BRPI1000064A2 - método de gerir controle de direcionamento de uma porção dirigìvel de um trem de aterragem de aeronave - Google Patents

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Abstract

METODO DE GERIR CONTROLE DE DIRECIONAMENTO DE UMA PORçãO DIRIGìVEL DE UM TREM DE ATERRAGEM DE AERONAVE A invenção refere-se a um método de gerir um controle de direcionamento de uma porção dirigível de um trem de aterragem de aeronave, o método implementando servo-controle para servo-controlar umatuador de direcionamento eletromecânico em um ponto de ajuste de posição angular, em que, de acordo com a invenção, o servo-controle implementa uma relação de controle de tipo Hco, com a informação de posição e velocidade necessária para implementar o servo-controle sendo fornecida por meio de uma barra coletora de campo de tipo determinístico a um computador que executa esta implementação.

Description

"MÉTODO DE GERIR CONTROLE DE DIRECIONAMENTO DE UMAPORÇÃO DIRIGÍVEL DE UM TREM DE ATERRAGEM DE AERONAVE"
A invenção refere-se a um método de gerir o controle dedireção de um trem de aterragem de aeronave.
ANTECEDENTES TECNOLÓGICOS DA INVENÇÃO
São conhecidos trens de aterragem de nariz de aeronave queincluem uma porção de base direcionável que suporta as rodas dos mesmos. Aporção de base é orientada por um atuador de direção que inclui pelo menosum atuador de acionamento, por exemplo um atuador hidráulico ou um motorelétrico adaptado, para fazer com que a porção de base dirigível pivote emresposta a uma ordem de direcionamento fornecida pelo piloto ou por umcomputador da aeronave, a ordem especificamente representando umaposição angular.
Na circunstância particular de atuadores de direcionamentoeletromecânicos, é conhecido controlar o motor do atuador de direcionamentopor meio de servo-controle que tem dois circuitos de realimentação,especificamente um circuito externo que controla a posição e um circuitointerno que controla a velocidade. Tal servo-controle é realizado de maneiraconvencional pelo uso de um controlador de ação proporcional,integral ederivada, (PID), o qual fornece um ponto de ajuste de corrente para o motordo atuador eletromecânico. Também de maneira convencional, o motor éassociado com um controlador que servo-controla o motor na corrente deponto de ajuste recebida do controlador de PID.
Como uma regra geral, sinais de posição e velocidade sãofornecidos para o computador, o qual implementa o servo-controle de posiçãopor meio de conexões por fios. Não obstante, consideração cada vez maior édada ao uso de uma barra coletora de comunicação que se para baixo ao longodo trem de aterragem para a finalidade de conectar o computador (geralmentecontido na fuselagem da aeronave) aos vários atuadores e sensores dispostossobre o trem de aterragem, para a finalidade de coletar e fornecer dados eordens necessários para implementar o controle de direcionamento.
Em particular, é considerado fazer uso de barras coletoras decampo do tipo que tem acesso múltiplo dividido por tempo, por exemplobarras coletoras de protocolo disparado por tempo (TTP). Infelizmente, taisbarras coletoras apresentam um intervalo de amostragem da ordem de poucosmilissegundos, o qual leva a instabilidades quando elas são usadas emconjunção com controladores de PID para o controle de direcionamento.Parece que a instabilidade é associada com a lentidão da informação develocidade.
Uma possibilidade intermediária seria mover o computadorpara mais próximo ao atuador de modo a permitir que um circuito derealimentação de velocidade interno seja implementado usando fios, de formaa evitar a lentidão de comunicação através da barra coletora determinística.
Não obstante, esse computador estaria situado em uma zona que é exposta eque é sujeita a altos níveis de esforço (mal tempo, borrifos, vibração), o queiria requerer que uma grande medida de proteção fosse provida.
OBJETIVO DA INVENÇÃO
O objetivo da invenção é permitir o controle dedirecionamento de um trem de aterragem tendo um atuador de direcionamentoeletromecânico seja controlado estavelmente mesmo quando os sinais e asordens são conduzidas através de uma barra coletora de comunicação que érelativamente lenta.
BREVE SUMÁRIO DA INVENÇÃO
Para atingir esse objetivo, é provido um método de gerircontrole de direcionamento de uma porção dirigível de um trem de aterragemde aeronave, o método implementando servo-controle para servo-controlarum atuador de direcionamento eletromecânico em um ponto de ajuste deposição angular, em que, de acordo com a invenção, o servo-controleimplementa uma relação de controle de tipo Hco, com a informação deposição e velocidade necessária para implementar o servo-controle sendofornecida por meio de uma barra coletora de campo de tipo determinístico aum computador que executa esta implementação.
A invenção também provê servo-controle que inclui préfiltração do ponto de ajuste de posição angular para a finalidade de alisá-loantes de ser comparado com a informação de posição.
A invenção também provê pré-filtragem que é realizada pormeio de um interpolador discreto de uma função de transferência.
Os inventores verificaram que a implementação de uma talrelação de controle em conjunção com uma barra coletora determinística parafornecer informação de velocidade e posição origina servo-controle que éestável. Em adição, tal controle permite que o servo-controle sejaimplementado em um computador que é remoto ao atuador controlado,embora ainda tenha um circuito de realimentação de velocidade.
Assim, o atuador e seu controlador podem ser desenvolvidosindependentemente ao computador e servo-controle associado.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS
A invenção pode ser mais bem entendida á luz da seguintedescrição de uma implementação particular da invenção dada com referênciaàs figuras dos desenhos acompanhantes, nos quais:
• a figura 1 é uma vista esquemática de um trem de aterragemde nariz para uma aeronave, trem de aterragem este que é provido com umatuador de direcionamento eletromecânico;
• a figura 2 é um diagrama de blocos de controle dedirecionamento implementando o servo-controle da arte anterior com base emcontroladores de PID;
• a figura 3 é um diagrama da resposta de tempo de um servo-controle da figura 2 para uma degrau de velocidade, quando do uso de umabarra coletora determinística;
• a figura 4 é um diagrama de blocos do controle dedirecionamento em uma implementação particular da invenção;
• a figura 5 é um diagrama da resposta de tempo de um servo-controle da figura 4 para a mesma degrau de velocidade, quando do uso deuma barra coletora determinística; e
• a figura 6 é um diagrama de blocos mostrando o princípio deajuste do controlador Hoo usado no controle de servo-controle da figura 4.
Com referência à figura 1, e de maneira conhecida, o trem deaterragem 1 é provido com uma porção de base 2 que é dirigível e porta rodas3. Um atuador de direcionamento eletromecânico 4 serve para pivotar umtubo-pivô 5 que é conectado à porção de base dirigível 2 por um mecanismoarticulado de tesoura 6. Assim, quando o atuador eletromecânico 4 faz comque o tubo-pivô pivote, isto origina um pivotamento correspondente daporção de base 2, e assim das rodas 3, permitindo desta maneira que aaeronave seja direcionada.
Ainda de maneira conhecida, o atuador eletromecânico incluium motor que é geralmente controlado como mostrado na figura 2. Um pontode ajuste de posição angular ® é enviado a um comparador 10 que tambémrecebe um sinal representativo da posição angular θ da porção de basedirigível, e que provém de um sensor de rotação 11. O comparador 10 geraum sinal de erro de posição Se que é fornecido a um primeiro controlador dePID 12. Este gera um ponto de ajuste de rotação ω para o motor elétricoequipado no atuador eletromecânico 4. A velocidade do ponto de ajuste derotação ω é fornecida a um comparador 13 que também recebe um sinalrepresentativo da velocidade de rotação do motor, vindo de um sensor develocidade de rotação 14 instado sobre o motor do atuador. O comparador 13gera um sinal de erro de velocidade εω que é fornecido a um segundocontrolador de PID 15. Este controlador gera um ponto de ajuste de correnteque é fornecido a um controle 16 que controla o motor de forma aue acorrente fluindo através do motor é igual ao ponto de ajuste de corrente * .
Em implementações conhecidas, os sinais de posição evelocidade e também o ponto de ajuste de corrente 1 são transmitidos viaconexões por fios entre o computador que implementa o controle de PID,representado simbolicamente na figura pelo retângulo de linhas tracejadas, eno que concerne aos membros, tais como os sensores de velocidade e posiçãoou o controlador de motor.
Substituindo aquelas conexões por fios por uma barra coletorade campo do tipo determinístico, apresenta-se um certo número de problemas.Nas aplicações de aviação pretendidas, é provável que o intervalo deamostragem de uma tal rede será da ordem de 5 milissegundos. Infelizmente,simulações implementadas com um tal intervalo de amostragem revelaminstabilidade, que parece ser essencialmente devida ao intervalo no qual osinal de velocidade é amostrado, intervalo este que é demasiadamente longo.
A figura 3 mostra como um sistema de direcionamento que éservo-controlado pelo servo-controle mostrado na figura 2 responde a umaalteração de degrau de velocidade. O servo-controle é ajustado usando ométodo de Ziegler-Nichols convencional. Pode ser visto que não somente aresposta parte do padrão especificado (curvas de linha contínua), mas emadição apresenta vibrações que podem danificar a estrutura do trem deaterragem.
Uma primeira modificação considerada pelos inventores foievitar a passagem do sinal de velocidade via a barra coletora de campo, e, emlugar disso, prover uma conexão por fio específica entre o computador e osensor de velocidade de rotação. Esta modificação pareceria solucionar oproblema encontrado, mas ela naturalmente complica a arquitetura docontrole de direcionamento por requerer uma conexão por fios a ser instaladaem paralelo com a barra coletora de campo.
Uma segunda modificação considerada pelos inventores foidividir o servo-controle de modo a alojar o circuito de velocidade diretamenteno controlador do motor. Assim, o circuito de velocidade se tornaria umcircuito que é oculto a partir do computador, vez que o sinal de velocidadenão é fornecido ao mesmo pela barra coletora de campo. O computador entãoproveria um ponto de ajuste de velocidade ao controlador de motor, que iriapropriamente precisar naturalmente ser muito mais complexo. Em adição, ocontrolador de motor, que é geralmente alojado tão próximo quanto possívelao motor, precisaria então incluir os componentes eletrônicos que sãonecessários para implementar o circuito de velocidade. Portanto, estaconfiguração não é também satisfatória.
A invenção busca propor outra solução como mostrada nafigura 4, na qual todo do servo-controle é mantido em um computadorseparado. Este computador continua a fornecer um ponto de ajuste de correnteao controlador de motor. Todavia, ele agora inclui um pré-filtro 20 que filtra oponto de ajuste de posição 0 . O pré-filtro serve para alisar o ponto de ajustede posição, e preferivelmente implementa um interpolador discreto que tem aseguinte função de transferência:
O ponto de ajuste de posição filtrado é fornecido a umcomparador 21 que copara o ponto de ajuste de posição filtrado com o sinalde posição θ agora fornecido ao computador via a barra coletora de campodeterminística 25, representada na figura por um retângulo em linha contínua.O comparador 21 gera um sinal de erro de posição Eq que é fornecido a umcontrolador robusto, preferivelmente do tipo de Hoo.
Foi verificado que o problema de instabilidade pode sereliminado por este tipo de controle, enquanto permite que uma barra coletorade campo determinística seja usada, incluindo a velocidade do sinal derotação ao computador. A título de exemplo, a figura 5 mostra a resposta àmesma alteração de degrau de velocidade que a mostrada na figura 3. Podeser visto que a resposta é estável e está situada dentro do padrão especificado.
E conhecido que a sintetização de um controle de Hoo requerque filtros de ponderação sejam definidos para a finalidade de especificaçãodo filtro de referência que deve ser reproduzido, do erro aceitável, e dapenalidade que é aceitável no sinal de controle. A determinação desses filtrosde ponderação que permitem que o controle seja realizado é um problemadifícil e os filtros de ponderação são geralmente determinados por meio de umprocesso de tentativa e erro. Aqui, e de acordo com a invenção, os filtros deponderação são definidos por meio de parâmetros que precisam serotimizados, estes parâmetros sendo determinados usando um algoritmo deotimização que permite que o controle de Hco seja ajustado automaticamente.
Mais precisamente, e de acordo com o diagrama da figura 6,um modelo de referência 30 é inicialmente estabelecido para o trem deaterragem e seu controle de direcionamento. O modelo de referência 30 éestabelecido em associação com as especificações estabelecidas pelofabricante da aeronave, e constituem uma resposta ideal àquela do trem deaterragem e seu controle de direcionamento tornado necessário até o presentepara uma alimentação típica. Naturalmente, o modelo de referência 30 devesatisfazer as especificações; a resposta do modelo de referência deve emparticular estar situada dentro de um padrão de resposta tanto em amplitudequanto em fase, se um tal padrão for especificado. Por exemplo, uma respostado modelo de referência poderia ser a resposta mostrada na figura 5, queconstitui a resposta a um degrau de velocidade de 10 graus por segundo.
Um modelo é também feito de um sistema de servo-controle40 que é constituído por um modelo do trem de aterragem que tem o servo-controle da invenção aplicado ao mesmo de acordo com o diagrama da figura4. O modelo do trem de aterragem é estabelecido pela modelação docomportamento do(s) pneumático(s), em particular como eles derrapam emgrandes ângulos. Para esta finalidade, é vantajosamente levado em conta ocomportamento da aeronave propriamente dita, e, em particular, daderrapagem dos pneumáticos suportados por outros trens de aterragem, dainércia da aeronave.
Uma alimentação típica é fornecida ao sistema servo-contolado e sua resposta é comparada com a resposta do modelo de referência30 por meio de um comparador 31 que fornece um erro ε. Este erro é entãosujeito a várias operações de processamento, tal como tomar seu valorabsoluto e integrando o mesmo, antes de ser fornecido a um algoritmo deotimização 32.
O algoritmo de otimização 35 modifica progressivamente osparâmetros dos filtros de ponderação 33. Estes parâmetros são fornecidos aum sintetizador de controle 34 que sintetiza o controle de Hoc usando nosistema de servo-controle 40. O algoritmo de otimização 32 busca minimizaro sinal de erro ε de modo a fazer com que o sistema de servo-controleresponda tão de perto quanto possível da mesma maneira que no modelo dereferência 30. Preferivelmente, o algoritmo de otimização é um algoritmo dotipo genético, uma vez que este parece sob essas circunstâncias fornecer bonsresultados. Em particular, os inventores verificaram que um tal algoritmotorna possível encontrar parâmetros ótimos para os filtros de ponderação parauma extensa variedade de restrições.
A gestão do controle de direcionamento, de acordo com ainvenção, apresenta várias vantagens:
• é possível sintetizar o controle para o(s) padrão(es)especificado(s). os filtros de ponderação são ajustados automaticamente paralevar em conta os padrões de resposta desejados;
• é possível manter todo do servo-controle de alto nível(circuitos de velocidade e posição) em um computador separado, abrigadodentro da fuselagem de aeronave, deixando o controlador de motor realizarsomente servo-controle de baixo nível (servo-controle da corrente para oponto de ajuste de corrente quando fornecido pelo computador); e
· foi verificado que um controle de Hoo de grau limitado(quinto grau) é suficiente para satisfazer as especificações normalmenteestabelecidas pelos fabricantes de aeronave no que concerne ao desempenhode controle de direcionamento, enquanto que, não obstante, permanececompatível com o uso de uma barra coletora determinística.
A invenção não é limitada à forma de realização acima, mas,pelo contrário, cobre qualquer variante que cai dentro do âmbito definidopelas reivindicações.
Em particular, embora um método automático seja aquidescrito para ajustar o controle de Hco, é naturalmente possível que o controlede Hoo seja ajustado de qualquer outra maneira.

Claims (5)

1. Método de gerir controle de direcionamento de uma porçãodirigível de um trem de aterragem de aeronave, o método caracterizado pelofato de que implementa servo-controle para servo-controlar um atuador dedirecionamento eletromecânico em um ponto de ajuste de posição angular, emque, de acordo com a invenção, o servo-controle implementa uma relação decontrole de tipo Hoo, com a informação de posição e velocidade necessáriapara implementar o servo-controle sendo fornecida por meio de uma barracoletora de campo de tipo determinístico a um computador que executa estaimplementação.
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que o servo-controle inclui pré-filtração do ponto de ajuste de posiçãoangular buscando alisá-lo antes de ser comparado com a informação deposição.
3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que a pré-filtragem é realizada por meio de um interpolador discretode uma função de transferência.
4. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que o servo-controle é implementado em um computador localizadona aeronave, o computador fornecendo um ponto de ajuste de corrente que éconduzido para o atuador eletromecânico via a barra coletora de campo.
5. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que a relação de controle Hoo é sintetizada automaticamente por meiode um algoritmo de otimização que determina os parâmetros de filtros deponderação da relação de controle em uma tal maneira que a resposta docontrole de direcionamento como servo-controlada desta maneira obedeceuma resposta de um modelo de referência (30).
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