用于有人驾驶飞行器的控制系统的响应模式技术方案

允许单个领航员命令接口（例如控制操纵杆）充当用于领航飞行器的多个响应模式接口的频分复用的命令信号符合大多数领航员的自然接口操作。高度增稳的模式接收命令信号的低频分量，并且较小增稳的模式接收高频分量。这避免了领航员切换响应模式的需要。一种实施的控制系统可以通过运行反馈控制回路来产生，其中所述回路并行编码相应的响应模式，并且将命令信号复用到每一个响应模式，根据相应的反馈控制回路分别对命令信号的每一个副本进行滤波，然后组合每一个反馈控制回路的输出，以便计算致动需求。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及使用致动器的反馈和命令信号来重定向飞行器(craft)的有人驾驶飞行器的控制系统，尤其涉及在引入高度增稳的响应模式和最小增稳的响应模式的优点的同时避免每一种模式的缺点的响应模式。
技术介绍
飞行控制定律设计的领域是蕴含在机动性与稳定性之间的权衡中的。虽然理论上在每种情况下可以通过允许领航员操作每一个控制面和油门至最大致动范围来提供航空器的最优响应性，然而这在实践中一般并不是理想的，这其中的部分原因在于在给定控制元件、环境和航空器的即时方位和运动的相互关系的情况下的不安全的行动组合，此外其原因还在于在同时控制多个舵面来保持航空器的稳定性的过程中会包含非常高的工作负担。通常，要想实现一种在不需要非常高的工作负担而在保持多种状况中的稳定性的同时允许领航员安全高效地操作航空器的平衡是非常困难的。一种用于打破这种权衡的已知技术是定义不同的响应模式，其中所述响应模式通常会为处于相应工作状况范围的领航员提供适当的工作负担和适当的机动性。对于旋翼飞机来说，在一些工作状况中需要高的增稳等级(甚至是由设计标准规定的)，而在其他状况中则需要低的增稳等级。例如，在降级的视觉环境中，通常选择的是具有高稳定性等级的模式，而在视觉提示良好的状况中则通常会为飞行指定低的增稳等级。这些模式具有相反的目标响应于命令的变化，增稳的响应模式的响应较慢，但是它会将来自与环境的交互的干扰的效应减至最小，相比之下，高机动性模式提供了更高的响应性，但其也会更多地会受到环境的影响。最小增稳的响应模式能使领航员在操纵飞行器方面更加积极并且更加精确，而高度增稳的模式则提供了与较高的稳定性相关联的安全性，此外，由于只需要较少努力即可持续平衡和制衡用以稳定航空器的控制，所述模式还减小了领航员的工作负担。通常，在提示糟糕的环境中，由于缺少视觉参考，领航员往往不会尝试积极地操纵航空器。举例来说，在拍摄、提升或操纵对象的时候，还可以期望高度增稳的模式。以响应类型著称的旋翼飞机控制系统的响应模式确定旋翼飞机如何响应给定的领航员输入。对现代旋翼飞机而言，在提高增稳等级(稳定性)的过程中，横轴和纵轴响应类型是速率衰减(RD)，其中机身角速度(横摇和纵摇)与领航员摄取(操纵杆)位移成比例；姿态命令/姿态保持(ACAH)，其中机身角度(横摇和纵摇)与操纵杆位移成比例；以及平移速率命令(TRC)，其中航空器速度(空速或地速)与操纵杆位移成比例。在包括电传飞控旋翼飞机的现代旋翼飞机中，模式转变通常是由领航员手动选择或者是为条件转变装备的，例如响应于空速和(在一些情况中)控制操纵杆位置的函数而装备。例如在CH-47F中，如果领航员装备了 TRC控制模式，那么在低于10节的速度下，控制系统响应类型会自动从ACAH变成TRC。然而，如果不装备TRC控制模式，那么领航员有可能会在ACAH响应从直飞变成盘旋的情况下飞行。如果领航员选择不装备TRC，那么领航员将会遭遇这样的风险一旦实现盘旋，则视觉状况有可能因为旋翼下冲气流而降级，这种情形经常在沙漠/多尘、软雪/小雪状况(分别被称为“灯火管制”或“白朦天”)或是在起雾或低光度状况中发生。在这种情况下，一旦遭遇到灯火管制或白朦天的状况，则领航员必须采取附加行动来配备和参与TRC响应类型，而这会在非常重要的时间将领航员的注意力集中到管理控制系统而不是驾驶航空器。与此相反，如果领航员选择在具有良好提示的环境中使用TRC，那么有可能遭遇到在针对ACAH或速率命令的控制响应中保证预期的即时切换的情形。例如，如果在敌对区域中执行着陆任务的过程中发现了装载敌兵的武器，那么领航员有可能更愿意具有ACAH或速率命令的更积极的性能特性，而不是TRC的稳定性；再次需要将领航员的努力集中在管理控制系统而不是驾驶航空器的离散模式切换。虽然为操作者提供手动切换这些模式的能力往往会很有用，并且关于模式的决定对于领航员来说可能往往不是问题，但是仍旧存在着难以在这些模式之间转变或是在不恰当的时刻需要领航员的注意的情况。这些提示状况通常不是一致地用地速、高度、操纵杆位置或其他航空器或传感器指示来响应的，由此，响应 于此类指示的自动触发可能会很不方便，未起帮助作用，甚至会很危险。用于多个转变的触发层是很复杂的，并且需要领航员对控制系统进行更多的管理。所装备的转变是响应于指定的条件触发的，并且其通常与装备转变时所做的预测一样有用，即一旦满足了指定的条件，则将预期所述转变。要想针对非预期的转变进行装备则是极其困难的，并且这些转变通常会在最需要它们的时候发生。US7, 433，765似乎公开了一种电传飞控(FBW)静态纵向稳定性系统，其中该系统提供了一种不突兀的空速保持功能，所述功能对领航员控制输入以及测量得到的航空器状态做出响应，以便在航空器处于纵倾非加速状态的时候平滑接合而不需要领航员做出明确的模式选择，并且在领航员命令航空器执行俯仰或是偏航机动动作的时候平滑脱离。该系统局限于接合或脱离单个模式。所述接合或脱离是响应于领航员控制输入以及测量得到的航空器状态的，也就是说，航空器的姿态和运动决定了所述模式。US4, 645，141公开的是一种自动飞行控制系统，其中该系统允许领航员通过移动控制操纵杆来手动控制直升飞机，并且允许在自然释放控制操纵杆的时候使其自动返回到保持盘旋位置或保持盘旋速度。US4，645，141的系统看上去具有基于感测到的控制操纵杆的行为来控制飞行的非常有限的能力，其中自动控制仅仅是在“自然释放”操纵杆的时候进行的，并且仅限于盘旋位置或盘旋速度控制。对于其他那些使用了多种响应模式来将命令信号转换成控制输出，以便致动那些允许基于反馈的飞行器重定向的控制装置的空中、水中和航空航天飞行器来说，这些飞行器同样容易受到对于不同状况中的不同响应模式的理论的冲突的影响。这样的飞行器可以包括小型飞船和飞艇、固定翼航空器、潜艇、轮船(停靠系统)、无人驾驶飞机、无人潜水器、登陆艇、用于与其他轨道航空器对接的轨道舱等等。在一个不相关的领域中，Mc Indoe等人的W001121981教导了一种用于操作诸如陆地机动车辆的超环面驱动型传动之类的无级变速传动的设备和方法。根据车辆的工作状况，这种无级变速传动是选择性地在扭矩控制策略或比率控制策略中工作的，并且由此会得益于转矩和比率控制策略的有利方面，同时还避免了这两种策略的不利方面。特别地，从扭矩控制策略到比率控制策略的转变(反之亦然)可以伴随有同时计算因为转矩和比率控制策略中的操作而产生的控制/压力，以及进一步基于当前的工作状况而将加权值分配给每一个以这种方式计算的控制压力。这些加权值的总和提供了一个有助于在两种控制策略之间平滑转变的复合控制信号。这种装备控制的是单个气动设备，其中该设备控制的是机动车辆而并非飞行器中的传动，此外，虽然使用了负 反馈来衰减变化，但这并不是一个使用了来自传感器，更不用说是与车辆的方位和/或运动相关的传感器的信息的反馈控制回路。控制策略并不是响应模式，因为它们并未包含任何控制定律。本领域中需要一种用于在旋翼飞机的响应类型之间转变以允许领航员在具有不同增稳程度的模式之间无缝转变的全新方法。优选地，这样的转变是以对领航员需要最低限度的训练的直观方式提供的。
技术实现思路
申请人:设计了一种允本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种控制系统，该控制系统编码具有较高增稳的第一响应模式，以及具有较低增稳的第二响应模式，这两种响应模式都被适配成使用来自飞行器的领航员命令接口的命令信号以及来自飞行器的方位和运动反馈来产生共同用于重定向飞行器的信息，其中与所述命令信号中的高频分量相比，更多的低频分量根据第一响应模式被处理，并且与命令信号中的低频分量相比，更多的高频分量根据第二响应模式被处理。2.根据权利要求I所述的控制系统，其中根据所述方位和运动反馈将命令信号分成高频和低频分量。3.根据权利要求I所述的控制系统，其中所述飞行器是航空器，所述方位和运动反馈是航空器状态数据，以及所述响应模式是作为用于计算致动器需求的单独过程实现的。4.根据权利要求3所述的控制系统，其中该系统向所述单独过程提供所述命令信号的分量。5.根据权利要求4所述的控制系统，还包括用于每一个单独过程的相应处理器。6.根据权利要求4所述的控制系统，还包括与相应滤波器耦接的用于多播命令信号的集线器，每一个滤波器被适配成滤除所述命令信号中的不被发送至所述滤波器与之可通信地耦接的相应过程的频率分量。7.根据权利要求4所述的控制系统，其中所述滤波器具有可控的传输属性，并且还包括用于响应于航空器状态数据来改变滤波器属性的过程。8.根据权利要求3所述的控制系统，还包括用于组合来自相应的单独过程的致动器需求来产生用于重定向航空器的组合控制输出的组合过程。9.根据权利要求8所述的控制系统，其中所述组合过程被适配成产生来自相应单独过程的致动器需求的加权总和，所述加权是根据飞行器的最近工作状况应用的。10.一种用于响应于来自领航员命令接口的命令信号以及来自飞行器的方位和运动反馈来产生用于重定向飞行器的致动器需求的方法，该方法包括 提供不同增稳的至少两个响应模式； 将所述命令信号划分成至少两个部分；以及 将划分后的部分提交给相应的响应模式，以使得与所述命令信号中的高频分量相比，更多的低频分量由更高度增稳的响应模式处理，以及与所述命令信号中的低频分量相比，更多的高频分量被提交给较小增稳的响应模式...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·埃利斯，A·W·古贝尔斯，
申请(专利权)人：加拿大国家研究委员会，
类型：发明
国别省市：