SE501815C2 - Metod och anordning för att utföra faskompensering i ett fordons styrsystem - Google Patents

Description

. 20 25 30 501 815 2 Oscillation) erhållas, då en alltför snabb förändring av insignalen medför att styrsystemets hastighetsbegränsning aktiveras. Detta kan inträffa om någonting oväntat påverkar piloten att utföra snabba och stora rörelser med flygpla- nets manöverspak. Den fasförlust som uppstår pga styrsyste- mets hastighetsbegränsning förstärker svängningarna. I värsta fall blir dessa svängningar divergenta, vilket kan medföra att flygplanets rörelser inte längre kan kontrolle- ras.

Ovannämnda hastighetsbegränsning är extra påtaglig i flygplan som utgör s k instabila system. Vid denna typ av flygplan påverkas planets roder utöver signalerna från piloten även av i styrsystemet framtagna stabiliseringssig- naler, vilka beror av värden som erhålls i olika punkter i planet.

Ett sätt att minska ovannämnda problem hos styrsystem med hastighetsbegränsning är att införa faskompensering då hastighetsbegränsningen. är aktiv. Faskompensering måste uppfylla kraven att - minska fasretarderingen vid sinusformade insignaler - minimera den dynamiska retarderingen för snabba ramper och steg. - ge samma in- och utsignal vid tillräckligt långsamma insignaler.

Genom Buchholz,J.J.(l993):"Time delay induced by Control Surface Rate Saturation", Zeitschrift f. Flugwissenschaften und Weltraumforschung, Springer Verlag, vol 17, pp 287-293; A'harrah, R.C.(l992):“Communique with DLR and others", NASA 10 15 20 25 30 501 815 HQ, Washington, DC, July 14th, 1992 och Chalk,C.R.(1992):“Study of a Software Rate Limit Concept", Calspan Flight Research Memorandum 636, Buffalo, N.Y. är förut känt tvâ olika metoder för att utföra faskompensering i styrsystem med hastighetsbegränsning. Vid dessa metoder utnyttjas logiska villkor (if-then-else) för att fastställa om faskompensering ska utföras i styrsystemet. Dessa villkor medför emellertid hopp mellan åtminstone två olika dynamiska uppföranden vid respektive metod, vilket medför att det alltid kan förekomma insignaler som ger upphov till en oönskad utsignal. Ingen av dessa metoder är därför styrsystem med lämplig att implementera i ett hastighetsbegränsning. Ändamålet med föreliggande uppfinning är, att åstadkomma en metod vilken löser ovannämnda problem i ett styrsystem, som innefattar en hastighetsbegränsande krets, på ett kontinuerligt sätt utan hopp mellan olika dynamiska uppföranden. Detta àstadkommes enligt uppfinningen därigenom att en skillnadssignal bildas mellan utsignalen och en i kretsen förekommande signal, vars tidsderivata ej är begränsad i förhållande till tidsderivatan för insignalen, att. skillnadssignalen återkopplas genonx ett asymptotiskt stabilt filter och att den efter filtreringen resulterande signalen adderas till kretsens insignal så, att dessa signaler bildar den i kretsen förekommande signalen, vars tidsderivata ej är begränsad.

En uppfinningsenlig anordning kännetecknas av, att anordningen innefattar ett áterkopplingsfilter, vilket är inrättat att återkoppla en skillnadssignal, som bildats mellan utsignalen och en i kretsen förekommande signal, 10 15 20 25 30 501 815 4 vars tidsderivata ej är begränsad i förhållande till tidsderivatan för insignalen och att utgången pà nämnda filter står i förbindelse med en adderkrets, vilken är inrättad att addera kretsens insignal och en efter filtreringen resulterande signal sä, att den i. kretsen förekommande signalen bildas.

Uppfinningen kommer i det följande att förklaras med hänvisning till ritningen pá vilken fig 1 visar en föredragen utföringsform av den uppfinningsenliga anordningen och fig 2 visar anordningens faskompenserande verkan.

Uppfinningen är främst avsedd att utnyttjas vid styrning av flygplan som utgör s k instabila system, men uppfinningens tillämpningsomràden omfattar även styrsystem i andra typer av motordrivna fordon.

I figur 1 betecknar hänvisningsbeteckningen 1 generellt den hastighetsbegränsande kretsen, vilken innefattar en hastighetsbegränsare 2 och ett återkopplande filter 3.

Det àterkopplande filtret utgörs företrädesvis av ett lágpassfilter 3 av konventionellt slag, för vilket Laplacetransformen av överföringsfunktionen är G(S) = K / (Is + l) (1) där I< representerar filtrets íš förstärkning och. r dess tidskonstant. Vid normala förhållanden förändras en insignal u långsammare än den begränsning som gäller för tidsderivatan av insignalen. Vid normalfallet kommer alltså 10 15 20 25 30 501 815 5 varken hastighetsbegränsaren 2 eller återkopplingen med filtret 3 att aktiveras i den uppfinningsenliga anordning- en. Då insignalen s till filtret är noll, dvs då skillnads- signalen s mellan ut- y och insignal x till hastighetsbeg- ränsaren 2 är noll, skall áterkopplingen brytas. Det är därför viktigt, att äterkopplingsfiltret 3 verkligen är stabilt och att utsignalen 5 från detta filter 3 avtar mot noll när insignalen 2 till filtret är noll.

När förändringen av insignalen u överstiger den tillåtna hastigheten blir signalen 2 skild från noll. Om insignalen u ökar blir skillnadssignalen s negativ, eftersom utsignalen y från hastighetsbegränsaren inte hinner följa med insignalen u då tidsderivatan för utsignalen begränsas.

Filtrets utsignal 5 blir därigenom negativ, vilket medför att den nya insignalen x till hastighetsbegränsaren blir mindre än insignalen u till hela kretsen. Om ändringen av insignalen u minskar eller ändrar riktning kommer utsignalen y att följa den nya insignalen praktiskt taget omedelbart eftersom hastighetsbegränsarens insignal x bara ligger strax utanför begränsningen. Detta innebär att fasförskjutning pga hastighetsbegränsning i allt väsentligt elimineras.

Den efter faskompenseringen resulterande utsignalen visas som en heldragen kurva i fig 2. Den prickade kurvan representerar insignalen u med för hög hastighet för hastighetsbegränsaren. I figuren visas även en streckad kurva som representerar utsignalen från en konventionell hastighetsbegränsare, d v s den signal som erhålls utan den uppfinningsenliga äterkopplingen. Genom faskompenseringen 10 15 20 25 30 501 sis 6 minskar utsignalens amplitud, men utsignalen ligger i fas med insignalen. En förare upplever därigenom att ett mer omedelbart svar erhålls på ett kommando. Återkopplingsfiltret 3 utgörs för enkelhets skull av ett första ordningens lágpassfilter. För att bra resultat ska erhållas är det viktigt, att filtrets parametrar bestäms till lämpliga värden.

Filtrets förstärkning K väljs lämpligast till ett intervall 5-10; vid. mindre förstärkningar blir faskompenseringen alltför liten.

Valet av tidskonstanten I beror dels av vilket frekvensin- tervall som är intressant vid en speciell tillämpning, dels av hur snabbt áterkopplingsfiltrets utsignal måste avta när den kretsens hastighetsbegränsande inverkan på en insignal upphör. Vid ett frekvensintervall 1-10 rad/s bör tidskons- tanten I väljas relativt stor, exempelvis r=1,0 s, medan tidskonstanten I vid det större frekvensintervallet 10-100 rad/s bör tilldelas ett betydligt mindre värde, exempelvis I=O,1 s.

Det är uppenbart, att uppfinningen ej får anses begränsad till det på ritningen visade utförandet eller till det ovan beskrivna exemplet, utan inom ramen för uppfinningstanken kan varieras på många sätt. För enkelhets skull har ett lågpassfilter av första ordningen valts vid det föredragna utförande, men andra typer av asymptotiskt stabilt återkopplingsfilter är även möjliga.

Claims (1)

1. 0 15 20 25 30 501 815 Metod att utföra faskompensering i ett motordrivet fordons styrsystem, j. vilket tidsderivatan för en utsignal (y) från en i styrsystemet ingående krets (1) begränsas i förhållande till tidsderivatan för en insignal (u) till kretsen (1) om tidsderivatan för insignalen (u) överstiger ett förutbestämt värde, k ä n n e t e c k n a d av, att en skillnadssignal (2) bildas mellan utsignalen (y) och en i. kretsen (1) förekommande signal (X), vars tidsderivata ej är begränsad i förhållande till tidsderivatan för insignalen (u), att skillnadssignalen (s) áterkopplas genom ett asymptotiskt stabilt filter (3) och att den efter filtreringen resulterande signalen (Ö) adderas till kretsens (1) insignal (u) så, att dessa signaler bildar den i kretsen (1) förekommande signalen (x), vars tidsderivata ej är begränsad. Metod enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d av, att skillnadssignalen (2) återkopplas genom ett lågpassfilter (3). Metod enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d av, att skillnadssignalen (S) återkopplas genom ett lågpassfilter (3) av första ordningen, vars parametrar utgörs av förstärkningen K och tidskonstanten I. Metod enligt patentkrav 3, k ä n n e t e c k n a d av, att förstärkningen K väljs i ett intervall 5-10. 10 15 20 25 30 501 815 8 Metod enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d av, att metoden tillämpas vid flygplansstyrning. Anordning för att utföra faskompensering i ett motordrivet fordons styrsystem, som innefattar en krets (1), vilken är inrättad att begränsa tidsderiva- tan för en utsignal (y) i förhållande till tidsderiva- tan för en insignal (u) till kretsen (1) om tidsderi- vatan för insignalen (u) överstiger ett förutbestämt värde, k ä n n e t e c k n a d av, att anordningen vilket är (s), innefattar ett återkopplingsfilter (3), inrättat att återkoppla en skillnadssignal som bildats mellan utsignalen (y) och en i kretsen (1) (X), tidsderivata ej är förhållande förekommande signal vars begränsad i till tidsderivatan för insignalen (u) och att utgången på nämnda filter (3) står i förbindelse med en adderkrets vilken är I inrättad att addera kretsens insignal (u) och en efter filtreringen resulterande signal (6) så, att den i kretsen (1) förekommande signalen (x) bildas. Anordning enligt patentkrav 6, k ä n n e t e c k n a d av, att återkopplingsfiltret (3) är ett làgpassfilter. Anordning enligt något av patentkraven 6 och 7, k ä n n e t e c k n a d av, att återkopplingsfiltret (3) är ett làgpassfilter av första ordningen, vars parametrar utgörs av förstärkningen K och tidskonstan- ten I. Anordning enligt patentkrav 8, k ä n n e t e c k n a d 10. 501 815 av, att filtrets (3) förstärkningen K ligger i intervallet 5-10. Anordning enligt något av patentkraven 6-9, k ä n n e t e c k n a d av, att nämnda anordning innefattas i ett styrsystem för ett flygplan.