JP2586969B2 - 回転翼航空機の補償制御装置 - Google Patents

回転翼航空機の補償制御装置

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JP2586969B2 JP28351991A JP28351991A JP2586969B2 JP 2586969 B2 JP2586969 B2 JP 2586969B2 JP 28351991 A JP28351991 A JP 28351991A JP 28351991 A JP28351991 A JP 28351991A JP 2586969 B2 JP2586969 B2 JP 2586969B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この出願の発明は、回転翼航空機
の操縦制御装置の発明に関する。さらに詳細には、パイ
ロットの操縦信号及び機体運動センサー信号に基づき演
算されたアクチュエータ指令信号によってロータのパワ
ーアクチュエータを制御するFBW(FLY BY W
IRE)などの回転翼航空機の操縦制御系統にあって、
この指令信号に対するロータ制御入力の非線形出力特性
を補償する補償回路に関する。
【0002】
【従来の技術】回転翼航空機にFBW(電気配線により
操縦制御信号の伝達を行うシステム)をメカニカル操縦
系統と併設で適用する場合には、パイロットがスティッ
クを操縦して操縦信号を発し、その信号を信号アクチュ
エータから各種メカニカル・リンケージを介してパワー
アクチュエータに伝達・操作して、回転翼機のメインロ
ータ及びテイルロータを制御する簡便な方式が用いられ
ている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記メ
カニカル・リンケージ、アクチュエーター等は、リンケ
ージ接合部のはめ合いガタ、アクチュエータ・コントロ
ール・バルブのオーバラップ、系統の剛性などの原因に
基づくハードウェア上の微小な非線形特性を有する。し
たがって、パイロットの操舵に対する機体応答の遅れが
生じて操縦性が悪いという欠点があった。また、状態量
フィードバックループによる制御にあっては、非線形特
性の存在により、リミットサイクルが発生しやすく安定
性が低下するという欠点がある。
【0004】これらの欠点を解決する手法として、位相
補償手段を追加することや、フィードバック・ゲインを
調整すること等が考えられるが、これらの手法は、従来
の大型旅客機のような元来安定な制御対象には有効であ
るものの、回転翼機のような不安定な制御対象に対して
は、それほど効果が生じない。また、回転翼機は不安定
であるがゆえに、絶えず微小な修正操舵が必要であり、
前述の微小な非線形性の影響が大きく現れる。
【0005】この出願の発明の目的は、上述の問題点を
解決すべく、回転翼航空機の操舵に対する機体応答が優
れ、かつリミットサイクル等の発生しにくい簡易な操縦
制御装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上述の問題点を解決する
ため、この出願の発明は、回転翼航空機の飛行制御系に
おいて、パイロット操縦入力信号に基づき演算されたア
クチュエータ指令信号に対するロータ制御信号の非線形
出力特性を補償する装置において、指令信号を入力した
ときに、該指令信号を直接アクチュエータに入力したと
きに生ずると予測されるロータ制御信号を模擬した信号
を発生する信号発生手段2 と、前記信号発生手段2 から
の出力信号の極性を逆転させた信号と指令信号を加算す
る第1加算手段3 と、前記第1加算手段3 からの出力信
号を増幅する増幅手段4 と、前記増幅手段4 からの出力
信号と指令信号とを加算して、新たな指令信号を発生す
る第2加算手段5 とにより回転翼航空機の補償制御装置
を構成したものである。
【0007】また、かかる回転翼航空機の飛行制御系に
おいて、指令信号を入力したときに、該指令信号を直接
アクチュエータに入力したときに生ずると予測される
ータ制御信号を模擬した信号を発生する信号発生手段2
と、指令信号値aと前記信号発生手段2 からの出力信号
値bと調整ゲイン値gとから関係: e=ax(1+g)−bxg により新たな指令信号値eを演算する演算手段3、4、5 と
により回転翼航空機の補償制御装置を構成したものであ
る。
【0008】さらに、かかる回転翼航空機の飛行制御系
において、指令信号を入力したときに、該指令信号を直
接アクチュエータに入力したときに生ずると予測される
ロータ制御信号を模擬した信号を発生する第1信号発生
手段32と、前記第1信号発生手段32からの出力信号の
性を逆転させた信号と指令信号とを加算する第1加算手
段33と、前記第1加算手段33からの出力信号を増幅する
第1増幅手段34と、前記第1増幅手段34からの出力信号
と指令信号を加算して、仮指令信号を発生する第2加算
手段35と、仮指令信号を入力したときに、該仮指令信号
を直接アクチュエータに入力したときに生ずると予測さ
れるロータ制御信号を模擬した信号を発生する第2信号
発生手段36と、前記第2信号発生手段36からの出力信号
極性を逆転させた信号と指令信号とを加算する第3加
算手段37と、前記第3加算手段37からの出力信号を増幅
する第2増幅手段38と、前記第2増幅手段38からの出力
信号と仮指令信号を加算して新たな指令信号を発生する
第4加算手段39とにより回転翼航空機の補償制御装置を
構成したものである。
【0009】また、かかる回転翼航空機の飛行制御系に
おいて、指令信号を入力したときに、該指令信号を直接
アクチュエータに入力したときに生ずるロータ制御信号
を模擬した信号を発生する第1信号発生手段32と、指令
信号値aと前記第1の信号発生手段からの出力信号値b
と調整ゲイン値g1 とから関係: c=ax(1+g1 )−bxg1 により仮指令信号値cを演算する第1演算手段33、34、35
と、仮指令信号を入力したときに、該仮指令信号を直接
アクチュエータに入力したときに生ずると予測される
ータ制御信号を模擬した信号を発生する第2信号発生手
段36と、指令信号値aと仮指令信号値cと前記第2信号
発生手段36からの出力信号値dと調整ゲイン値g2 とか
ら関係: e=c+g2 (a−d) により新たな指令信号値eを演算する第2演算手段37、3
8、39とにより回転翼航空機の補償制御装置を構成したも
のである。
【0010】
【実施例】この出願の発明の実施例を図1から図10に
基づいて説明する。これらは、回転翼航空機のメインロ
ーターに適用した場合の実施例である。まず、図1に基
づき制御系の全体構成について説明する。パイロットが
スティック51を操縦して指令信号を発する。この指令信
号と航空機に装備された機体運動センサ52からのセンサ
信号は、飛行制御計算機53に入力され、ここで所定の演
算をされ、アクチュエータ指令信号を発する。指令信号
は、信号アクチュエータ54に入力され、これを制御す
る。信号アクチュエータ54は、メカニカルリンケージ55
を駆動して、パワーアクチュエータ56に指令を伝達す
る。パワーアクチュエータ57は、この指令に応答して、
メインロータ57を制御する。
【0011】[第1実施例] 次に、図2に基づき、上記の飛行制御計算機での処理内
容についての実施例について述べる。本図は、飛行制御
計算機内で処理する演算をブロック図で表したものであ
る。スティックから入力されたパイロットの指令信号は
飛行制御則1 により処理され、非線形信号の発生手段2
に入力される。この信号発生手段2 には、あらかじめ上
記メカニカルリンケージ55及びアクチュエータ54、56 等
の有する非線形モデルを組み込んであり、この補償装置
がないとしたら生ずるであろうメインロータの制御信号
を模擬した信号が発生する。この信号発生手段2 からの
信号の極性を逆転させた信号と指令信号は第1の加算手
段3 で加算される。次にこの加算手段3 からの信号は増
幅手段4 で増幅される。増幅手段4 からの信号と指令信
号は第2の加算手段5 で加算され、これを新たな指令信
号として、信号アクチュエータ54に入力して、操縦系を
制御する。
【0012】以上の制御演算により求まる新たな指令信
号値eは、前記信号発生手段からの出力信号値bと前記
指令信号値aと調整ゲイン値gとにより次式の通り表さ
れる。 e=ax(1+g)−bxg なお、念の為、図2と制御上等価の回路を図3に示す。
【0013】[第2実施例] 次に、図4に基づき、飛行制御計算機での処理内容につ
いての他の実施例について述べる。本実施例は、概略、
第1実施例の補償装置を2段としたものである。
【0014】第1実施例同様、指令信号は飛行制御則31
により処理され、非線形信号の発生手段32に入力され
る。この指令信号発生手段32は、この補償装置がないと
したら生ずるであろうメインロータの制御信号を模擬し
信号が発生する。この信号発生手段32からの信号の極
性を逆転させた信号は指令信号と第1の加算手段33で加
算され、指令信号によって発生するであろうメインロー
タの制御信号の不足分に相当する信号が発生する。次に
この加算手段33からの信号は増幅手段34で増幅される。
増幅手段34からの信号と指令信号は第2の加算手段35で
加算され、これを仮の指令信号とする。この仮の信号
は、2段目の非線形信号発生手段36に入力される。この
信号発生手段36には、1段目と同じ非線形モデルが組み
込んであり、仮の指令信号によって生ずるであろうメイ
ンロータの制御信号を模擬した信号が発生する。この信
号発生手段36からの信号の極性を逆転させた信号が第3
の加算手段37で指令信号と加算され、仮の指令信号によ
って発生するであろうメインロータの制御信号の過不足
分に相当する信号が発生する。次に第3加算手段37から
の信号は第2増幅手段38で増幅される。最後にこの増幅
手段38からの信号と仮の指令信号は第4加算手段39で加
算され、これを新たな指令信号として、信号アクチュエ
ータに入力して操縦系を制御する。
【0015】以上の制御演算により求まる新たな指令信
号値eは、前記第1及び第2の信号発生手段からの出力
信号値b、d、前記指令信号値aと第1及び第2の増幅
手段の調整ゲイン値g1 、g2 とにより以下の通りに表
される。 c=ax(1+g1 )−bxg1 e=c+g2 (a−d) e=(1+g1 +g2 )xa−g1 xb−g2 xd
【0016】なお、上記非線形モデルは、例えば、実機
製作の後に実施されるメインロータ等の作動テストによ
り、上記手段の作動特性を得て、この作動特性からえら
れたモデルあるいは、パラメーターを飛行制御計算機に
入力してやれば良い。
【0017】非線形モデルとして最も代表的なものは、
ヒステリシスモデル、又はデッドバンド(不感帯)モデ
ルである。ヒステリシスモデルの入出力特性図を図5
(a)に、正弦波を入力したときの入出力波形図を図5
(b)に示す。デッドバンドモデルの入出力特性図を図
6(a)に、正弦波を入力したときの入出力波形図を図
6(b)に示す。
【0018】図7、図8は、三角波(±0.75i
n.)を入力したときのアクチュエータ出力のシミュレ
ーション例である。図7は補償装置を組み込まない場
合、図8は第2実施例の補償装置を組み込んだ場合の例
である。補償装置を組み込まない場合(図7)には、入
力波形(点線)と出力波形(実線)とのズレが大きいの
に対して、補償装置を組み込んだ場合(図8)には両者
のズレが非常に小さくなる。図9、10は、姿勢保持機
能を有する回転翼航空機にパルス状の操縦指令信号を入
力した後の縦機体姿勢のシミュレーション例である。図
9は補償装置を組み込まない場合、図10は第2実施例
の補償装置を組み込んだ場合の例である。補償装置を組
み込まない場合(図9)には、振幅の大きいリミットサ
イクルが発生するのに対し、補償装置を組み込んだ場合
(図10)には、リミットサイクルが軽減されている。
【0019】
【発明の効果】この出願の発明は上述の様に構成されて
いるので次の効果を奏する。この出願の発明の補償装置
により、操縦信号に対する機体応答の遅れが減少して操
縦性が向上する。また、フィードバック信号に対する機
体応答の遅れ、不感帯が減少することによりリミット・
サイクルが軽減し、安定性が向上する。また、微小なノ
イズが存在してもアクチュエータに過大な負担を強いる
ような振動的な制御信号が発生することもなく、ロータ
制御信号をフィードバックする場合に要求される信頼
性、冗長性の高いセンサが必要となることもなく、単純
な位相補償やゲイン補償ほどフィードバック回路の安定
性を問題とする必要もない。さらに、補償手段に非線形
モデル(信号発生手段)を組み込んだので、その出力は
非線形特性の影響の大きい微小領域にしか対応せず、大
きい入力に対しては無視できる。以上の効果により操縦
性、安定性の向上により高級な飛行が可能となり、また
乗り心地も向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の全体制御図
【図2】本発明の第1実施例の制御ブロック図
【図3】(a)図2の実施例の等価回路図(b)図2の
実施例の等価回路図
【図4】本発明の第2実施例の制御ブロック図
【図5】(a)ヒステリシスモデルの入出力特性図
(b)入出力波形図
【図6】(a)デッドバンドモデルの入出力特性図
(b)入出力波形図
【図7】補償装置を組み込まない場合に三角波を入力し
たときの入出力波形図
【図8】補償装置を組み込んだ場合に三角波を入力した
ときの入出力波形図
【図9】補償装置を組み込まない場合の縦機体姿勢の出
力波形図
【図10】補償装置を組み込んだ場合の縦機体姿勢の出
力波形図
【符号の説明】
2 信号発生手段 3 第1加算手段 4 増幅手段 5 第2加算手段

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 回転翼航空機の飛行制御系において、パ
    イロット操縦入力信号に基づき演算されたアクチュエー
    タ指令信号に対するロータ制御信号の非線形出力特性を
    補償する装置において、 指令信号を入力したときに、該指令信号を直接アクチュ
    エータに入力したときに生ずると予測されるロータ制御
    信号を模擬した信号を発生する信号発生手段と、 前記信号発生手段からの出力信号の極性を逆転させた信
    と指令信号を加算する第1加算手段と、 前記第1加算手段からの出力信号を増幅する増幅手段
    と、 前記増幅手段からの出力信号と指令信号とを加算して、
    新たな指令信号を発生する第2加算手段と、 からなる回転翼航空機の補償制御装置。
  2. 【請求項2】 回転翼航空機の飛行制御系において、パ
    イロット操縦入力信号に基づき演算されたアクチュエー
    タ指令信号に対するロータ制御信号の非線形出力特性を
    補償する装置において、 指令信号を入力したときに、該指令信号を直接アクチュ
    エータに入力したときに生ずると予測されるロータ制御
    信号を模擬した信号を発生する信号発生手段と、 指令信号値aと前記信号発生手段からの出力信号値bと
    調整ゲイン値gとから関係: e=ax(1+g)−bxg により新たな指令信号値eを演算する演算手段と、 からなる回転翼航空機の補償制御装置。
  3. 【請求項3】 回転翼航空機の飛行制御系において、パ
    イロット操縦入力信号に基づき演算されたアクチュエー
    タ指令信号に対するロータ制御信号の非線形出力特性を
    補償する装置において、 指令信号を入力したときに、該指令信号を直接アクチュ
    エータに入力したときに生ずると予測されるロータ制御
    信号を模擬した信号を発生する第1信号発生手段と、 前記第1信号発生手段からの出力信号の極性を逆転させ
    た信号と指令信号とを加算する第1加算手段と、 前記第1加算手段からの出力信号を増幅する第1増幅手
    段と、 前記第1増幅手段からの出力信号と指令信号を加算し
    て、仮指令信号を発生する第2加算手段と、 仮指令信号を入力したときに、該仮指令信号を直接アク
    チュエータに入力したときに生ずると予測されるロータ
    制御信号を模擬した信号を発生する第2信号発生手段
    と、 前記第2信号発生手段からの出力信号の極性を逆転させ
    た信号と指令信号とを加算する第3加算手段と、 前記第3加算手段からの出力信号を増幅する第2増幅手
    段と、 前記第2増幅手段からの出力信号と仮指令信号を加算し
    て新たな指令信号を発生する第4加算手段と、 からなる回転翼航空機の補償制御装置。
  4. 【請求項4】 回転翼航空機の飛行制御系において、パ
    イロット操縦入力信号に基づき演算されたアクチュエー
    タ指令信号に対するロータ制御信号の非線形出力特性を
    補償する装置において、 指令信号を入力したときに、該指令信号を直接アクチュ
    エータに入力したときに生ずると予測されるロータ制御
    信号を模擬した信号を発生する第1信号発生手段と、 指令信号値aと前記第1の信号発生手段からの出力信号
    値bと調整ゲイン値g1 とから関係: c=ax(1+g1 )−bxg1 により仮指令信号値cを演算する第1演算手段と、 仮指令信号を入力したときに、該仮指令信号を直接アク
    チュエータに入力したときに生ずると予測されるロータ
    制御信号を模擬した信号を発生する第2信号発生手段
    と、 指令信号値aと仮指令信号値cと前記第2信号発生手段
    からの出力信号値dと調整ゲイン値g2 とから関係: e=c+g2 (a−d) により新たな指令信号値eを演算する第2演算手段と、 からなる回転翼航空機の補償制御装置。
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