JPH05170184A - 飛行制御方法 - Google Patents

飛行制御方法

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JPH05170184A
JPH05170184A JP34092091A JP34092091A JPH05170184A JP H05170184 A JPH05170184 A JP H05170184A JP 34092091 A JP34092091 A JP 34092091A JP 34092091 A JP34092091 A JP 34092091A JP H05170184 A JPH05170184 A JP H05170184A
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JP
Japan
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flight
control
command
gain
pilot
Prior art date
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Withdrawn
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JP34092091A
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English (en)
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盛雄 ▲高▼浜
Morio Takahama
Takeshi Kimura
剛 木村
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 制御設計が容易で、且つ各飛行条件で安定し
た飛行を実現する。 【構成】 制御則100はロバスト設計されており、動
圧がPO の条件下において、縦系の飛行運動の制御系を
安定にし、且つ係数Ku ,KI ,Kq ,KnZ,Kαが固
定されている。パイロットコマンドU,ピッチレート
q,垂直加速度nZ ,迎角αは制御則100で演算さ
れ、演算結果はアンプ部120で増幅されて水平尾翼舵
角コマンドCとなる。アンプ部120のゲインKs は各
時点での動圧Pによりスケジューリングされる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は飛行制御方法に関し、制
御則の設計が容易であり、しかも条件の異なる多くの飛
行条件下で安定した飛行を実現できるようにしたもので
ある。
【0002】
【従来の技術】航空機の飛行運動は縦系と横系に大別で
きる。縦系の飛行運動とは、図8に示すZ軸方向の移動
とY軸回りの回転をいう。縦系の運動の制御は縦制御則
により実行する。この縦制御則では、縦系の飛行運動を
適正にするため、迎角α,ピッチレートq,垂直加速度
Z をフィードバックし、フィードバックした信号に所
要のゲインを掛けたりフィルタ処理を行い加減処理して
水平尾翼舵角コマンドを得、水平尾翼舵角コマンドに応
じて水平尾翼を作動させる。
【0003】上記縦制御則におけるゲインやフィルタ定
数(両者を代表して「ゲイン等」と称す)は一定値では
なく、動圧やマッハ数に応じて変化するものとしてい
る。これは、航空機の特性が飛行条件(高度,マッハ数
等)により変化するため、ゲイン等を一定値としておく
と良好な制御ができなくなるからであり、ゲイン等を飛
行条件に応じて変化させていくことにより各飛行条件で
良好な制御が行えるからである。このようにゲインやフ
ィルタ定数を飛行条件に応じて変えていくことを「スケ
ジューリング」といい、スケジューリングされるゲイン
のことを「スケジュールゲイン」と称し、スケジューリ
ングされるフィルタ定数を「スケジュールフィルタ定
数」と称している。なお両者を代表して「スケジュール
ゲイン等」と称す。
【0004】ここで図9を参照して、従来の縦制御則の
一例を説明する。図9に示すように、垂直加速度nZ
ピッチレートq及び迎角αがフィードバックされ、垂直
加速度nZ にはフィルタ1にてフィルタ定数が掛けら
れ、ピッチレートqにはフィルタ2にてフィルタ定数が
掛けられ、迎角αにはアンプ3にてゲインKαが掛けら
れる。フィルタ1,2のフィルタ定数f(P)は、図1
0に示すように動圧Pでスケジューリングされた関数に
より求められ、アンプ3のゲインKαは、図11に示す
ようにマッハ数でスケジューリングされた関数により求
められる。なお動圧Pは次式で与えられる。 P=1/2・ρO EAS 2 但し ρO :海面上での空気密度(0.12494kg s2
4 ) VEAS :等価対気速度(m/s)
【0005】更に、フィルタリングされた垂直加速度n
Z とピッチレートqとの和と、パイロットにより出され
たパイロットコマンドUと、の偏差eが求められる。偏
差eはアンプ4にてゲインKe が掛けられる。このゲイ
ンKe は動圧Pによりスケジューリングされて求められ
る。
【0006】そして偏差eにゲインKe を掛けた値Ke
・eと、値Ke ・eを積分器5で積分した値Ke ・e/
s(但しsはラプラス演算素子)と、迎角αにゲインK
αを掛けた値Kα・αとを加算して水平尾翼舵角コマン
ドCが得られる。この水平尾翼舵角コマンドCに応じて
水平尾翼アクチュエータが作動して水平尾翼の舵角が調
整される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】図9に示すように従来
では、フィルタ1,2のフィルタ定数やアンプ3,4の
ゲインは、動圧Pやマッハ数Mの関数でスケジューリン
グして求めていた。これらスケジュールゲイン等を求め
るには、条件の異なる多くの飛行条件(10ポイント以
上)でそれぞれのゲインやフィルタ定数を設定する必要
があり、設定のための作業量が多い。またソフトウェア
で制御則を実現する際には、多くの関数の計算を行うた
め、CPU負荷を圧迫する要因となっていた。これらの
問題は、スケジューリングにより求めるパラメータが多
くなければより顕著な問題となる。
【0008】本発明は、上記従来技術に鑑み、スケジュ
ーリングゲインの設定数が少なくても、各種の飛行条件
下で良好な飛行制御のできる飛行制御方法を提供するこ
とを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明は、航空機の飛行運動状態を検出し、検出した検出デ
ータ及びパイロットにより出されるパイロットコマンド
を基に、飛行運行状態を変化させるアクチュエータを作
動させるアクチュエータコマンドを得る飛行制御方法に
おいて、特定した一つの飛行条件下で飛行運動の制御系
を安定にする制御特性を有し且つ演算のための係数が固
定されている制御則により、前記検出データ及びパイロ
ットコマンドを演算し、更に、各飛行条件に応じてゲイ
ンが変化していくアンプ部により、前記制御則の演算結
果を増幅して、前記アクチュエータコマンドを得ること
を特徴とする。
【0010】ここで本発明の基本概念を説明する。本発
明では図1に示すように、ある特定した一つの飛行条件
で、外乱に対して強く、パラメータ(ゲイン等)を固定
したロバストな制御則10を設計する。更にアクチュエ
ータへのコマンドラインに、スケジュールゲインKを有
するアンプ11を備える。スゲジュールゲインKを規定
するスケジュール関数は、ロバストな制御則10を設計
した飛行条件下での動圧PO と、各飛行条件での動圧P
との比である。すなわち K=P0 /P としている。そして制御則10の出力に、アンプ11の
ゲインKを乗算して得た操作量により制御対象12を制
御する。
【0011】ロバスト(robust)な制御系とは「外乱」
に対して強く、外乱があっても系を安定にでき、性能も
要求を満足できる制御系のことをいう。なお航空機の制
御において「外乱」としては以下のようなものがある。 (1)飛行条件による航空機の特性変動。 (2)航空機の特性(空力微系数等)の見積り誤差。 (3)突風。 (4)アクチュエータの非線型性。 (5)センサノイズ。 (6)制御則設計時に無視した航空機の動特性。
【0012】図2に示す制御系において、ロバストな制
御則10は、外乱dから制御量yまでの伝達関数G
dy(S)のゲインg、つまり g=20log |Gdy(jω)| が制御帯域ωC 以下で十分小さくなるように(図3参
照)、H∞最適制御設計法等により設計する。
【0013】H∞最適制御設計法では、最適化のための
評価関数が周波数領域における最大ノルムの形で与えら
れており、これを最小にする制御則を、試行錯誤によら
ずに直接設計する。この手法は1981年にカナダの制
御理論家ゼームス(Zames,G.)により提案されたもので
ある。最大ノルムを最小にするということの物理的意味
は、前述の外乱の中で最も悪い外乱に対する影響を最小
にすることである。
【0014】航空機の場合、飛行条件の違いによる制御
対象の変動は、制御帯域ωC よりも小さい周波数帯域で
の変動となるため、図2に示した外乱と等価に扱うこと
ができる。
【0015】すなわち、制御則10を設計した飛行条件
での制御対象12の伝達関数をGny o (S)とすると、
それ以外の飛行条件での制御対象の伝達関数Gny(S)
は次のようになる。 Gny(S)=K・Δ(S)・Gnyo (S)
【0016】ここでΔ(S)が制御対象の動的な変動分
であり、このΔ(S)のゲイン線図は図4に示すとお
り、制御帯域ωC 以下の周波数帯域でのみ変動する。し
たがって外乱dと等価と考えてよい。
【0017】この変動Δ(S)は前述したロバストな制
御則10で補償可能であるので、上式の係数Kの変化を
ゲイン・スケジューリングにより補償する。この係数K
は航空機の場合、動圧Pによるものであるので、ゲイン
・スケジュールも動圧Pで行なえばよい。
【0018】
【作用】制御対象の変動のうち動的な部分はロバスト設
計された固定の制御則により補償し、静的な部分をアク
チュエータ・ラインに設けたスケジュールゲインにより
補償する。これにより少いスケジュールゲインで設計ポ
イント以外の飛行条件でも飛行可能となる。スケジュー
リングが少ないことにより制御則が簡素化されるため、
設計作業の削減、CPU負荷の低減に寄与できる。
【0019】
【実施例】図5は本発明の実施例を示しており、この実
施例では航空機の縦系の飛行運動を制御する。同図に示
すように本実施例は、制御則100とアンプ部120と
でなる。制御則100はロバスト設計されており、乗算
部111,113,114,115と積分部112と、
減算部116と、加算部117,118,119とを有
しており、各係数Ku ,KI ,Kq ,KnZ,Kαは固定
されている。つまり、外乱から制御量までの伝達関数が
制御帯域(この場合は2〜3HZ程度)以下でゲインが十
分下がる様に、ロバストな制御則100を設計してい
る。一方、アンプ部120のゲインKS は動圧によりス
ケジューリングして求められる。つまり、制御則100
を設計した飛行条件下での動圧をPO 、各飛行条件での
動圧をPとすると、 KS =PO /P で示されるスケジュール関数により求める。このゲイン
S の特性を図6に示す。
【0020】本実施例ではパイロットにより出されるパ
イロットコマンドUと、フィードバックされたピッチレ
ートq,垂直加速度nZ ,迎角αが制御則100に入力
される。制御則100では航空機の動的な変動分を補償
しつつ演算をする。制御則100の演算結果は、アンプ
部120で増幅されるが、係数KS が動圧によりスケジ
ューリングされているので航空機の静的な変動分が補償
されて、水平尾翼舵角コマンドCO が得られる。このよ
うに変動分が補償されているので、制御則を設計した飛
行条件(ポイント)以外のポイントであっても、良好な
飛行制御ができる。しかもスケジューリングする部分が
1箇所だけなので、設計が簡単になる。
【0021】図7(a)は制御則100を設計したポイ
ントでのステップ応答を示しており、図7(b)は他の
ポイントでのステップ応答を示している。両者からわか
るように、設計ポイント以外のポイントであっても良好
な制御ができることが確認できた。
【0022】
【発明の効果】本発明によれば、少ないスケジュールゲ
インで、多くの飛行条件を飛行可能な制御則を設計でき
る。この制御則は設計ポイントが少いので作業量を削減
できるため、コスト低減につながる。また、ソフトウェ
ア規模も小さくできCPU負荷低減やメモリ負荷低減に
つながる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の基本概念を示すブロック図。
【図2】ロバストな制御則の設計概念を示すブロック
図。
【図3】ロバストな制御則における外乱と制御量の伝達
関数のゲインを示すゲイン線図。
【図4】航空機の制御対象の伝達関数の動圧変動分を示
すゲイン線図。
【図5】本発明の実施例を示すブロック図。
【図6】スケジュールゲインの特性を示す特性図。
【図7】実施例のステップ応答を示す特性図。
【図8】航空機を示す斜視図。
【図9】従来技術を示すブロック図。
【図10】従来のスケジュールゲインを示す特性図。
【図11】従来のスケジュールゲインを示す特性図。
【符号の説明】
100 制御則 111,113,114,115 乗算部 112 積分部 116 減算部 117,118,119 加算部 120 アンプ部

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 航空機の飛行運動状態を検出し、検出し
    た検出データ及びパイロットにより出されるパイロット
    コマンドを基に、飛行運行状態を変化させるアクチュエ
    ータを作動させるアクチュエータコマンドを得る飛行制
    御方法において、 特定した一つの飛行条件下で飛行運動の制御系を安定に
    する制御特性を有し且つ演算のための係数が固定されて
    いる制御則により、前記検出データ及びパイロットコマ
    ンドを演算し、 更に、各飛行条件に応じてゲインが変化していくアンプ
    部により、前記制御則の演算結果を増幅して、前記アク
    チュエータコマンドを得ることを特徴とする飛行制御方
    法。
  2. 【請求項2】 航空機の縦方向系の飛行運動状態を検出
    し、検出した迎角,ピッチレート及び垂直加速度のデー
    タ並びにパイロットにより出されるパイロットコマンド
    を基に、水平尾翼のアクチュエータを作動させる水平尾
    翼舵角コマンドを得る飛行制御方法において、 特定した一つの飛行条件下で縦方向系の飛行運動の制御
    系を安定にする制御特性を有し且つ演算のための係数が
    固定されている制御則により、迎角,ピッチレート,垂
    直加速度及びパイロットコマンドを演算し、 更に、飛行時の動圧に応じてゲインが変化していくアン
    プ部により、前記制御則の演算結果を増幅して水平尾翼
    舵角コマンドを得ることを特徴とする飛行制御方法。
JP34092091A 1991-12-24 1991-12-24 飛行制御方法 Withdrawn JPH05170184A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008528380A (ja) * 2005-02-04 2008-07-31 エアバス フランス 航空機の縦揺れ(ピッチ)を制御する方法と装置
JP2011105248A (ja) * 2009-11-20 2011-06-02 Japan Aerospace Exploration Agency 乱気流抑制制御アルゴリズム
CN105947184A (zh) * 2016-05-31 2016-09-21 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 一种迎角控制器的稳定性计算方法

Cited By (4)

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Effective date: 19990311