DE102006026771A1

DE102006026771A1 - Remote-control method for stabilizing remote-controlled model helicopters or rotary-wing craft on a vertical axis integrates a time signal on a sensor for rates of rotation

Info

Publication number: DE102006026771A1
Application number: DE200610026771
Authority: DE
Inventors: Stefan Reich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-06-07
Filing date: 2006-06-07
Publication date: 2007-12-13

Abstract

Transferred via a transmitter (4) to an receiver (5) on a remote-controlled model helicopter/rotary-wing craft, a yaw control signal (3) from a control transmitter takes the form of a command value on reaching a stabilizing device (1) that involves components around an edge. Received from a sensor for rates of rotation or a gyroscope (6), a test signal can converted into numeric signals. Independent claims are also included for the following: (1) A device for stabilizing remote- controlled model helicopters or rotary-wing craft on a vertical axis; (2) A rotary-wing craft.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Hochachsstabilisierung eines Modellhubschraubers oder allgemein eines fernsteuerbaren Drehflüglers.The The present invention relates to a method and an apparatus for Hochachsstabilisierung a model helicopter or in general a remotely controlled rotorcraft.

Herkömmlicherweise wird zur Hochschsstabilisierung ein Signal eines die Hochachsendrehung messenden Gyroskops verwendet und in ein die Hochachsendrehung beeinflussendes Stellglied, etwa ein Heck-Sevo oder Heck-Motorsteller, gespeist, wodurch ein Regelkreis erzeugt wird. Über eine drahtlose Fernsteuerung wird üblicherweise ein vom Piloten gegebener Sollwert vom einem Fernsteuer-Sender übertragen und an Bord des Drehflüglers in den Regelkreis eingemischt, wobei der Sollwert die Bewegung definiert, etwa Stillstand oder Gier-Drehung.traditionally, is the Hochschsstabilisierung a signal of a vertical axis rotation measuring Gyroscope used and in a the center axis rotation affecting Actuator, about a rear-Sevo or rear-engine actuator, fed, creating a Control circuit is generated. Over a Wireless remote control becomes common transmit a setpoint given by the pilot from a remote control transmitter and aboard the rotorcraft mixed into the control loop, where the setpoint defines the motion, about standstill or yaw rotation.

Ferner sind dort zwei Betriebsarten bekannt, die sich meist über einen weiteren Fernsteuer-Kanal vom Piloten aus umschalten lassen. Bei Betriesbart "Heading-Hold" oder Heading-Lock" beinhaltet der Regelkreis entsprechend dem "PID"-Prinzip einen Integrator, der aus einem Drehraten-Meßsignal ein Integral erzeugt, welches zu einer Winkelabweichung proportional ist und geeignet ist, solche Abweichungen zurückzuregeln. In der zweiten Betriebsart "Normal-Modus" wird ein Integrator nicht verwendet oder dessen Wert gelöscht. Herkömmlicherweise ist das Umschalten deshalb erwünscht, weil jede Betriebsart eigene Vor- und Nachteile hat.Further There are two modes known, which usually have one switch another remote control channel from the pilot. at "Heading Hold" or "Heading Lock" includes the control loop according to the "PID" principle an integrator, from a rotation rate measuring signal generates an integral which is proportional to an angular deviation and is capable of controlling such deviations. In the second Operating mode "Normal mode" becomes an integrator not used or its value deleted. Conventionally, the switching is therefore desirable because each mode has its own advantages and disadvantages.

Insbesondere ist ein Nachteil des Heading-Lock-Betriebs, dass die Regelung vor dem Abheben unbemerkt auf einen Sollwert laufen kann, indem sich im Integratror Werte unglich Null ansammeln, etwa durch vorherige Steuer-Ausschläge oder langsame Driften, und wodurch im Moment des Abhebens trotz neutralem Steuerknüppel durch den bestehenden Sollwert das Heck ruckartig in eine andere als die aktuelle Stellung gezwunden wird. Weiterer Nachteil ist, dass sich im Vorwärtsflug das Heck nicht selbstständig durch den Windfahneneffekt nach hinten wendet, sondern vom Piolten nachgesteuert werden muss, was nur manchmal erwünscht ist.Especially is a disadvantage of heading-lock operation that the scheme before go unnoticed to a setpoint by taking off in Integratror values accumulate unfortunate zero, such as by previous ones Steering deflections or slow drifting, and thus at the moment of taking off neutral joystick through the existing setpoint the tail jerkily into another the current position is closed. Another disadvantage is that in the forward flight the tail is not independent turned backwards by the wind vane effect, but by the piolte has to be readjusted, which is only sometimes desirable.

Insbesondere sind Nachteile des Normal-Modus eine geringere Stabilität der Regelung, da kein völliger Ausgleich von mechanischen Neutral-Abweichungen und von Drehmoment-Wechseln des Hauptrotors möglich ist und daher im Flug unvermeidliche Drehungen auftreten. Diese können allenfalls vermindert werden, durch eine weitmögliche Erhöhung der Regelverstärkung, was jedoch weitere Probleme mit auftretenden Regelschwingungen zur Folge hat.Especially disadvantages of the normal mode are a lower stability of the scheme since not complete Compensation of mechanical neutral deviations and torque changes of the Main rotor possible and therefore in flight inevitable turns occur. These can at most be reduced by a maximum increase in the control gain what However, further problems with occurring control vibrations result Has.

Ferner gibt es Nachteile beim Umschalten zwischen beiden Modi, etwa dass für jeden Modus eine eigene Neutraltrimmung benötigt wird, dass ein eigener Fernsteuer-Kanal erforderlich ist und dass die Umschaltung weitere Aufmerksamkeit des Piloten erfordert.Further There are disadvantages when switching between both modes, such as that for each Mode own neutral trim is needed, that is its own Remote control channel is required and that switching another Attention of the pilot requires.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und betreffende Vorrichtung ohne die genannten Nachteile zu ermöglichen. Hierzu sind die in den unabhängigen Ansprüchen gegebenen Merkmale vorgesehen.task The invention is a method and apparatus without the disadvantages mentioned. These are the in the independent one claims given features provided.

Der Integralwert wird um einen definierten Anteil des aktuellen Integralwertes vermindert. Diese Verminderung wird fortlaufend fortgesetzt oder zyklisch wiederholt.Of the Integral value is a defined proportion of the current integral value reduced. This reduction will be continued or cyclically repeated.

Vom Integrator kann fortlaufend ein definierter Anteil des Ausgangswertes gegenkoppelnd subtrahiert oder rückgekoppelt werden. Dies kann auch als eine selbststtätige Rückregelung beschrieben werden. Das Verfahren kann durch programmgesteuerte Schritte beispielsweise in einem Mikroprozessor implementiert sein oder mithilfe einer analog arbeitenden Schaltung realisiert sein. Im letzteren Fall kann die Integration und Entladung durch ein RC-Glied erfolgen. Das Verfahren kann auch dadurch bechrieben werden, dass die Integrationsdauer eingeschränkt wird; der Integrationsprozess kann demnach über ein eingegrenztes Zeitfenster erfolgen. Hierbei müssen nicht notwendig scharfe Grenzen auftreten, es kann ein unscharf verlaufendes Zeitfenster verwendet werden.from Integrator can continuously set a defined proportion of the output value subtracted or fed backwards become. This can also be described as a self-acting feedback control. The method may be implemented by program-controlled steps, for example be implemented in a microprocessor or by means of an analog working Circuit realized. In the latter case, the integration and discharge by an RC element. The procedure can also be described by limiting the duration of integration; the integration process can therefore have a limited time window respectively. Here you have to not necessarily sharp boundaries occur, it can be out of focus extending time window are used.

Wenn als der definierte zu subtrahierende Anteil ein proportionaler Anteil verwendet wird, so entsteht hierbei eine asymptotische Entladung mit negativem exponenziellem Verlauf. Die resultierende Zeitkonstante ist festlegbar und entspricht dem Kehrwert des Proportionalitätsfaktors, welcher eine Relation dem zeitlich integrierten Signal und der Eingangsgröße des Integrators bildet.If as the defined proportion to be subtracted a proportional share is used, this creates an asymptotic discharge with negative exponential course. The resulting time constant is definable and corresponds to the reciprocal of the proportionality factor, which is a relation to the time-integrated signal and the input of the integrator forms.

Der definierte Anteil am Integral kann auch alleine das Vorzeichen sein. Beispielsweise kann in einer dementsprechenden Ausführung das Integral mit konstanter Rate auf Null zurückgezogen werden, indem zyklisch ein Wert mit konstantem Betrag und mit Vorzeichen des Integralwertes subtrahiert wird. Die Entladezeit ist hierbei umgekehrt proportional zum konstanten Betrag und proportional zum aktuellen Ausgangswert.Of the defined proportion of the integral can also be the sign alone. For example, in a corresponding embodiment, the Integrally retracted to zero at a constant rate by cycling a value with constant magnitude and sign of the integral value is subtracted. The discharge time is inversely proportional to constant amount and proportional to the current output value.

Weitere Ausführungen sind möglich, indem nichtlineare Anteile des Integrals zur Rückregelung herangezogen werden. Insbesondere kann ein Schwellwert vorgesehen sein. Der Betrag des rückgespeisten Anteils kann um den Schwellwert verringert werden. Hierdurch wird erreicht, dass das Intelgral nur soweit entladen wird, als es dem Schwellwert überschreitet.Further embodiments are possible by using nonlinear components of the integral for the feedback control. In particular, a threshold value can be provided. The amount of the portion returned can be reduced by the threshold. This ensures that the Intelgral is only discharged as far as the threshold exceeds.

Die Zeitkonstante oder Entladezeit kann so eingestellt sein, dass sie länger dauert als die Zeit üblicher Steuerausschläge. Die Zeitkonstante oder Entladezeit kann so eingestellt sein, dass sie länger dauert als die übliche Zeit der durch den Regelkreis erzeugten nötiger Korrekturen.The Time constant or discharge time can be set to longer takes more time than time Control deflections. The time constant or discharge time can be set so that longer takes as the usual Time of necessary corrections generated by the control loop.

Insbesondere kann die Zeitkonstante oder Entladezeit durch den Benutzer variierbar sein. Dies kann durch einen hierfür vorgesehenen Fernsteuer-Kanal erfolgen.Especially The time constant or discharge time can be varied by the user be. This can be done by a dedicated remote control channel respectively.

Durch die vorliegende Erfindung werden u.a. folgende Vorteile erzielt:
Die bei Heading-Hold übliche Abweichung vor dem Abheben trotz neutraler Knüppelstellung wird vermieden. Temperaturdriften oder ungewollte frühere Ausschläge vor dem Abheben werden neutralisiert. Trotzdem ist die erzielte Haltewirkung nahezu identisch mit der des herkömmlichen Heading-Hold-Modus. Sie kann jedoch durch Einstellen der Entladezeit oder des Integrations-Zeitraums variiert werden.The following advantages are achieved by the present invention, inter alia:
The usual deviation in heading hold before lifting despite neutral stick position is avoided. Temperature drifts or unwanted earlier rashes before lifting are neutralized. Nevertheless, the holding effect achieved is almost identical to that of the conventional Heading Hold mode. However, it can be varied by adjusting the discharge time or the integration period.

Dadurch, dass die Entladezeit langsamer sein kann als die Dauer üblicher Regel-Korrekturen, bleiben während solcher Korrekturen die Integralwerte lange genug bestehen, bis über das Stellglied die erforderliche Lagekorrektur erfolgt ist. Stellwert und Regelungs-Wirkung werden durch das langsame Entladen demnach nur geringfügig abgeschwächt.Thereby, that the discharge time may be slower than the duration of usual Rule corrections, remain while of such corrections the integral values persist long enough, beyond that Actuator the required position correction is done. control value and control effect become so by the slow unloading accordingly only slightly weakened.

Ein Windfahnen-Effekt des Hecks beim Vorwärtsflug ist in der Weise gegeben, dass ein Angleichen langsam erfolgt, wohingegen rasche dynamische Einflüsse wie etwa Windböen oder Drehzahl-Wechsel weg-korrigiert werden.One Wind vane effect of the stern in forward flight is given in the way that matching is slow, whereas rapid dynamic influences like gusts of wind or speed change away-corrected.

Die beschriebene fortlaufende Entladung des Integralwertes erzielt ein Verhalten, dass weder dem herkömmlichen Normal-Modus noch dem herkömmlichen Heading-Hold entspricht, sondern beide Eigenschaften vorteilhaft vereint. The described continuous discharge of the integral value achieved Behavior that neither the conventional Normal mode still the conventional one Heading hold corresponds, but both properties are beneficial united.

Als zusätzlicher Vorteil ergibt sich, dass eine kontinuierliche Auswahl-Möglichkeit besteht zwischen den herkömmlichen Modi Normal und Heading-Hold sowie allen Zwischenzuständen. Diese Auswahl kann auch während des Flug erfolgen.When additional Advantage arises that a continuous selection possibility exists between the conventional ones Modes Normal and Heading-Hold as well as all intermediate states. This selection can also while of the flight.

Ein diskreter Sprung der Neutraltrimmung, wie er herkömmlich beim Umschalten zwischen den Modi auftrat, besteht nicht mehr.One discrete jump of the neutral trim, as it is conventional in the Switching between the modes occurred no longer exists.

Allgemein kann die Fernsteuerung drahtlos vom Boden aus erfolgen.Generally Remote control can be wireless from the ground.

1 zeigt ein ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels. 1 Fig. 1 shows a block diagram of an embodiment.

Ein vom Steuergeber 2 stammendes Gier-Steuersignal 3 wird über Sender 4 und dem an Bord befindlichen Empfänger 5 übertragen und gelangt als Sollwert 3 in die Stabilisierungs-Vorrichtung 1, welche die gestrichelt umrandeten Komponenten beinhaltet, wobei ein Mikroprozessor und/oder analoge Schaltungen verwendet werden können. Das vom Drehratensensor oder Gyroskop 6 erhaltene Meßsignal 7 kann erforderlichenfalls im ADC-Wandler 8 in numerische Signale umgewandelt werden. Im Mischer 9 wird dieses Meßsignal 7 vom Sollwert 3 subtrahiert.One from the controller 2 originating yaw control signal 3 becomes via transmitter 4 and the onboard receiver 5 transmitted and arrives as a setpoint 3 in the stabilization device 1 including the dashed edge components, wherein a microprocessor and / or analog circuits may be used. That of the rotation rate sensor or gyroscope 6 obtained measuring signal 7 if necessary in the ADC converter 8th be converted into numerical signals. In the mixer 9 becomes this measurement signal 7 from the setpoint 3 subtracted.

Es resultiert eine Ist-Soll-Differenz 10, diese wird im Integrator 12 zeitlich integriert. Das Ausgangssignal 13 des Integrators wird zusammen mit der nicht-integrierten Ist-Soll-Differenz über den Mischer 19 als Stellwert 14 herangezogen und in das Servo 15 geleitet, welches als ein die Hochachsendrehung beeinflussendes Stellgllied dient. Soweit entsricht die Anordnung einer herkömmlichen Stabilisierung. Zusätzlich wird vom Ausgangssignal 13 des Integrators 12 über den Multiplizierer 16 ein definierter Signal-Anteil 17 genommen und über den Mischer 11 negativ gegenkoppelnd in den Integrator 12 eingespeist. Dies kann durch eine zyklisch eingeleitete Subtraktion erfolgen. Die zyklische Subtraktion kann auch in einem von der Integration separaten Vorgang erfolgen. Die im Multiplizierer 16 angewendete Faktor ist in diesem Ausführungsbeispiel durch Signal 18 definiert, welches durch einen weiteren Fernsteuer-Kanal vom Benutzer übertragen werden kann. Alternativ kann das Signal 18 auch durch ein am Gerät 1 vorgesehenes Einstellelement erzeugt oder definiert sein.This results in an actual target difference 10 , this will be in the integrator 12 integrated in time. The output signal 13 of the integrator is along with the non-integrated actual-target difference across the mixer 19 as a control value 14 used and in the servo 15 passed, which serves as a control element influencing the vertical axis rotation. So far, the arrangement gives a conventional stabilization. In addition, the output signal 13 of the integrator 12 over the multiplier 16 a defined signal component 17 taken and over the mixer 11 negative feedback in the integrator 12 fed. This can be done by a cyclically induced subtraction. The cyclic subtraction can also take place in a separate process from the integration. The multiplier 16 applied factor is signal in this embodiment 18 defined, which can be transmitted by another user remote control channel. Alternatively, the signal 18 also by a on the device 1 provided adjusting element generated or defined.

Eine Entladezeitkonstante resultiert aus der Wiederholrate der Rechnung, dividiert durch den Faktor (16).A discharge time constant results from the repetition rate of the calculation divided by the factor ( 16 ).

Alternativ oder in Kombination könnnen die dargestellten Signale statt als numerische Werte als analoge Spannungen verarbeitet werden; in diesem Fall kann der ADC-Wandler entfallen. Alternativ kann die Integration zwar auf numerische Weise in einem Mikroprozessor erfolgen, die Verminderung des Integralwertes jedoch durch eine Rückspeisung eines analogen Signals erfolgen. Diese Rückspeisung kann beispielsweise zu dem Meßsignal des Gyroskops vor den ADC-Wandler eingemischt werden und erzielt die beabsichtigte Entladung des Integralwertes.alternative or in combination the signals shown instead of numerical values as analog Tensions are processed; In this case, the ADC converter can be omitted. Alternatively, the integration may be done numerically in a microprocessor However, the reduction of the integral value by a recovery an analog signal. This feedback can, for example to the measurement signal of the gyroscope in front of the ADC transducer and scored the intended discharge of the integral value.

Ale weitere Ausgestaltung kann die Option der Gegenkopplung und/oder die Größe des definierten Anteils vom Flugzustand abhängig gesteuert werden. Beispieslweise kann während einer Gas- und/oder Pitch-Stellung, die normalerweise nicht während des Fluges vorkommt, die Zeitkonstante durch Erhöhung der Gegenkopplung vermindert werden, und somit ein Heck-Neutralisieren dann stärker durchg4eführt werden, wenn sich der Hubschrauber am Startplatz befindet, und weniger, während der Hubschrauber fliegt.Ale further refinement, the option of negative feedback and / or the size of the defined share depending on the flight condition can be controlled. For example, during a throttle and / or pitch position, which is not normally encountered during flight, the time constant may be decreased by increasing the negative feedback and, thus, a stern neutralization will be performed more strongly when the helicopter is at the launch site and less as the helicopter flies.

Claims

Method for stabilizing remote-controlled model helicopters or rotorcraft about the vertical axis, in which a signal of a rotation rate sensor is integrated in time and a control value for controlling an actuator influencing the vertical axis rotation is generated or calculated, wherein the control value includes at least one signal of the rotation rate sensor and its integral, characterized in that a continuous discharge of the integral value is undertaken, the integral value being continuously or cyclically repeatedly reduced by a value which is derived from the current integral value as a defined proportion thereof.

Method according to claim 1, characterized in that that the defined portion of the integral value is a proportional Share is.

Method according to claim 1, characterized in that that the defined proportion of the integral value is a disproportionate Share is.

Method according to claim 1, characterized in that that the defined portion of the integral value at least its sign is

Method according to one of claims 1-3, characterized that for generating the defined portion of the integral value in subjected to both sign directions of a threshold function becomes.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the continuous reduction of the integral value is switched on as an option.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that at least one of the parameters: Option of continuous diminutive and size of the defined Proportion of the integral, about a remote control changeable is.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that at least one of the parameters: Option of continuous decrease and size of the defined portion of the Integrals, depending a signal indicative of the flight condition is changeable.

Method for stabilizing remote-controlled model helicopters or rotorcraft around the vertical axis, where a signal of a rotation rate sensor in time is integrated and a manipulated variable for controlling a Hochachsendrehung influencing actuator is generated or calculated, wherein the manipulated variable at least one signal of the rotation rate sensor and its Integral, characterized in that the integration duration, at least for a subset of the possible Integral values, restricted is.

Device for stabilizing remote-controlled model helicopters or rotorcraft around the vertical axis with the following components: a rotation rate sensor, one for provided by a remote control transmitter derived control signal Input, an electronic device connected to the rotation rate sensor A mixing device for forming an actual target difference with the control signal and an integrator for integrating the actual target difference, thereby in that an integrator is used which, at least in a partial area of its value range, over a time-limited time window integrated.

Device, in particular according to claim 10, for Stabilization of remote-controlled model helicopters or rotorcraft the vertical axis with the following components: a rotation rate sensor, one for provided by a remote control transmitter derived control signal Input, an electronic device connected to the rotation rate sensor A mixing device for forming an actual target difference with the control signal and an integrator for integrating the actual setpoint difference by means for continuous or cyclic repetition Reducing the integral value.

Device according to claim 10 or 11, characterized that they have a second, to control the reduction of the integral value has provided input.

Device according to one of claims 10-12, characterized that they have an ADC converter and a program-controlled processor contains.

Device according to one of claims 10-13, characterized that they are equipped with other instruments for air traffic stabilization combined.

Device according to one of claims 10-14, characterized that it is structurally combined with a remote control receiver.

rotorcraft characterized by a device according to any one of claims 10-15.