KR100351377B1

KR100351377B1 - 원격제어 헬리콥터용 자이로 장치

Info

Publication number: KR100351377B1
Application number: KR1019990010195A
Authority: KR
Inventors: 야마모토미치오
Original assignee: 후다바 덴시 고교 가부시키가이샤
Priority date: 1998-03-27
Filing date: 1999-03-25
Publication date: 2002-09-10
Also published as: TW380218B; JP3166703B2; DE19913651B4; US6227482B1; JPH11276722A; KR20000005617A; DE19913651A1

Abstract

(과제) 바람 등의 외란에 대하여 제어 특성을 좋게 함과 동시에, 컬렉트피치 조작시에 있어서 요잉축 제어의 응답특성을 개선한 원격제어 헬리콥터용 자이로 장치를 제공한다.

(해결수단) 요잉축 각속도 각속도검출센서센서(10)로부터의 각속도 검출신호는 조종장치로부터의 요잉축 조작신호 및 각속도 기준값과 가산되어 PID 제어기(2)에 입력된다. PID 제어기(2)의 제어신호는 컬렉트피치 → 요잉축 제어 믹싱장치(3)를 통한 컬렉트피치 조작신호 및 요잉축 조작신호와 가산되어, 액츄에이터(6)에 입력되어, 요잉축 구동부(7)를 제어한다. 기체(9)의 요잉축 둘레의 각속도는 요잉축 각속도 검출센서(10)에 의하여 검출된다.

Description

원격제어 헬리콥터용 자이로 장치{GYROSCOPE FOR REMOTE-CONTROLLED HELICOPTERS}

본 발명은 모형 헬리콥터, 공중촬영, 농약 산포 헬리콥터 등의 원격제어 헬리콥터용 자이로 장치(GYROSCOPE)에 관한 것이다.

(종래의 기술)

모형 헬리콥터를 조종하는데 있어서, 요잉축 제어의 안정화에, 자이로 장치(테일 안정장치)는 불가결한 보조장치로 되어 있다. 헬리콥터는 요잉축의 자율 안정성을 갖고 있지 않기 때문에 자이로 장치가 탑재되어 있지 않으면 기수가 수평으로 흔들리게 된다.

모형 헬리콥터의 요잉축 조종조작은 조종측 송신기의 조작지령에 의하여, 요잉축의 회전운동을 일으켜, 목적하는 방향으로 헬리콥터의 기체를 향하게 한다. 자이로는 조종측의 조작지령이 없을 때에는 요잉축의 회전을 정지시키는 동작을 함과 동시에, 조종측으로부터 조작 지령이 있을 때에는 신속히 이에 반응하여 요잉축을 회전시킨다라는 소위, 상반되는 제어를 행할 필요가 있다. 모형용 자이로의 구성은 모형 헬리콥터에 탑재된 각속도 검출센서의 신호와 각속도의 목표값인 기준신호와의 오차를 검출하고, 헬리콥터의 요잉축의 회전속도를 검출한다. 이 신호는 헬리콥터의 요잉축 제어용 액츄에이터에 전달되어, 요잉축의 각속도를 제로로 하도록, 피드백 제어가 이루어진다.

종래, 이 피드백 제어방법으로는 구성의 간단한 P(비례) 제어방식이 사용되어 왔다. 이 P 제어방식은 제어기의 출력을 목표값에 대한 측정값의 오차에 비례시키는 것이다.

도 2는 종래의 P 제어방식에 의한 모형 헬리콥터용 자이로 장치의 블록선도이다. 도면중, 21, 4, 5, 8은 합산점, 22는 P제어기, 3은 컬렉트피치 → 요잉축 제어 믹싱장치, 6은 액츄에이터, 7은 요잉축 구동부, 9는 기체, 10은 요잉축 각속도 검출센서이다.

요잉축 각속도 검출센서(10)로는 레이토 자이로 또는 압전식 진동 자이로(압전 진동방식 각속도 검출센서)가 사용된다. 이 요잉축 각속도 검출센서(10)가 측정한 각속도 신호는, 합산점(21)에 있어서 각속도 제로 기준값과의 오차가 취해져 P제어기(22)에 입력된다. P제어기(22)의 출력은 합산점(4)에 있어서, 컬렉트피치 → 요잉축 제어 믹싱장치(3)의 출력과 더하여 합해지고, 또한 합산점(5)에서 요잉축 조작신호와 더하여 합해져서 액츄에이터(6)에 입력된다. 액츄에이터(6)의 출력은 요잉축 구동부(7)에 입력되어, 여기서, 테일로터의 피치 각을 변화시켜 요잉축 둘레의 구동력을 변화시킨다.

요잉축 구동부(7)의 출력은 가상적으로 합산점(8)에 있어서 메인 로터의 반력 혹은 바람 등의 외란과 가산되어 기체(9)에 입력된다. 기체(9)의 요잉축 둘레의 각속도는 요잉축 각속도 검출센서(10)에 의하여 검출되고, 이 검출출력이, 앞서 설명한 합산점(21)에 결합된다. 이 도면에서 생략하고 있지만, 모형용 헬리콥터의 조종자가 기체(12)의 요잉축 둘레의 각도를 육안으로 보면서, 무선조종기의 스틱을 조작하여, 원격 컨트롤 신호를 기체측에 송신함으로써, 요잉축 조작신호를 가하는 제어 루프도 있다.

이 P 제어방식의 자이로의 경우, 요잉축 제어조작은 요잉축 각속도 검출센서(10)의 출력신호를 각속도 보정신호로서 이용하며, 상기 각속도 보정 신호란 극성이 반대로 되는 요잉축 조작신호를 조종측에서 부여하고, 그 차에 의하여 요잉축의 회전운동을 일으키는 것이다. 요잉축 각속도 검출센서(10)의 측에서 볼때, 요잉축 조작신호는 외란과 동일한 것이고, P제어기(22)의 입력인 각속도의 오프셋에 비례한 회전운동이 발생하는 것이다. 그결과, 횡품 등의 외란을 받으면 요잉축이 이동해 버리는 결점이 있고, 정확한 호버링이 어렵다.

근년에, 상술한 P제어방식의 결점인 오프셋을 상쇄할 수 있는 PID 제어방식의 모형용 자이로 장치가 제품화되어 있다. 이 PID 제어방식은 조절기 출력을 오차에 비례한 것으로 하는 비례 동작에 더하여, 오차가 있는한 이를 적분한 값을 출력하는 적분동작 및 오차의 변화에 비례한 값을 출력하는 미분 동작을 행하는 것이다. 이 미분동작은 단독으로는 사용하지 않고 비례동작, 적분동작을 개선하는 목적으로 사용된다. 이 때문에, 본 명세서에서는 PD 제어방식과 PID 제어방식을 동일한 것으로서 설명한다.

PID 제어방식의 자이로 장치는 그의 오프셋을 상쇄할 수 있기 때문에 바람 등의 외란에 대하여 제어 특성이 좋고, 금후 널리 보급될 경향에 있다. PID 제어방식에서는 조종측의 요잉축 조작신호는 자이로장치 측의 기준신호를 오프셋시키도록 동작한다. 즉, 조작신호는 각속도의 지령신호로 된다.

그런데, 모형 헬리콥터의 상승, 하강 및 그 속도를 제어하는데, 종래의 시스템에서는 메인 로터 블레이드의 피치 각을 변화시키는 컬렉트피치 조작(일제 영각변경)을 행하고 있다. 이때, 피치각을 변화시키면 헬리콥터의 요잉축에의 반동 토크도 변동한다. 따라서, 조종측에서는 컬렉트피치 각의 변화에 따라 테일로터의 피치 각을 변화시킴으로써 요잉축의 조작량도 변화시킨다. 즉, 컬렉트피치 조작으로부터 요잉축 조작의 믹싱조작을 자동적으로 행하고 있다. 여기서 믹싱 조작이란, 조종측에서 컬렉트피치 조작 채널의 조작량을 소정비율 동시에 소정의 변화특성을갖게하여 요잉축 조작채널에도 가하는 것이다.

도 2에 도시하는 P 제어방식의 자이로 장치에 있어서는 컬렉트피치 조작신호를 컬렉트피치 → 요잉축 제어신호 믹싱장치(3)를 통하여, 합산점(4)에 있어서 요잉축의 제어계에 입력하고 있다.

그러나, PID 제어방식의 자이로를 사용한 경우, 요잉축 조작신호는 각속도의 지령신호로 되기 때문에, P제어방식의 경우와 완전히 동일한 믹싱조작을 할 수 없는 문제가 있었다. 물론, PID 제어방식에 있어서는 믹싱조작을 하지 않더라도 상술한 반동토크의 변동이 I제어에 의하여 자동적으로 상쇄된다. 그러나 I제어 만으로는 제어응답이 나빠지는 문제가 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 바람 등의 외란에 대하여 제어특성을 좋게함과 동시에, 컬렉트피치 조작시에 있어서 요잉축 제어의 응답특성을 개선한 원격제어 헬리콥터용 자이로 장치를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

청구항 1 기재의 발명에 있어서는 원격제어 헬리콥터의 요잉축을 PID 제어하는 원격제어 헬리콥터용 자이로 장치로서, 상기 원격제어 헬리콥터의 컬렉트피치 조작신호를 요잉축 조작신호에 믹싱하여 PID 제어기의 출력측에 가함으로써, 상기 컬렉트피치에 의한 상기 요잉축에의 반동토크의 변동을 방지하는 것이다.

따라서, PID 제어에 의하여 바람 등 외란에 대하여 제어특성이 좋아짐과 동시에, 컬렉트피치 조작시에 있어서 요잉축 제어의 응답특성을 개선할 수가 있다.

청구항 2 기재의 발명에 있어서는 원격제어 헬리콥터의 요잉축을 PID 제어하는 원격제어 헬리콥터용 자이로 장치로서, 요잉축 각속도 검출센서, PID 제어기 및 컬렉트피치로부터 요잉축에의 믹싱장치를 갖고, 상기 PID 제어기는 요잉축 각속도 기준값 및 요잉축 조작신호와 상기 요잉축 각속도 검출센서의 출력과의 오차를 입력하는 것이고, 상기 PID 제어기의 출력신호와 상기 믹싱장치의 출력신호와 상기 요잉축 조작 출력신호를 요잉축 구동계로 출력함으로써, 상기 컬렉트피치에 의한 상기 요잉축에의 반동토크의 변동을 방지하는 것을 특징으로 하는 것이다.

따라서, PID 제어에 의하여 바람 등의 외란에 대하여 제어특성이 좋게됨과 동시에, 간단한 구성으로 컬렉트피치 조작시에 있어서 요잉축 제어의 응답특성을 용이하게 개선할 수 있다.

도 1은 본 발명의 원격제어 헬리콥터용 자이로 장치의 실시의 일형태의 블록선도.

도 2는 종래의 P 제어방식에 의한 모형 헬리콥터용 자이로 장치의 블록선도.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

1: 합산점 2: PID 제어기

3: 컬렉트피치 → 요잉축 제어 믹싱장치 4, 5, 21, 23: 합산점

6: 액츄에이터 7: 요잉축 구동부

9: 기체 10: 요잉축 속도 검출센서

22: P제어기

도 1은 본 발명의 원격제어 헬리콥터용 자이로 장치의 실시의 일형태의 블록선도이다. 도면중, 도 2와 동일한 부분에는 같은 부호를 붙여 설명을 생략한다. 1은 합산점, 2는 PID 제어기이다. 요잉축 각속도 센서(10)로부터의 각속도 검출신호는 조종장치로부터의 요잉축 조작신호 및 각속도 제로 기준값은 합산점(1)에서 가산되어, 그의 오차신호(오차)가 PID 제어기(2)에 입력된다.

한편, 컬렉트피치 조작신호는 컬렉트피치 → 요잉축 제어 믹싱장치(3)에 입력되고, 믹싱신호가 생성되고, 합산점(4)에 있어서 PID 제어기(2)의 제어출력신호와 가산되고, 또한, 합산점(5)에서 다시 요잉축 조작신호와 가산되어 액츄에이터(6)에 입력된다. 액츄에이터(6)의 출력은 요잉축 구동부(7)에 입력되고,여기서 테일 로터의 피치 각을 변화시켜 요잉축 둘레의 구동력을 변화시킨다. 요잉축 구동부(7)의 출력은 가상적으로 합산점(8)에서 메인 로터의 반력 혹은 바람 등의 외란과 가산되어 기체(9)에 입력된다. 기체(9)의 요잉축 둘레의 각속도는 요잉축 각속도 검출센서(10)에 의하여 검출되고, 이 검출출력이, 앞서 설명한 것을 합산점(21)에 결합된다.

상술한 구성에 의하면, 컬렉트피치 조작의 변화에 따른 믹싱량을 요잉축의 제어계에 피드 포워드 제어하는 것으로 된다. 그결과, PID 제어동작 일지라도, 요잉축의 제어계에 적당한 조작신호가 가산되게 되고, 자이로 장치의 보조동작을 행함과 동시에 응답특성의 개선을 할 수 있다. 이 컬렉트피치 → 요잉축 제어 믹싱장치(3)에 있어서 믹싱량은 모형 헬리콥터의 특성에 따라 다르기 때문에, 모형 헬리콥터의 특성에 맞추어서 최적으로 조정할 수 있도록, 믹싱량의 조정기구를 갖게 하면 좋다.

더욱이, 도시된 예에서는 조종측으로부터의 요잉축 조작신호를 PID 제어기(2)의 입력측의 합산점(1) 뿐만 아니라, PID 제어기(2)의 출력측의 합산점(5)에 있어서도 입력하도록 하여, 요잉축 조작신호로 피드 포워드제어도 행하여, 응답성을 좋게 하고 있지만, 이 피드 포워드 제어를 생략하여도 좋다.

상술한 설명에서는 모형용 헬리콥터를 예로 하여 설명하였지만 공중촬영용, 농약 산포 등의 원격제어 헬리콥터에 사용할 수도 있다.

상술한 설명에서 명백한 바와 같이, 본 발명에 의하면, PID 제어에 의한 원격제어 헬리콥터의 요잉축의 제어특성을 바람 등의 외란에 대하여 양호하게 함과 동시에, 컬렉트피치 조작에 의한 요잉축에의 반동토크의 변동을 방지하고, 요잉축 제어의 응답특성을 개선할 수 있는 효과가 있다.

Claims

원격제어 헬리콥터의 요잉축을 PID 제어하는 원격제어 헬리콥터용 자이로 장치에 있어서, 상기 원격제어 헬리콥터의 컬렉트피치 조작신호를 요잉축 조작신호에 믹싱하여 PID 제어기의 출력측에 가함으로써, 상기 컬렉트피치에 의한 상기 요잉축에의 반동토크의 변동을 방지하는 것을 특징으로 하는 원격제어 헬리콥터용 자이로 장치.
원격제어 헬리콥터의 요잉축을 PID 제어하는 원격제어 헬리콥터용 자이로 장치에 있어서, 요잉축 각속도 검출센서, PID 제어기, 및 컬렉트피치로부터 요잉축에의 믹싱장치를 갖고, 상기 PID 제어기는 요잉축 각속도 기준값 및 요잉축 조작신호와, 상기 요잉축 각속도 검출센서의 출력과의 오차를 입력하는 것이고, 상기 PID 제어기의 출력신호와 상기 믹싱장치의 출력신호와 상기 요잉축 조작 출력신호를 요잉축 구동계로 출력함으로써, 상기 컬렉트피치에 의한 상기 요잉축에의 반동토크의 변동을 방지하는 것을 특징으로 하는 원격제어 헬리콥터용 자이로 장치.