ES2349808T3 - Proceso de equilibrado en múltiples ejes. - Google Patents

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Abstract

Un método (200) para el equilibrado de una aeronave (100), comprendiendo el método: la determinación generalmente de modo simultáneo (300, 400) de los valores de una pluralidad de variables de equilibrado en una pluralidad de grados de libertad (114), caracterizado por la determinación generalmente de modo simultáneo de valores para una pluralidad de variables de equilibrado mediante la realización de la búsqueda en múltiples ejes para los valores de equilibrado y usando el método de extrapolación de múltiples ejes, en el que la búsqueda en múltiples ejes para los valores de equilibrado usa un método de eliminación gaussiano de pivote tras el uso de la construcción de una matriz Jacobiana inicial con diferencias finitas o el algoritmo de búsqueda de líneas y la matriz Jacobiana con la actualización de Boyden.

Description

ANTECEDENTES
Esta descripción se refiere de modo general a la aeronáutica y, más particularmente, a un método y un sistema para la determinación de las soluciones de equilibrado de una aeronave substancialmente de modo simultáneo en seis grados de libertad.
Las superficies de control de vuelo y el empuje del motor de una aeronave se ajustan para mantener una condición de vuelo deseada descrita por la altitud, velocidad, actitud y rumbo de la aeronave, así como para efectuar algunos cambios deseados en la altitud, velocidad, actitud y rumbo. Típicamente, las superficies de control de vuelo se equilibran para proporcionar un vuelo recto y nivelado.
El equilibrado se puede usar para compensar factores tales como descompensaciones o desplazamientos de la carga (gente, carga y combustible) y los vientos que de otra forma alterarían indeseablemente la altitud, velocidad, actitud y rumbo del aeroplano, así como la asimetría en el empuje debida a un fallo de motor. Por ejemplo, el equilibrado se puede usar para compensar una desproporción en la distribución del peso de la carga que de otra forma haría que el aeroplano alabease indeseablemente a un lado. De modo similar, el equilibrado se puede usar para compensar un viento lateral que de otra forma haría que el aeroplano guiñase de modo indeseable separándose de su rumbo deseado.
Más particularmente, cuando la aeronave está tendiendo a alabear a un lado, se pueden mover los alerones y los spoilers a una posición que devuelve la aeronave a un vuelo nivelado. De modo similar, si la aeronave es llevada por el viento fuera de su curso, se puede mover un timón de dirección de modo que se mantenga el rumbo deseado.
Las superficies de control en aeronaves más pequeñas se pueden posicionar manualmente, tal como mediante el uso de sistemas mecánicos accionados por el piloto, por ejemplo, cables y poleas. Sin embargo, las aeronaves más grandes requieren generalmente superficies de control accionadas por motor eléctrico o hidráulicamente. En algunas aeronaves, tales como aquellas con sistemas de control de vuelo incrementados (vuelo por hilos), un sistema de equilibrado automático intenta mantener la deseada altitud, velocidad, actitud y rumbo de la aeronave con la mínima intervención del piloto.
Los simuladores de vuelo son importantes herramientas que se usan extensivamente por la industria de líneas aéreas y los militares para entrenamiento de pilotos y simulación de desastres y por los fabricantes de aeronaves para el desarrollo de las aeronaves. Uno de los aspectos más importantes de los simuladores de vuelo es el sistema y método de equilibrado.
Aunque los sistemas de equilibrado contemporáneos han probado en general su utilidad para la finalidad que se busca, tales sistemas contemporáneos sufren de deficiencias inherentes que pueden desmerecer su utilidad y atractivo. Esto es particularmente verdadero para aeronaves modernas que tienen una dinámica altamente no lineal y altamente acoplada o sistemas de control de vuelo que están incrementados. Esto puede ser también verdadero cuando tal sistema sigue una ley de control p-beta, que introduce sistemas altamente incrementados y acoplamientos del sistema significativos entre el control de alabeo/guiñada y el movimiento de alabeo/guiñada. Como resultado ciertas variables de equilibrado han trasladado su influencia sobre el movimiento de la aeronave de un eje a otro eje.
Los sistemas de equilibrado determinan las variables de equilibrado tales como los ángulos de ataque y deslizamiento lateral, ángulo de la trayectoria de vuelo, entrada de columna, entrada de pedal, entrada de rueda y posición de gases para accionar tanto las aceleraciones angulares (cabeceo, alabeo y guiñada) como las aceleraciones lineales del punto de masa (aceleración tangencial y aceleración centrípeta) a valores objetivo (que típicamente son cero).
Sin embargo, el proceso de equilibrado contemporáneo es un proceso en un único eje. Esto es, las variables de equilibrado se determinan una cada vez para accionar una aceleración única que corresponde a una única variable de equilibrado. Por ejemplo, el ángulo de deslizamiento lateral se puede usar para llevar la aceleración de guiñada a cero (manteniendo de ese modo un rumbo deseado). Después de que la aceleración de guiñada se haya llevado a cero, entonces se puede usar una variable de equilibrado diferente para llevar su correspondiente aceleración a cero, y así sucesivamente.
En esta forma, los sistemas de equilibrado contemporáneos dan la solución para una variable de equilibrado llevando una aceleración a su valor objetivo cada vez. Después de que el sistema de equilibrado determina una solución de equilibrado para un primer eje o aceleración, entonces el sistema de equilibrado se traslada a un segundo eje y así equilibra el segundo eje usando una variable de equilibrado diferente. Sin embargo, una vez que se obtiene el equilibrado a lo largo del segundo eje, la aceleración previamente equilibrada a lo largo del primer eje típicamente se vuelve desequilibrada. Por ello, se debe volver a equilibrar el primer eje.
La aceleración previamente equilibrada a lo largo del primer eje se vuelve típicamente desequilibrada después de que se alcanza un equilibrado a lo largo del segundo eje debido a los fuertes acoplamientos de los sistemas dinámicos involucrados. Este efecto no deseable necesita un equilibrado iterativo, que es inherentemente ineficiente. Esto es, cada grado de libertad debe ser repetidamente vuelto a equilibrar hasta que todos los grados de libertad están dentro de las tolerancias deseadas. Tal equilibrado iterativo no es deseablemente robusto y a menudo no consigue producir una solución de equilibrado cuando la aeronave está cerca de los límites de la envolvente de vuelo y del control de vuelo.
Uno de los límites de vuelo es la velocidad más baja a la que una aeronave puede permanecer equilibrada tanto con el pedal como con la entrada de rueda en sus límites mecánicos. Cuando la aeronave está cerca de su velocidad límite con la entrada de pedal máxima, la rueda se convierte en inefectiva en el control del momento de alabeo. El ángulo de deslizamiento lateral puede controlar aún de modo efectivo las aceleraciones tanto en los ejes de alabeo como de guiñada. Los sistemas de equilibrado contemporáneos a menudo fallan tratando de encontrar las soluciones de equilibrado en estos límites.
Adicionalmente, aunque las leyes de control p-beta de algunas aeronaves modernas eliminan la dependencia de la aceleración lateral o ángulo de inclinación, añaden una dependencia de la aceleración de guiñada en el ángulo de inclinación. Este nuevo desplazamiento en la dependencia de la aceleración hace a los procesos de equilibrado en eje único contemporáneos ineficaces.
Como resultado, hay una necesidad de un sistema de equilibrado que determine generalmente de modo simultáneo valores para las variables de equilibrado en una pluralidad de grados de libertad diferentes de modo que mitiguen en forma sustancial los aspectos iterativos de los sistemas de equilibrado contemporáneos y de ese modo mejoren la eficiencia y proporcionen un sistema de equilibrado más robusto.
Estos objetivos se consiguen mediante el método de la reivindicación 1 y el sistema de la reivindicación 8.
El documento US 2003/0106958 describe un sistema de incremento de equilibrado para una aeronave de alas giratorias que tiene un algoritmo de incremento de equilibrado que proporciona el incremento del equilibrado del giro por medio de una entrada de la palanca de mando en un eje y la transferencia del equilibrado automática en ejes cruzados como una función del grado de guiñada comandado.
El documento US 2005/0051666 describe una aeronave con un control de centro de gravedad activo en el que un controlador puede transferir el combustible entre una pluralidad de tanques de combustible y ajustar el centro de gravedad de la aeronave para reducir la carga del equilibrado.
SUMARIO
Se describen en el presente documento los sistemas y métodos para proporcionar el equilibrado de un vehículo, tal como una aeronave. De acuerdo con un ejemplo de una realización, un método para proporcionar el equilibrado comprende la determinación generalmente de modo simultáneo de una pluralidad de variables de equilibrado en una pluralidad de grados de libertad.
De acuerdo con un ejemplo de una realización, un sistema para proporcionar un equilibrado comprende un procesador configurado para la determinación generalmente de modo simultáneo de los valores de una pluralidad de variables de equilibrado en una pluralidad de grados de libertad.
De acuerdo con un ejemplo de una realización, un sistema para proporcionar el equilibrado comprende medios para la determinación generalmente de modo simultáneo de los valores de una pluralidad de variables de equilibrado en una pluralidad de grados de libertad.
Una o más realizaciones proporcionan un método y un sistema para proporcionar un equilibrado que mitiga de modo sustancial los aspectos iterativos de los sistemas de equilibrado contemporáneos y de ese modo mejora la eficiencia y proporciona un sistema de equilibrado más robusto.
Se ofrecerá una comprensión más completa de las realizaciones a los expertos en la materia, así como una materialización de las ventajas adicionales de la misma, mediante una consideración a la siguiente descripción detallada de una o más realizaciones. Se realizará referencia a las hojas de dibujos adjuntos que se describirán primero brevemente.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La Figura 1 muestra una aeronave que indica las aceleraciones que se
pueden controlar de acuerdo con un ejemplo de una realización;
las Figuras 2A y 2B muestran un diagrama flujo de un proceso de
equilibrado de múltiples ejes de acuerdo con un ejemplo de una
realización de la presente;
la Figura 3 muestra un diagrama de flujo del proceso de búsqueda de las
Figuras 2A y 2B;
la Figura 4 muestra un diagrama de flujo del proceso de extrapolación de
las Figuras 2A y 2B;
la Figura 5 muestra un diagrama de bloques de un sistema de
equilibrado, de acuerdo con un ejemplo de una realización
Las realizaciones y sus ventajas se comprenderán mejor mediante referencia a la descripción detallada a continuación. Se debería apreciar que los números de referencia iguales se usan para identificar elementos iguales ilustrados en una o más de las figuras.
DESCRIPCIÓN DETALLADA
Un ejemplo de una realización comprende un método para proporcionar el equilibrado en el que se determinan una pluralidad de soluciones de equilibrado de modo simultáneo en una pluralidad de grados de libertad. Por ejemplo, las soluciones de equilibrado se pueden determinar generalmente de modo simultáneo en seis grados de libertad. La solución de equilibrado se puede determinar para las aceleraciones objetivo tanto lineales como angulares.
Al menos una realización es adecuada para la determinación de soluciones de equilibrado para una aeronave que tenga una aerodinámica no lineal. Puede considerarse el acoplamiento en múltiples ejes en la determinación de las soluciones de equilibrado. Al menos una realización es adecuada para la determinación de soluciones de equilibrado para una aeronave que tenga un sistema incrementado de control de vuelo.
Como se usa en el presente documento, la expresión “generalmente de modo simultáneo” se define para incluir la determinación de una pluralidad de variables de equilibrado en una forma que facilite el accionamiento de una pluralidad de aceleraciones correspondientes hasta sus valores objetivos aproximadamente al mismo tiempo. Una aceleración no ha de ser llevada hasta su valor objetivo antes de que la siguiente aceleración se lleve hasta su valor objetivo. Esto puede ser realizado, por ejemplo, mediante la resolución de una pluralidad de incógnitas (variables de equilibrado) en una pluralidad de fórmulas (que caracterizan las relaciones de las variables de equilibrado con los parámetros de la aeronave y entre sí).
Esto es opuesto al método contemporáneo descrito anteriormente, en el que los valores de equilibrado se definen en serie, es decir, el valor de una variable de equilibrado se determina cada vez de una manera que necesita el recálculo recursivo de estas variables. Esto es, se determina una primera solución de equilibrado (tal como llevar una aceleración correspondiente a aproximadamente cero) y entonces se determina una segunda solución de equilibrado. Después de que la aceleración correspondiente a la segunda solución de equilibrado se haya corregido (de nuevo, tal como mediante llevar la aceleración a cero), entonces la primera solución de equilibrado típicamente ya no será válida y debe resolverse de nuevo. Este proceso continúa de modo recursivo hasta que todas las variables de equilibrado están dentro de las tolerancias deseadas.
Mediante la determinación de los valores de equilibrado generalmente de modo simultáneo, como se realiza de acuerdo con una o más realizaciones, se elimina o mitiga sustancialmente la necesidad de tal recursión. Más aún, una pluralidad (tal como todas) de las variables de equilibrado se pueden determinar generalmente de modo simultáneo y se puede accionar una pluralidad de aceleraciones correspondientes hasta los valores objetivos generalmente de modo simultáneo. De esta forma, se proporciona un sistema de equilibrado más eficiente y más robusto.
La Figura 1 muestra una aeronave 100 con las aceleraciones lineales y angulares etiquetadas. En esta forma, ax es la aceleración tangencial 102, ay es la aceleración centrípeta lateral 104, az es la aceleración centrípeta vertical
106, p es la aceleración de alabeo 108, q es la aceleración de cabeceo 110, y r es la aceleración de guiñada 112, que comprenden una pluralidad de grados de libertad 114. Uno o más de entre el ángulo de ataque, ángulo de deslizamiento lateral, velocidad de la aeronave, ángulo de la trayectoria de vuelo, ángulo de inclinación, ángulo de deriva, entrada de control de cabeceo/alabeo/guiñada, entrada de gases de motor, peso, centro de gravedad, así como cualesquiera otros parámetros deseados se pueden usar para accionar una o más de entre la aceleración tangencial, aceleración centrípeta lateral, aceleración centrípeta vertical, aceleración de alabeo, aceleración de cabeceo y aceleración de guiñada en sus valores objetivo. Las Figuras 2A y 2B muestran una visión general de un proceso de equilibrado de múltiples ejes de acuerdo con un ejemplo de una realización. De acuerdo con esta realización, la inicialización del proceso de equilibrado en múltiples ejes, como se indica mediante el bloque 203, comprende los bloques 204 hasta 208, que se comentan a continuación. Las tolerancias residuales de la aceleración se ajustan para el equilibrado, como se indica en el bloque 204. Las diferencias entre los componentes de la aceleración de la aeronave y sus objetivos han de caer dentro de las tolerancias residuales de aceleración para alcanzar un equilibrado con éxito. Las variables de equilibrado se inicializan, como se indica en el bloque
205. Para inicializar las variables de equilibrado, se ajustan típicamente a valores que son representativos de los estados actuales de la aeronave 100. También se pueden ajustar a valores nominales seleccionados de acuerdo con los tipos de variables de equilibrado y los objetivos del equilibrado.
Las variables de equilibrado se determinan en el bloque 206 en base a los objetivos de equilibrado. Los valores de las variables de equilibrado se pueden determinar mediante la resolución de una pluralidad de ecuaciones para una pluralidad de variables, tales como mediante el uso de álgebra de matrices. Las constantes de las ecuaciones pueden representar los valores de equilibrado iniciales y/o parámetros que caracterizan cómo se relacionan las aceleraciones con las variables de equilibrado. Las variables de las ecuaciones representan las soluciones deseadas de las variables de equilibrado. Las ecuaciones se pueden resolver para determinar los valores para las variables de equilibrado de acuerdo con las bien conocidas reglas del álgebra de matrices.
Dependiendo de los objetivos de equilibrado se pueden seleccionar y determinar las variables de equilibrado a partir de parámetros tales como los ángulos de ataque y deslizamiento lateral, la velocidad de la aeronave, el ángulo de la trayectoria de vuelo, el ángulo de inclinación, el ángulo de deriva, la entrada de control de cabeceo, la entrada de control de alabeo, la entrada de control de guiñada, entrada de gases del motor, peso de la aeronave y centro de gravedad, por ejemplo.
Los componentes de la aceleración lineal y angular que afecten al equilibrado se determinan y se fijan los objetivos de las aceleraciones deseadas para estos valores, como se indica en el bloque 207. Los componentes de la aceleración lineal y angular son los que se están experimentando realmente por la aeronave en el momento en el que se están determinando los valores de equilibrado.
Los objetivos de aceleración son los valores deseados para estas aceleraciones y da como resultado que la aeronave tenga las condiciones de vuelo deseadas. Típicamente, los objetivos de aceleración serán cero. La aceleración cero tiene lugar cuando la aeronave está volando nivelada y el rumbo no está cambiando.
Sin embargo son posibles también objetivos de aceleraciones no cero. Las aceleraciones no cero pueden tener lugar, por ejemplo, cuando la aeronave se está inclinando para que cambie el rumbo de la misma.
Se determinan los límites para las variables de equilibrado, como se indica en el bloque 208. Los límites pueden incluir las limitaciones físicas del sistema de equilibrado. Por ejemplo, los límites se pueden definir, al menos en parte, mediante los límites mecánicos (extensión del recorrido) de los dispositivos de control del piloto o de las superficies de control. Los límites se pueden determinar también por las capacidades aerodinámicas de la aeronave y límites de la estructura tales como los ángulos de ataque para pérdida de sustentación y la velocidad de funcionamiento máxima, etc.
Los modelos dinámicos de la aeronave, que pueden incluir acoplamientos, se usan como se indica en el bloque 209 para proporcionar información de la fuerza y momentos para un algoritmo de la segunda ley de Newton, como se indica en el bloque 210. La salida del algoritmo de la segunda ley de Newton se proporciona a un algoritmo de aceleración, como se indica mediante el bloque 211. El algoritmo de aceleración proporciona las aceleraciones que se obtienen a partir de la aplicación de los modelos dinámicos de la aeronave y de la segunda ley de Newton a los valores iniciales de las variables de equilibrado, los valores límite o internos de las variables de equilibrado y los valores actualizados de las variables de equilibrado.
Las aceleraciones residuales se determinan mediante las diferencias entre estas aceleraciones y sus correspondientes objetivos. Estas aceleraciones residuales se proporcionan a un algoritmo de búsqueda de múltiples ejes, como se indica mediante el bloque 300 y a una extrapolación de múltiples ejes, como se indica mediante el bloque 400 y se comenta con más detalle a continuación.
Las tolerancias residuales de la aceleración del bloque 204, los residuos de la aceleración actualizados, y los residuos de la aceleración extrapolados se proporcionan a un algoritmo de búsqueda en múltiples ejes para la actualización y determinación de los valores para las variables de equilibrado, como se indica mediante el bloque 300 y se comenta con más detalle a continuación.
La Figura 3 muestra un proceso de búsqueda en múltiples ejes 300 de las Figuras 2A y 2B con más detalle. Este proceso involucra la construcción de la matriz Jacobiana inicial y la revisión de la matriz Jacobiana usando la actualización de Boyden, como se razona a continuación.
Los residuos de la aceleración se usan para determinar las variables de equilibrado actualizadas de acuerdo con principios bien conocidos. El incremento de la variable de equilibrado se puede determinar mediante el uso de eliminación gaussiana.
Más particularmente, se inicializa un contador de iteraciones como se indica mediante el bloque 301 y se incrementa en cada iteración como se indica mediante el bloque 302.
La norma de residuos de la aceleración se evalúa, como se indica en el bloque 303. La norma de residuos de la aceleración se define como la raíz cuadrada de la suma de los cuadrados normalizados de todos los residuos aceleración seleccionados. Si han de ser equilibrados todos los seis componentes lineales y angulares de la aceleración, una norma N puede ser
2
2 2 222
OBJETIVO
OBJETIVO OBJETIVO OBJETIVO OBJETIVO OBJETIVO
⎛ a − a ⎞⎛ a − a ⎞⎛ a − a ⎞⎛ p − p ⎞⎛q −q ⎞⎛ r − r ⎞
xx yy zz
N = imagen1 ⎜⎜ TOLERANCIA ⎟⎟ +⎜ TOLERANCIA ⎟⎟ +⎜⎜ TOLERANCIA ⎟⎟ +⎜⎜ TOLERANCIA ⎟⎟ +⎜⎜ TOLERANCIA ⎟⎟ +⎜⎜ TOLERANCIA ⎟⎟
⎝ ax ⎠ ⎝⎜ay ⎠⎝ az ⎠⎝ p ⎠⎝ q ⎠⎝ r ⎠
Una norma reducida entre iteraciones de equilibrado puede indicar un proceso de convergencia general.
5 Si el contador de iteraciones es igual a uno, se construye una matriz Jacobiana inicial como se indica en el bloque 304. Con finalidades de ilustración sin pérdida de generalidad, se seleccionan como variables de equilibrado el ángulo de ataqueα, el ángulo de deslizamiento lateralβ, el ángulo de trayectoria de vueloγ, la entrada de la columna del piloto δc, la entrada del
10 pedal δp y la entrada de rueda δw como las variables de equilibrado para equilibrar los 6 componentes de la aceleración lineales y angulares
ax = f1(α, β, γ, δc, δp, δw) ar = f2(α, β, γ, δc, δp, δw) 15 az = f3(α, β, γ, δc, δp, δw) p = f4(α, β, γ, δc, δp, δw) q = f5(α, β, γ, δc, δp, δw)
r = f6(α, β, γ, δc, δp, δw)
20 con sus objetivos. La matriz Jacobiana inicial se construye usando diferencias finitas en los valores iniciales de las variables de equilibrado, como sigue:
⎡Δf Δf Δf Δf Δf Δf ⎤
1 11 11
⎢Δα Δβ Δγ Δδc Δδp Δδw ⎥
⎢ ⎥
Δf Δf Δf Δf Δf Δf
⎢ 22222 2 ⎥ ⎢Δα Δβ Δγ Δδc Δδp Δδw ⎥
⎢ ⎥
Δf3 Δf3 Δf3 Δf3 Δf3 Δf3
⎢ ⎥
⎢Δα Δβ Δγ Δδc Δδp Δδw ⎥
J0=
⎢Δf Δf Δf Δf Δf Δf ⎥
4 4444 4
⎢Δα Δβ Δγ Δδc Δδp Δδw ⎥
⎢ ⎥
⎢Δf5 Δf5 Δf5 Δf5 Δf5 Δf5 ⎥ ⎢Δα Δβ Δγ Δδc Δδp Δδw ⎥
⎢ ⎥
Δf Δf Δf Δf Δf Δf
⎢ 66666 6 ⎥ ⎢⎣ Δα Δβ Δγ Δδc Δδp Δδw ⎥⎦
Como se indica en el bloque 305 si el contador de iteraciones no es igual a uno, la norma residual de la aceleración se actualiza una vez al comienzo de la iteración y se actualiza de nuevo usando los resultados de búsqueda en cada línea con los ajustes del tamaño de la etapa de incremento de la variable
5 de equilibrado, como se indica en el bloque 306. Este proceso comprende la evaluación de los residuos de la aceleración en los valores de equilibrado revisados debido a su ajuste de tamaño en la etapa de incremento hasta que la norma actualizada es menor que la norma de la iteración previa. Se calcula el incremento de la aceleración y se revisa la matriz
10 Jacobiana usando la actualización de Boyden, como se indica en el bloque
307. Una actualización de Boyden se realiza añadiendo una matriz incremental a la matriz Jacobiana de la iteración previa, Ji tal como,
)
Δ
)
Δ
T
xx
T
x
La matriz incrementar ese construye en base a los incrementos de la variable de equilibrado guardados de iteraciones previas, lo que podría ser
Δ
(
)(
x
−
J
a
i i i i
Ji+1 = Ji +
Δ
(
Δ
i i
αι −αι
⎡
⎤
−
1
⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢⎢⎣
⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥⎥⎦
βι −βι
−
1 1
γι −γι
−−δc
Δxi =
δ
c p −δp
ιι
ι ι
−
1
δ
−
ι
1 1
δ
w
y los incrementos de la aceleración, lo que podría ser
−δw
ι
−
−
⎡
⎤
a
a
X X
i i
−
1 1
⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢⎢⎣
⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥⎥⎦
−
a
Y
a
Y
ii
−
−
a
a
Z Z
Δai =
i i
−
1
−−−
p
p
i i-1
q
q
i i-1
r&
i
r&
i-1
Los incrementos de la variable de equilibrado se determinan usando la eliminación gaussiana pivote, como se indica en el bloque 308. Este es un proceso de álgebra de matrices bien conocido para la determinación de una pluralidad de valores incógnita a partir de una pluralidad de fórmulas.
La matriz Jacobiana, el incremento de la aceleración y la norma de la aceleración se guardan, como se indica en el bloque 309, para la revisión de la matriz Jacobiana en la siguiente iteración. Las variables de equilibrado se actualizan como se indica en el bloque 310.
La Figura 4 muestra la extrapolación de múltiples ejes 400 de las Figuras 2A y 2B en detalle. Se determinan los ejes a lo largo de los que las variables de equilibrado están fuera de límites, como se indica en el bloque 401. Se definen las variables de equilibrado delimitadas mediante el ajuste de las variables fuera de límites y sus límites, como se indica en el bloque 402. La evaluación de los residuos de la aceleración se solicita para las variables de equilibrado delimitadas, como se indica en el bloque 403.
Cuando el contador de las variables de equilibrado fuera de límites (iob) alcanza el número de variables de ajuste fuera de límites (nob) entonces la extrapolación ha tenido éxito y se sale del proceso de extrapolación. Mientras que el contador de las variables de equilibrado fuera de límites (iob) sea menor que el número de variables de equilibrado fuera de límites (nob), continúa el proceso siguiente.
Las variables de equilibrado perturbadas se crean mediante el movimiento de las variables de equilibrado delimitadas al interior como se indica mediante el bloque 405. Se solicita la evaluación de los residuos de la aceleración en las variables de equilibrado perturbadas, como se indica en el bloque 406. Se calculan las pendientes de todos los residuos de la aceleración usando las diferencias finitas en las variables delimitadas y perturbadas, como se indica mediante el bloque 407. Se realiza la extrapolación lineal a lo largo de los ejes identificados usando las pendientes de todos los residuos de la aceleración, como se indica en el bloque 408.
La Figura 5 muestra un diagrama de bloques de un sistema de equilibrado, de acuerdo con un ejemplo de una realización. Una pluralidad de sensores 51 proporciona salidas a un procesador de equilibrado 50. El procesador de equilibrado 50 controla la posición de las variables de equilibrado 52.
Los sensores 51 pueden comprender cualquier dispositivo sensor u otros dispositivos que proporcionen información que se pueda usar por el procesador de equilibrado 50 para determinar los valores de equilibrado. Por ejemplo, los sensores 51 pueden comprender sensores que proporcionen información representativa de parámetros tales como los componentes del cuerpo actuales de las aceleraciones lineal y angular de la aeronave, el estado aerodinámico, la posición inercial y las condiciones de vuelo deseadas descritas mediante la altitud, velocidad, actitud y rumbo de la aeronave.
El procesador de equilibrado 50 puede ser un procesador dedicado o puede ser un ordenador de propósito general. El procesador de equilibrado puede comprender uno o más algoritmos que se ejecutan en un ordenador para realizar una diversidad de otras tareas no relacionadas.
Las variables de equilibrado 52 pueden comprender las superficies de control de vuelo principales y los dispositivos requeridos para efectuar su movimiento (tal como los circuitos de accionamiento, motores eléctricos, bombas hidráulicas y motores). El procesador de equilibrado 50, los sensores 51, las variables de equilibrado 52, puede ser parte de un sistema de incremento del control de vuelo 500.
Aunque comentado en el presente documento como que se aplica a una aeronave, aquellos expertos en la materia apreciarán que una o más realizaciones se pueden usar para determinar las soluciones de equilibrado para misiles, cohetes, naves marinas (tales como navíos, barcos y submarinos) y otros vehículos. Como tal, el tratamiento en el presente documento como aplicable a una aeronave es solamente a modo de ejemplo y no a modo de limitación.
De ese modo, una o más realizaciones de la presente proporcionan un método y un sistema para el equilibrado de una aeronave u otro vehículo en el que los aspectos iterativos no deseables de los sistemas de equilibrado contemporáneos se mitigan o se eliminan. Se proporciona de modo un sistema de equilibrado más eficiente y más robusto.
Las realizaciones descritas lo son con finalidad de ilustración, no de limitación. Se debería comprender también que son posibles numerosas modificaciones y variaciones de acuerdo con los principios descritos en el presente documento.

Claims (13)

  1. REIVINDICACIONES
    1.
    Un método (200) para el equilibrado de una aeronave (100), comprendiendo el método:
    la determinación generalmente de modo simultáneo (300, 400) de los valores de una pluralidad de variables de equilibrado en una pluralidad de grados de libertad (114), caracterizado por la determinación generalmente de modo simultáneo de valores para una pluralidad de variables de equilibrado mediante la realización de la búsqueda en múltiples ejes para los valores de equilibrado y usando el método de extrapolación de múltiples ejes, en el que la búsqueda en múltiples ejes para los valores de equilibrado usa un método de eliminación gaussiano de pivote tras el uso de la construcción de una matriz Jacobiana inicial con diferencias finitas o el algoritmo de búsqueda de líneas y la matriz Jacobiana con la actualización de Boyden.
  2. 2.
    El método de acuerdo con la enumeración de la reivindicación 1, en el que los valores de equilibrado se determina generalmente de modo simultáneo en seis grados de libertad.
  3. 3.
    El método de acuerdo con la enumeración de la reivindicación 1, en el que los valores de equilibrado se determinan para al menos una de entre la aerodinámica no lineal, las aceleraciones lineales objetivo y las aceleraciones angulares objetivo.
  4. 4.
    El método de acuerdo con la enumeración de la reivindicación 1, en el que se considera el acoplamiento de múltiples ejes en la determinación de los valores de equilibrado.
  5. 5.
    El método de acuerdo con la enumeración de la reivindicación 1, que comprende además proporcionar al menos alguna de entre los valores de equilibrado determinados para un sistema incrementado de control de vuelo
  6. 500.
  7. 6.
    El método de acuerdo con la enumeración de la reivindicación 1, en el que la determinación generalmente de modo simultáneo de los valores para
    una pluralidad de variables de equilibrado comprende el uso de valores representativos del estado aerodinámico, la posición inercial, la actitud, el control de vuelo y la propulsión generalmente de modo simultáneo para determinar los valores de equilibrado.
  8. 7.
    El método de acuerdo con la enumeración de la reivindicación 1, en el que la determinación generalmente de modo simultáneo de los valores para una pluralidad de variables de equilibrado comprende el uso de valores representativos del estado aerodinámico, la posición inercial, la actitud, el control de vuelo y la propulsión generalmente de modo simultáneo para determinar los valores de equilibrado los límites de la envolvente de vuelo y en los límites del control de vuelo.
  9. 8.
    Un sistema para proporcionar valores de equilibrado, comprendiendo el
    sistema:
    una pluralidad de sensores (51); y
    un procesador (50) configurado para usar la información proporcionada
    por los sensores para determinar generalmente de modo simultáneo los valores para una pluralidad de variables de equilibrado (52) en una pluralidad de grados de libertad (114), caracterizado por la determinación generalmente de modo simultáneo de valores para una pluralidad de variables de equilibrado mediante la realización de la búsqueda en múltiples ejes para los valores de equilibrado y usando el método de extrapolación de múltiples ejes, en el que la búsqueda en múltiples ejes para los valores de equilibrado usa un método de eliminación gaussiano de pivote tras el uso de la construcción de una matriz Jacobiana inicial con diferencias finitas o el algoritmo de búsqueda de líneas y la matriz Jacobiana con la actualización de Boyden.
  10. 9.
    El sistema de acuerdo con la enumeración de la reivindicación 8, en el que el procesador se configura para determinar los valores de equilibrado para una aeronave (100).
  11. 10.
    El sistema de acuerdo con la enumeración de la reivindicación 8, en el que el procesador se configura para determinar los valores de equilibrado generalmente de modo simultáneo en seis grados de libertad, y en el que los
    seis grados de libertad incluyen una aceleración tangencial (102), una aceleración centrípeta lateral (104), una aceleración centrípeta vertical (106), una aceleración de alabeo (108), una aceleración de cabeceo (110) y una aceleración de guiñada (112).
    5
  12. 11. El sistema de acuerdo con la enumeración de la reivindicación 8, en el que el procesador se configura para determinar los valores de equilibrado para al menos una de entre la aerodinámica no lineal, las aceleraciones lineales y las aceleraciones angulares objetivo.
    10
  13. 12. El sistema de acuerdo con la enumeración de la reivindicación 8, en el que el procesador se configura para determinar los valores de equilibrado de acuerdo con una ley de control p-beta.
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