1010
den Eingang des vorgeschalteten Filters 34,the input of the upstream filter 34,
Die Verstärkungsfaktoren für die Aufschaltung der einzelnen regeltechnischen Züstandsvariablen auf die verschiedenen Stellmotore ergibt sich aus der nächste^ henderi Rückführmatrix.The gain factors for the connection of the individual control-related condition variables to the different servomotors results from the next ^ henderi feedback matrix.
Aa ί Aa State
Aa ί Aa
K2.2
Kl.2
0 Ku
K 2 . 2
Class 2
0
K2A
K3.,
0 Ku
K 2 A
K 3. ,
0
K1J
0
*u Ku
K 1 y
0
* u
Ku
0
K, s ^ M, 4
Ku
0
K, s
K2.s
0 K \ .s
K 2 . s
0
K2.6
0
A', 6 Ku
K 2 .6
0
A ', 6
^2.7
0
A-,,A - ,, 7
^ 2.7
0
A- ,,
K2
0
K, K 1
K 2
0
K,
.8 -^2.9
0
.8 K3 ,9.8 ΑΊ, ζ,
.8 - ^ 2.9
0
.8 K 3 , 9
•^2,10
O
^3.IOΑΊ, ιο
• ^ 2.10
O
^ 3.IO
O
K3..
OO
O
K 3 ..
O
OO
ι ΑΓ3.12ι ΑΓ3.12
OO
Spoiler
Höhenruder (direkt)
Staudruck angepaßtthrust
spoiler
Elevator (direct)
Adapted back pressure
Die verschiedenen Züstandsvariablen bei der beschriebenen Ausführungsform der Effindurig werden auf verschiedene Weise gewonnen: Einige werdenThe various condition variables in the described embodiment of the Effindurig won in different ways: some will
Andere Größen werden durch Filterung aus den gemessenen Größen hergeleitet (Beobachtungsfilter). Das
sind beispielsweise die Integrale \Aadt und \Ahdt
öder die Nickbeschleunigung oder der Nickwinkel. Andere Zustandsvariable werden durch eine Modell-
* dchbildung gewonnen, welche z. B. das Verhalten des
löhenruders modellmäßig simuliert.
Im vorliegenden Falle ist die Auswahl der verwendeten Züstandsvariablen so getroffen, daßOther quantities are derived from the measured quantities by filtering (observation filter). These are, for example, the integrals \ Aadt and \ Ahdt or the pitching acceleration or the pitching angle. Other state variables are obtained through a model * dchbildung, which z. B. simulates the behavior of the Löhenruders model.
In the present case, the selection of the condition variables used is made so that
9. eine frequenzmäßige Arbeitsteilung der verschiedenen Stellgrößen9. a frequency-based division of labor for the various manipulated variables
2ü gewährleistet ist. Diese Gesichtspunkte lassen sich mit der vorliegenden Kombination von Züstandsvariablen hinreichend berücksichtigen. Redundanz der Züstandsvariablen bedeutet dabei, daß bestimmte Einflüsse mehrfach berücksichtigt sind, so daß auch bei Störun- 2ü is guaranteed. These aspects can be adequately taken into account with the present combination of condition variables. Redundancy of the condition variables means that certain influences are taken into account more than once, so that even in the event of malfunctions
gen in einem Kanal immer noch eine Berücksichtigung dieses Einflusses in der Regelung erfolgt. Bei hochfrequenten Vorgängen gilt beispielsweiseThis influence is still taken into account in the control in a channel. At high frequency For example, operations
1. eine präzise Führung der Flugbahn,1. precise guidance of the flight path,
2. eine präzise Regelung des aerodynamischen Strömungszustandes, 2. precise regulation of the aerodynamic flow condition,
3. eine gute Stabilität,3. good stability,
4. eine gute Böenunterdrückung (in Flugbahn, Aerodynamik und Schub),4. Good gust suppression (in flight path, aerodynamics and thrust),
5. eine Elimination des Schwenvindeinflusses,5. an elimination of the Schwenvind influence,
6. eine einfache Realisierung der Züstandsvariablen, :7. eine weitgehende Redundanz,6. a simple implementation of the condition variables, : 7. extensive redundancy,
.8. eine Parameterunempfindlichkeit über einen weiten Flugbereich und.8th. a parameter insensitivity over a wide area Flight area and
Da sowohl η am Ausgang des Höhenrudermodelles 56 als auch ω} beobachtet werden, erfolgt auf diese Weise eine redundante Beobachtung von n, was zu einer Erhöhung der Parameter-Unempfindlichkeit führt.Since both η at the output of the elevator model 56 and ω } are observed, a redundant observation of n takes place in this way, which leads to an increase in the parameter insensitivity.
Der Nickwinkel d kann als redundante Zustandsvariable auch gebildet werden aus dem gemessenen Anstellwinkel α und den gewonnenen Zustandsgrößen h und μ nach der BeziehungThe pitch angle d can also be formed as a redundant state variable from the measured angle of attack α and the state variables h and μ obtained according to the relationship
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
Claims (9)
(e2) das Strömungszustands-Abweichüngssi-(et) the position deviation signal (A / 1),
(e 2 ) the flow condition deviation indicator
(ej) das Zeitintegral des Positionsabwei-gnal (A a),
(ej) the time integral of the position deviation
(e.,) das Zeitintegral des Strömungszustarids* Abweichungssignäls (JA α dl) undsignal (JA h d /) *
(e.,) the time integral of the flow state * deviation signal (JA α dl) and
das erste Filter (48) zur Pseudointegrationknife (12) for measuring the Ycrtikaiba acceleration and for generating a vertical acceleration signal (Λ),
the first filter (48) for pseudo integration
das zweite Filter (50) zur Pseudodifferentationof the vertical acceleration signal (Λ) set up i «t, ίο the device for direct measurement of the fourth state variable is an altimeter (16) for measuring the aircraft altitude and for generating an altitude signal and
the second filter (50) for pseudodifferentiation
(40) den stationären Ehdwerl eliminiert, ( I high pass filter
(40) eliminated the stationary Ehdwerl,
der Nickwinkel (d) durch Pseudointegrationthe angular velocity (ω ν ) around the pitch axis by direct measurement using a rate gyro (14),
the pitch angle (d) through pseudointegration
die Vertikalgeschwindigkeit (/i) durch komplementäre Filter (48, 50)the angular velocity,
the vertical speed (/ i) through complementary filters (48, 50)
Zeitintegral der Höhenabweichung (A h) durchon the one hand by measuring the vertical acceleration (Ä) by means of a vertical base accelerometer (12) and pseudointegration of the same and on the other hand from the height deviation (Ah) by pseudodiiTerentiation by means of a high-pass filter (50), the height deviation (Ah) by direct height measurement by means of an altimeter (16) and difference formation with a setpoint, as well
Time integral of the height deviation (A h) through
Die Zeichnung zeigt ein Signalflußbild eines nach derThe invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment with reference to the accompanying drawing:
The drawing shows a signal flow diagram one after the other
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2250219A DE2250219C2 (en) | 1972-10-13 | 1972-10-13 | Flight controller for regulating the position and the aerodynamic flow state of aircraft |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2250219A DE2250219C2 (en) | 1972-10-13 | 1972-10-13 | Flight controller for regulating the position and the aerodynamic flow state of aircraft |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2250219A1 DE2250219A1 (en) | 1974-04-25 |
DE2250219C2 true DE2250219C2 (en) | 1983-02-03 |
Family
ID=5858937
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2250219A Expired DE2250219C2 (en) | 1972-10-13 | 1972-10-13 | Flight controller for regulating the position and the aerodynamic flow state of aircraft |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE2250219C2 (en) |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR1515349A (en) * | 1966-06-29 | 1968-03-01 | Fluggeratewerk Bodensee G M B | Propulsion regulator for airplanes or the like |
US3594553A (en) * | 1969-01-02 | 1971-07-20 | United Control Corp | Aircraft instrument |
US3618878A (en) * | 1969-06-23 | 1971-11-09 | Lear Siegler Inc | Aircraft throttle control |
-
1972
- 1972-10-13 DE DE2250219A patent/DE2250219C2/en not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2250219A1 (en) | 1974-04-25 |
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