KR102194239B1 - 이종 센서 데이터 기반 항공기 지상 판단 신호 제어 방법 및 제어 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 항공기의 좌륜 랜딩기어 또는 우륜 랜딩기어가 ON 상태인지 판단하는 단계 및 상기 좌륜 랜딩기어 또는 상기 우륜 랜딩기어가 ON 상태이면, 지상 판단 신호(Weight On Wheel, WOW)를 ON으로 설정하는 단계를 포함하는 이종 센서 데이터 기반 항공기 지상 판단 신호 제어 방법으로서, 본 발명에 의하면, 지상 판단 신호를 보다 정확하게 판단함으로써 비행기 성능이 향상될 수 있게 한다.

Description

이종 센서 데이터 기반 항공기 지상 판단 신호 제어 방법 및 제어 시스템{CONTROL METHOD AND SYSTEM OF AIRCRAFT WEIGHT ON WHEEL SIGNAL BASED ON MULTI SENSOR DATA}

본 발명은 항공기가 지상 또는 공중에 있는 상태인지를 판단하기 위한 지상 판단 신호를 제어하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.

지상 판단 신호(Weight On Wheel, WOW) 신호는 항공기 기체 또는 착륙장치에 장착된 하중감지 센서를 이용하여 공중(in-air)과 지상(on-ground) 상태를 판단하는 신호이다. 이 신호는 항공기의 비행제어법칙(Flight Control Law) 설계 시 제어 로직의 전환을 위한 기준이 된다. WOW 신호를 감지하는 센서는 주 착륙장치(Main Landing Gear)인 좌륜 랜딩기어(Left Landing Gear)와 우륜 랜딩 기어(Right Landing Gear), 그리고 전륜 또는 후륜 랜딩기어(Nose or Tail Landing Gear)에 위치하며 비행체의 이륙 또는 착륙 시 WOW 신호가 ON으로 감지되고 공중에서는 WOW 신호가 OFF로 감지된다.

즉, 이륙 시 적분기 제어이득 초기화 및 활성화(이륙 시 WOW 조건 : WOW ON → OFF)하며, 착륙 시 적분기 제어이득 초기화 및 비활성화(착륙 시 WOW 조건 : WOW OFF → ON)함으로써, 비행운용프로그램 내 지상/비행 상태를 판단하여 WOW ON 조건에서 제동 인가 및 조향 제어가 활성화되도록 제어할 수 있게 하고, 제어이득을 스케쥴링한다(WOW 상태에 따라 WOW ON 제어이득(Gain) 및 WOW OFF 제어이득 적용).

이러한 WOW 신호의 동작 방식은 하드웨어 방식의 WOW(로드셀 또는 접촉식 버튼 타입) 또는 소프트웨어 방식의 WOW(복합항법장치에서 측정되는 가속도를 미분한 가가속도(이하, Jerk) 값 등을 이용한 방식)가 있다.

비례-적분-미분 제어기(Proportional-Integral-Differential controller) 또는 PID제어기(PID controller)는 실제 응용 분야에서 주로 적용되는 제어기법 중 하나이며 비례, 적분, 미분제어기로 구성된다. PID제어기 중 적분제어기는 정상상태 오차를 제거하는 기능을 하며, 도 1과 같이 표현될 수 있다. 항공기에 적용된 적분제어기는 지상과 공중 상황에 따라 동작하는데, 지상에는 적분 제어기가 초기화 후 비활성화를 유지하도록 하고 공중단계로 진입시 초기화 후 활성화되도록 설계된다. 적분제어기의 상세 설정조건은 입력값(input), 초기 조건(initial conditions), 재조정(reset)으로 구성되며, 도 2와 같다.

입력값(input)은 적분제어기 입력 값(제어 명령 값(Control Command)과 궤환된 측정 센서 출력 값과의 차이)이며, 초기 조건(initial conditions)는 적분제어기 초기 값을 설정하는 것이며, 재조정(reset)은 이벤트(WOW ON 또는 OFF)가 발생했을 때 적분제어기의 출력값을 설정된 초기 값으로 전환하는 것이다.

재조정 동작 방식은 rising은 재조정 신호가 OFF 조건(0)에서 ON 조건(1)으로 증가할 때 설정된 초기 값으로 전환이며, falling은 재조정 신호가 ON 조건(1)에서 OFF 조건(0)으로 감소할 때 설정된 초기 값으로 전환이다.

그리고, either는 재조정 신호가 OFF 조건(0)에서 ON 조건(1) 혹은 ON 조건(1)에서 OFF 조건(0)으로 변할 때 설정된 초기 값으로 전환이며, level은 재조정 신호가 현재 시점에서 ON 조건(1)이거나 이전 시점 기준 ON 조건(1)에서 현재 시점 기준 OFF 조건(0)으로 전환될 때 설정된 초기 값으로 전환, level hold는 재조정 신호가 현재 시점 기준 ON 조건(1)일 때 설정된 초기 값으로 전환이 된다.

이상의 배경기술에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 돕기 위한 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

일본공개특허공보 제1996-198196호

본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명은 지상 판단 신호를 보다 정확하게 판단함으로써 비행기 성능이 향상될 수 있게 하는 이종 센서 데이터 기반 항공기 지상 판단 신호 제어 방법 및 제어 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 관점에 의한 이종 센서 데이터 기반 항공기 지상 판단 신호 제어 방법은, 항공기의 좌륜 랜딩기어 또는 우륜 랜딩기어가 ON 상태인지 판단하는 단계 및 상기 좌륜 랜딩기어 또는 상기 우륜 랜딩기어가 ON 상태이면, 지상 판단 신호(Weight On Wheel, WOW)를 ON으로 설정하는 단계를 포함한다.

그리고, 상기 항공기의 전륜 또는 후륜 랜딩기어가 ON 상태이고, ON 상태가 기준 시간 이상인지 판단하는 단계를 더 포함하고, 상기 지상 판단 신호를 ON으로 설정하는 단계는, 상기 좌륜 랜딩기어 또는 상기 우륜 랜딩기어가 ON 상태이고, 상기 전륜 또는 후륜 랜딩기어의 ON 상태가 상기 기준 시간 이상이면, 상기 지상 판단 신호를 ON으로 설정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 항공기의 상대고도(Above Ground Level, AGL)가 기준고도 이하인지 판단하는 단계를 더 포함하고, 상기 지상 판단 신호를 ON으로 설정하는 단계는, 상기 좌륜 랜딩기어 또는 우륜 랜딩기어가 ON 상태이고, 상기 상대고도가 상기 기준고도 이하이면, 상기 지상 판단 신호를 ON으로 설정하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 상대고도는 활주로의 고도와 상기 항공기의 GPS(Global Positioning Sensor) 측정 고도의 차이 또는 상기 활주로의 기압고도와 상기 항공기의 대기센서에 의해 측정된 기압고도의 차이인 것을 특징으로 한다.

나아가, 상기 항공기의 저크(Jerk) 값이 기준값 이상인지 판단하는 단계를 더 포함하고, 상기 지상 판단 신호를 ON으로 설정하는 단계는, 상기 좌륜 랜딩기어 또는 우륜 랜딩기어가 ON 상태이고, 상기 상대고도가 상기 기준고도 이하이며, 상기 저크 값이 기준값 이상이면 상기 지상 판단 신호를 ON으로 설정하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 지상 판단 신호의 ON 여부에 따라 적분제어기의 초기화 및 활성화 상태를 설정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

그래서, 상기 지상 판단 신호가 ON이면 상기 적분제어기의 입력 값을 초기화하고 상기 적분제어기를 비활성화 제어하며, 상기 지상 판단 신호가 OFF이면 상기 적분제어기의 상기 초기화를 해제하고 상기 적분제어기를 활성화 제어하는 것을 특징으로 한다.

다음으로, 본 발명의 일 관점에 의한 이종 센서 데이터 기반 항공기 지상 판단 신호 제어 시스템은, 항공기의 좌륜 랜딩기어 또는 우륜 랜딩기어가 ON 상태인지 판단하여, 상기 좌륜 랜딩기어 또는 상기 우륜 랜딩기어가 ON 상태이면, 지상 판단 신호(Weight On Wheel, WOW)를 ON으로 설정하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 항공기의 전륜 또는 후륜 랜딩기어가 ON 상태이고, ON 상태가 기준 시간 이상인지 판단하여, 상기 좌륜 랜딩기어 또는 상기 우륜 랜딩기어가 ON 상태이고 상기 전륜 또는 후륜 랜딩기어의 ON 상태가 상기 기준 시간 이상이면, 상기 지상 판단 신호를 ON으로 설정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 항공기의 상대고도(Above Ground Level, AGL)가 기준고도 이하인지 판단하여, 상기 좌륜 랜딩기어 또는 우륜 랜딩기어가 ON 상태이고 상기 상대고도가 상기 기준고도 이하이면, 상기 지상 판단 신호를 ON으로 설정하는 것을 특징으로 한다.

나아가, 상기 항공기의 저크(Jerk) 값이 기준값 이상인지 판단하여, 상기 좌륜 랜딩기어 또는 우륜 랜딩기어가 ON 상태이고, 상기 상대고도가 상기 기준고도 이하이며, 상기 저크 값이 기준값 이상이면 상기 지상 판단 신호를 ON으로 설정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 이종 센서 데이터 기반 항공기 지상 판단 신호 제어 방법 및 시스템에 의하면, 비행체의 지상 판단 신호를 보다 정확하게 판단함으로써 비행기 성능이 보다 향상될 수 있게 한다.

도 1은 일반적인 비례-적분-미분 제어기를 도시한 것이며, 도 2는 적분제어기의 상세 설정조건을 도시한 것이다.
도 3 내지 도 5는 종래의 지상 판단 신호의 ON 조건을 나타낸 것이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명에 의한 지상 판단 신호의 ON 조건을 나타낸 것이다.
도 9는 WOW OFF 구간 시작점에서 적분기 제어이득에 대한 페이더 로직 적용을, 도 10은 WOW ON 구간 시작점에서 적분기 제어이득에 대한 페이더 로직 적용을 나타낸 것이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지의 기술이나 반복적인 설명은 그 설명을 줄이거나 생략하기로 한다.

본 발명은 비행기 성능 향상을 위해 비행체의 지상 판단 신호의 판단을 개선하기 위한 것으로, 신호제어기에 의해 지상 판단 신호를 판단하여 WOW 신호의 ON/OFF 여부를 판단하여 비행운용프로그램이 이에 따라 비행체를 제어할 수 있게 한다.

먼저, 도 3 내지 도 5는 종래의 지상 판단 신호의 ON 조건을 나타낸 것이다.

도 3에서는 좌륜 랜딩기어와 우륜 랜딩기어가 ON일 때 지상 판단 신호(WOW)를 ON으로 제어하는 것이며, 도 4에서는 좌륜 랜딩기어, 우륜 랜딩기어 및 전륜 또는 후륜 랜딩기어가 모두 ON일 때 지상 판단 신호(WOW)를 ON으로 제어하는 것이다.

그리고, 도 5의 경우에는 좌륜 랜딩기어와 우륜 랜딩기어가 ON이거나, 전륜 또는 후륜 랜딩기어가 ON이면 지상 판단 신호를 ON으로 제어하는 것이다.

반면, 도 6 내지 도 8은 본 발명에 의한 지상 판단 신호의 ON 조건을 나타낸 것으로서, 이하에서는 이를 참조하여 본 발명에 의한 지상 판단 신호 제어 방법을 설명한다.

본 발명의 경우는 하드웨어 방식의 WOW와 이종 센서의 데이터를 활용한 소프트웨어 방식의 WOW를 조합하여 신호를 설계하는 기법이다.

먼저 도 6의 경우, Main Landing Gear인 좌륜 랜딩기어(Left Landing Gear)와 우륜 랜딩기어(Right Landing Gear) 2개중 1개가 ON이면서 전륜 또는 후륜 랜딩기어(Nose ot Tail Landing Gear)가 일정 시간 이상 ON 상태를 유지하는 경우에 지상 판단 신호(WOW)가 ON이 되도록 제어한다.

즉, 좌우 랜딩기어 중 하나와 전륜 또는 후륜 랜딩기어를 모두 판단하여 전륜 또는 후륜 랜딩기어가 일정 시간 이상 ON시 WOW가 ON되게 함으로써 지상 판단을 보다 효율적이도록 한다.

다음, 도 7의 경우, 좌륜 랜딩기어와 우륜 랜딩기어 2개중 1개가 ON이면서 상대고도(Above Ground Level, AGL)가 기준고도 이하인 경우 지상 판단 신호가 ON이 되도록 제어한다.

즉, 좌륜 랜딩기어 또는 우륜 랜딩기어 중 하나만 ON된 상태이더라도 상대고도가 낮은 경우에 WOW가 ON이 되어 올바른 제어가 가능하게 하는 것이다.

그리고, 도 8과 같이 좌륜 랜딩기어, 우륜 랜딩기어 및 전륜 또는 후륜 랜딩기어에 대한 모든 경우의 수를 고려하는 동시에 상대고도가 기준고도 이하이고, 복합항법장치의 노이즈 필터링을 거친 저크(Jerk) 값이 기준값 이상인 경우 지상 판단 신호가 ON되도록 제어한다.

여기서 상대고도는 RALT(Radar Altimeter) 측정 고도 또는 활주로 WGS-84 고도 대비 항법장치 GPS 측정 고도의 차이, 또는 활주로 기압고도 대비 대기센서 측정 기압고도 차이일 수 있다.

이상의 지상 판단 신호(WOW)는 적분제어기 초기화 및 활성화 상태 유무 결정을 위한 이벤트 신호로 적용한다.

지상에서는 적분제어기 입력 값을 초기화하는 동시에 적분제어 비활성화상태가 되며 공중에서는 초기화를 해제하고 활성화되도록 설계된다. WOW ON(1) 또는 OFF(0)와 같은 이벤트가 발생했을 때 입력 값은 도 2의 적분제어기 reset 방식 중 하나를 선정하여 설정된 초기 값으로 전환 및 활성화 상태를 결정한다.

나아가, WOW ON ↔ OFF 전환 시 적분기 페이더를 적용한다.(제어로직 전환간 과도응답 특성 개선 목적)

이는 지상 판단 신호 동작 시점에서 이착륙 성능 향상을 위한 적분기 제어이득 페이더 로직에 관한 것이다. 일반적으로 항공기 자동 이착륙 시 WOW 신호가 동작하고 이와 동시에 제어법칙에 사용되는 적분기 제어이득을 0으로 초기화한다. 그런데 순간적으로 적분제어기를 0으로 초기화하면 비행체 동특성이 변화하여 제어로직 전환에 의한 일시적인 과도응답 거동이 발생할 수 있다. 이러한 제어계 전환간 발생하는 의도하지 않은 자세의 변화는 비행기 동체 전면이 지면과 접촉하거나 동체 후면이 지면과 접촉(Tail Strike)하는 상황이 발생할 수도 있다. 이러한 제어로직 전환간 과도응답 특성을 개선하고 방지하기 위해 WOW 신호 동작 상태에서 적분기 제어이득에 대한 페이더(Fader) 로직을 사용한 기법을 제안한다.

즉, 도 9와 같이 WOW ON에서 OFF 전환시 WOW OFF 구간 시작점에서 적분기 제어이득에 대한 페이더 로직을 적용한다.

WOW ON에서 OFF로 전환 시 갑작스런 적분기 활성화로 인한 일시적인 거동을 최소화하기 위해서 적분기 제어이득에 대한 페이더 로직을 적용하였다. WOW OFF 구간 시작점에서 적분제어기 출력 값은 일정 구간 동안 페이더 로직에 의한 기울기로 변화하다가 일정 시점이후 부터 페이더 로직이 종료되는 것으로 정의된다.

그리고, 도 10에서는 WOW OFF에서 ON 전환시 WOW ON 구간 시작점에서 적분기 제어이득에 대한 페이더 로직을 적용한다.

WOW OFF에서 ON으로 전환 시 갑작스런 적분기 초기화로 인한 일시적인 거동을 최소화하기 위해서 적분기 제어이득에 대한 페이더 로직을 적용하였다. WOW ON 구간 시작점에서 적분제어기 출력 값은 일정 구간 동안 직선 혹은 곡선 등의 기울기로 변화하다가 일정 시점이후 부터 페이더 로직이 종료되는 것으로 정의된다.

또한, 착륙 단계에서 하드웨어 방식의 WOW가 기준 시간 동안 ON을 유지하고 대기속도가 실속 속도 이하로 유지될 경우 WOW가 OFF 되더라도 WOW가 ON으로 전환되어 유지되도록 제어한다.

이상과 같은 본 발명은 예시된 도면을 참조하여 설명되었지만, 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이며, 본 발명의 권리범위는 첨부된 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.

Claims (11)

1. 삭제
2. 항공기의 좌륜 랜딩기어 또는 우륜 랜딩기어가 ON 상태인지 판단하는 단계; 및
   상기 좌륜 랜딩기어 또는 상기 우륜 랜딩기어가 ON 상태이면, 지상 판단 신호(Weight On Wheel, WOW)를 ON으로 설정하는 단계를 포함하며,
   상기 항공기의 전륜 또는 후륜 랜딩기어가 ON 상태이고, ON 상태가 기준 시간 이상인지 판단하는 단계를 더 포함하고,
   상기 지상 판단 신호를 ON으로 설정하는 단계는,
   상기 전륜 또는 후륜 랜딩기어의 ON 상태가 상기 기준 시간 이상이면, 상기 지상 판단 신호를 ON으로 설정하는 것을 특징으로 하는,
   이종 센서 데이터 기반 항공기 지상 판단 신호 제어 방법.
3. 항공기의 좌륜 랜딩기어 또는 우륜 랜딩기어가 ON 상태인지 판단하는 단계; 및
   상기 좌륜 랜딩기어 또는 상기 우륜 랜딩기어가 ON 상태이면, 지상 판단 신호(Weight On Wheel, WOW)를 ON으로 설정하는 단계를 포함하며,
   상기 항공기의 상대고도(Above Ground Level, AGL)가 기준고도 이하인지 판단하는 단계를 더 포함하고,
   상기 지상 판단 신호를 ON으로 설정하는 단계는,
   상기 좌륜 랜딩기어 또는 우륜 랜딩기어가 ON 상태이고, 상기 상대고도가 상기 기준고도 이하이면, 상기 지상 판단 신호를 ON으로 설정하는 것을 특징으로 하는,
   이종 센서 데이터 기반 항공기 지상 판단 신호 제어 방법.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 상대고도는 활주로의 고도와 상기 항공기의 GPS(Global Positioning Sensor) 측정 고도의 차이 또는 상기 활주로의 기압고도와 상기 항공기의 대기센서에 의해 측정된 기압고도의 차이인 것을 특징으로 하는,
   이종 센서 데이터 기반 항공기 지상 판단 신호 제어 방법.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 항공기의 저크(Jerk) 값이 기준값 이상인지 판단하는 단계를 더 포함하고,
   상기 지상 판단 신호를 ON으로 설정하는 단계는,
   상기 좌륜 랜딩기어 또는 우륜 랜딩기어가 ON 상태이고, 상기 상대고도가 상기 기준고도 이하이며, 상기 저크 값이 기준값 이상이면 상기 지상 판단 신호를 ON으로 설정하는 것을 특징으로 하는,
   이종 센서 데이터 기반 항공기 지상 판단 신호 제어 방법.
6. 항공기의 좌륜 랜딩기어 또는 우륜 랜딩기어가 ON 상태인지 판단하는 단계; 및
   상기 좌륜 랜딩기어 또는 상기 우륜 랜딩기어가 ON 상태이면, 지상 판단 신호(Weight On Wheel, WOW)를 ON으로 설정하는 단계를 포함하며,
   상기 지상 판단 신호의 ON 여부에 따라 적분제어기의 초기화 및 활성화 상태를 설정하는 단계를 더 포함하는,
   이종 센서 데이터 기반 항공기 지상 판단 신호 제어 방법.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 지상 판단 신호가 ON이면 상기 적분제어기의 입력 값을 초기화하고 상기 적분제어기를 비활성화 제어하며, 상기 지상 판단 신호가 OFF이면 상기 적분제어기의 상기 초기화를 해제하고 상기 적분제어기를 활성화 제어하는 것을 특징으로 하는,
   이종 센서 데이터 기반 항공기 지상 판단 신호 제어 방법.
8. 삭제
9. 항공기의 좌륜 랜딩기어 또는 우륜 랜딩기어가 ON 상태인지 판단하여, 상기 좌륜 랜딩기어 또는 상기 우륜 랜딩기어가 ON 상태이면, 지상 판단 신호(Weight On Wheel, WOW)를 ON으로 설정하는 것을 특징으로 하고,
   상기 항공기의 전륜 또는 후륜 랜딩기어가 ON 상태이고, ON 상태가 기준 시간 이상인지 판단하여, 상기 전륜 또는 후륜 랜딩기어의 ON 상태가 상기 기준 시간 이상이면, 상기 지상 판단 신호를 ON으로 설정하는 것을 특징으로 하는,
   이종 센서 데이터 기반 항공기 지상 판단 신호 제어 시스템.
10. 항공기의 좌륜 랜딩기어 또는 우륜 랜딩기어가 ON 상태인지 판단하여, 상기 좌륜 랜딩기어 또는 상기 우륜 랜딩기어가 ON 상태이면, 지상 판단 신호(Weight On Wheel, WOW)를 ON으로 설정하는 것을 특징으로 하고,
    상기 항공기의 상대고도(Above Ground Level, AGL)가 기준고도 이하인지 판단하여, 상기 좌륜 랜딩기어 또는 우륜 랜딩기어가 ON 상태이고 상기 상대고도가 상기 기준고도 이하이면, 상기 지상 판단 신호를 ON으로 설정하는 것을 특징으로 하는,
    이종 센서 데이터 기반 항공기 지상 판단 신호 제어 시스템.
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 항공기의 저크(Jerk) 값이 기준값 이상인지 판단하여,
    상기 좌륜 랜딩기어 또는 우륜 랜딩기어가 ON 상태이고, 상기 상대고도가 상기 기준고도 이하이며, 상기 저크 값이 기준값 이상이면 상기 지상 판단 신호를 ON으로 설정하는 것을 특징으로 하는,
    이종 센서 데이터 기반 항공기 지상 판단 신호 제어 시스템.

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