PL220984B1 - Sposób sterowania siłą reakcji dźwigni sterowania lotniczym zespołem napędowym - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób sterowania siłą reakcji dźwigni sterowania lotniczym zespołem napędowym, zwłaszcza w przypadku kiedy układ automatyki nadzorujący czynności realizowane przez człowieka stwierdzi, że położenie wymienionej dźwigni jest niepoprawne.

W procesie sterowania zespołem napędowym samolotu występuje kilka wielkości sterujących. W zespołach z silnikiem tłokowym są to: ilość podawanej do cylindrów mieszanki będąca funkcją otwarcia przepustnicy, skład mieszanki, kąt wyprzedzenia zapłonu, kąt ustawienia łopat śmigła. W zespołach z silnikiem przepływowym - ilość paliwa podawaną do głównej komory spalania, aktywny przekrój dyszy wylotowej, kąt ustawienia aparatów kierujących lub upust powietrza za wybranym stopniem sprężarki, ilość paliwa podawana do dopalacza i tym podobne. Zespół napędowy może być sterowany ręcznie lub automatycznie. Aby umożliwić sterowanie w obydwu trybach często stosowane jest rozwiązanie wykorzystujące ruchomą dźwignię sterowania silnikiem. W trybie automatycznym dźwignia jest przemieszczana przez układy sterujące samolotem, co pozwala pilotowi na wzrokowe monitorowanie pracy układu sterującego. W przypadku przejścia na sterowanie ręczne, pilot rozłącza sprzęgło napędu sterującego dźwignią naciskając wyłącznik lub w innym rozwiązaniu poprzez przeciążenie sprzęgła. Przemieszczając dźwignie sterowania ręcznie w nowe położenie pilot zmienia wysterowanie zespołu napędowego. Opisane, stosowane dotychczas rozwiązania pozwalają na współpracę człowieka z układem automatycznego sterowania, przy założeniu, że nadrzędnym sterowaniem jest sterowanie ręczne. Istotną ich wadą jest brak weryfikacji zamierzeń operatora z punktu widzenia poprawności sterowania obiektem, w tym przypadku zespołem napędowym samolotu.

Celem wynalazku jest wykorzystanie siły jako źródła informacji o poprawności sterowania ręcznego z nadzorem układów sterowania automatycznego.

Cel ten osiągnięto w układzie dźwigni sterowania lotniczym zespołem napędowym, która jest połączona z wałkiem sprzężonym z hamulcem zespołem napędowym tej dźwigni oraz układem pomiarowym położenia i prędkości kątowej wymienionego wału jak również układem pomiarowym położenia dźwigni oraz sterowania poprzez sterownik sprzężony elektronicznie z wymienionymi - zespołem napędowym, układami pomiarowymi i pozostałymi układami sterowania samolotu, poprzez wytworzenie w układzie napędowym reakcji, z chwilą gdy jej położenie znajdzie się poza wcześniej zadanym zakresem w sposób który zgodnie z wynalazkiem charakteryzuje się tym, że moment oporu zespołu napędowego dźwigni jest zwiększany w wyniku stwierdzenia przez sterownik przekroczenie granic ręcznego akceptowalnego sterowania. Regulatory wytwarzają sygnał wysterowania zespołem napędowym dźwigni zwiększający się do wartości określonej przez wartość ograniczającą maksymalne wysterowanie. Gdy moment zewnętrznej siły działającej na dźwignię będzie mniejszy niż moment wysterowany przez zespół napędowy dźwigni, nastąpi sprowadzenie jej w strefę ręcznego akceptowalnego sterowania. Wymieniony stan wysterowania zespołu napędowego dźwigni jest przekazywany przez interfejs komunikacyjny wraz z aktualnym jej położeniem do nadrzędnego sterownika.

Wzrost siły przeciwdziałającej ruchowi dźwigni wykonywanemu przez operatora, zrealizowany sposobem według wynalazku, wymusza na nim ocenę swojego działania i w przypadku chęci kontynuowania tego działania, świadomego jej przezwyciężenia lub wycofania się z tego działania. Układ wymuszający opór na podstawie aktualnego wymuszenia odbiera informacje o zamiarach operatora. Kontynuowanie przez operatora sterowania rozbieżnego z algorytmem automatyki powoduje przełączenie układu sterowania w inny tryb pracy, w którym nastąpi zgodność sterowania automatycznego z intencjami operatora. Nowy sposób sterowania umożliwia poza typowym połączeniem funkcji automatycznego sterowania i sterowania ręcznego generowanie informacji dla operatora przez systemy nadzorujące o zaistnieniu stanów zagrażających bezpieczeństwu wynikających bezpośrednio z doprowadzenia przez pilota do niepoprawnego położenia dźwigni sterującej. Taki sposób reakcji dźwigni odbierany przez pilota poprawia jego świadomość co do stanu obiektu sterowanego, czyli w przypadku konieczności wejścia w zakresy niebezpieczne będzie to decyzja świadoma. Poza tym proponowane rozwiązanie sterowania siłą reakcji dźwigni sterującej eliminuje konieczność stosowania sprzęgła przeciążeniowego pomiędzy ramieniem dźwigni a zespołem napędzającym tę dźwignię, będącego typowym elementem w istniejących konstrukcjach.

Sposób sterowania siłą reakcji dźwigni sterowania będący przedmiotem niniejszego wynalazku, w przypadku wyposażenia sterowanego obiektu w odpowiednie układy, może być wykorzystany w sterowaniu nie tylko lotniczych zespołów napędowych, ale również obiektów stacjonarnych, linii technologicznych, układów energetycznych, procesów chemicznych i tym podobnych.

PL 220 984 B1

Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykładzie jego zastosowania do sterowania napędem lotniczym. Dla lepszego zilustrowania tego przykładu na rysunku pokazano układ sterowania w konfiguracji umożliwiającej jego realizację, na którym na fig. 1 przedstawiono schemat tego układu a na fig. 2 strukturę sterownika z zaznaczonym silnikiem i przekładnią wykorzystanego w wymienionym układzie, natomiast na fig. 3 zobrazowano sposób wyznaczania uchybu regulacji.

Dźwignia sterowania 1 lotniczym zespołem, jak to pokazano na fig. 1, połączona jest z wałkiem 2 z hamulcem 3 i zespołem napędowym dźwigni 4. Hamulec 3 wytwarza stały, ustawiony moment oporowy, natomiast zespół napędowy dźwigni 4 sterowany jest sterownikiem 5 z wykorzystaniem układu pomiarowego 6 i stopnia mocy 7. Układ pomiarowy 6 dostarcza informacji o położeniu i prędkości kątowej wału zespołu napędowego 4. Dodatkowy układ pomiarowy 8 mierzy aktualne położenie dźwigni 1 wykorzystywane w procedurze sterowania oraz stanowi informacje wyjściową w odległościowym układzie sterowania zespołem napędowym samolotu, nie uwidocznionym na rysunku. Człon wykonawczy, który w tym układzie stanowi serwomechanizm 9 realizuje odpowiednie ustawienie przepustnicy 10. Moment jaki wytwarza dźwignia 1 i odczuwa pilot zależy od momentu ustawionego na hamulcu 3 oraz poziomu wysterowania zespołu napędowego dźwigni 4. Układ sterowania tym zespołem może nie reagować na wychylania dźwigni 1 przez operatora i wówczas moment oporu jest sumą ustawionego momentu na hamulcu 3 i oporów ruchu zespołu 4. Poziom wysterowania zespołu 4 według sposobu zgodnego z wynalazkiem wynika z aktualnego położenia dźwigni 1 oraz wartości ograniczeń p_z1 i β_Σ2 jakie otrzymuje sterownik 5 z magistrali 11 poprzez interfejs komunikacyjny 12. Stan ustalenia wartości ograniczeń p_z1 i β_Σ2 oraz aktualnego położenia β dźwigni 1 przedstawiono na fig. 3, na której jako ε oznaczono wielkość przekroczenia przez tę dźwignię wymienionych ograniczeń. Również na fig. 2 przedstawiono strukturę sterownika 5, w którym regulator 13 kąta położenia β dźwigni 1 reaguje na różnicę ε pomiędzy położeniami zadanymi β₂₁, β_Σ2 wyliczonymi przez nadrzędny układ automatycznego sterowania a aktualnym kątem wychylenia dźwigni β mierzonym przez układ pomiarowy 14 za przekładnią 15. Ze względu na niewielki zakres ruchu dźwigni 1 dla zwiększenia rozdzielczości pomiaru wykorzystywany jest układ pomiarowy 16 kąta obrotu a_p wału silnika 17. Informacje o wartościach zmierzonych kątów α i β są wykorzystywane przez element 21 sterownika 5 wyliczający wartość ε. Równocześnie układ pomiarowy 16 dostarcza informacji o prędkości kątowej ω dla regulatora prędkości 18. Sposób działania regulatora 13 dla = β_ώ polega na nadążaniu za wartością zadaną. Dla przypadku, kiedy β^ ψ β_ώ ten regulator reaguje na wartości β leżące poza tym przedziałem, co pokazano na fig. 3 i dąży do sprowadzenia dźwigni 1 do tego przedziału. Pomiędzy tymi wartościami każdy kąt β wychylenia dźwigni 1 jest przez układ traktowany jako prawidłowy.

Regulator 18 z członem całkującym 19 steruje prędkością obrotową ω zespołu napędowego 4 na podstawie informacji o aktualnej prędkości ω_β i zadanej prędkości ω^ Wartość kąta β wychylenia dźwigni 1 jest wysyłana przez interfejs komunikacyjny 12 do nadrzędnego układu automatycznego sterowania obiektem, nie uwidocznionego na rysunku. Przeciążenie zespołu napędowego 4 przez operatora jest wykrywane przez detektor 20. Detektor 20 reaguje na wysoki poziom wysterowania wymienionego zespołu napędowego 4 wysyłając sygnał U_a na magistralę 11. Utrzymujący się wysoki poziom wysterowania z jednoczesnym brakiem osiągnięcia zadanego przez układ sterowania położenia dźwigni 1 stanowi dla sterownika nadrzędnego, nie uwidocznionego na rysunku, informacje o tym, że sugerowany sposób działania układu sterującego poprzez wartości zadane p_z1, β_ώ nie został zaakceptowany przez pilota. Zaakceptowanie decyzji pilota przez układ nadrzędny zmienia granice βπ, β^ tym samym akceptuje decyzje człowieka, co zmniejsza moment przeciwstawiający się wychyleniu dźwigni 1 i pozwala pozostawić ją w nowym położeniu. Maksymalny moment przeciwdziałający jest określany przez sygnał Um_ax odebrany z interfejsu 12, który jest zadawany przez nadrzędny sterownik, co pozwala na modulowanie sił reakcji zależnie od potrzeby.

Claims (1)

1. Sposób sterowania siłą reakcji dźwigni sterowania lotniczym zespołem napędowym, która jest połączona z wałkiem sprzężonym z hamulcem i zespołem napędowym tej dźwigni oraz układem pomiarowym jej położenia oraz sterowana poprzez sterownik sprzężony elektronicznie z wymienionymi zespołem napędowym, układami pomiarowymi i pozostałymi układami sterowania, znamienny tym, że z chwilą gdy położenie dźwigni (1) znajdzie się poza wcześniej zadanymi położeniami (βζΐ. β_ζ2) w ustawionym przedziale kątowym wytworzona zostaje w zespole napędowym (4) dźwigni (1) reakcja w postaci zwiększonego momentu oporu, w wyniku stwierdzenia przez sterownik (5) przekroczenia granic (β^, β^) ręcznego akceptowanego sterowania, którego regulatory (13, 18, 19) generują sygnał wysterowania zespołem napędowym (4) dźwigni (1) zwiększający się do wartości określonej przez wartość (Umax) ograniczającą maksymalne wysterowanie, natomiast gdy moment zewnętrznej siły działającej na dźwignię (1) będzie mniejszy niż moment wysterowany na zespole napędowym (4) dźwigni (1) nastąpi jej sprowadzenie w strefę ręcznego akceptowalnego sterowania (β^, β^), przy czym stan wysterowania zespołem (4) jest przekazywany przez interfejs komunikacyjny (12) razem z jej aktualnym położeniem do nadrzędnego sterownika.