M. Krings, D. Hillig, F. Thielecke

Die Leistungsfähigkeit eines Flugzeuges wird im Allgemeinen durch aerodynamische, strukturelle sowie systemtechnische Randbedingungen begrenzt. Um sowohl die strukturelle Integrität als auch die Steuerbarkeit eines Flugzeuges durch die gesamte Flugmission hindurch gewährleisten zu können, müssen diese Betriebsgrenzen sowohl vom Piloten (im manuellen Flug) als auch vom Autopiloten (im automatisierten Flug) zu jedem Zeitpunkt berücksichtigt werden. Eine präzise, hochautomatisierte Bahnführung unter Einhaltung aller Betriebsgrenzen eines Flugzeuges ist Ziel aktueller Forschungsarbeiten am Institut für Flugzeug-Systemtechnik der Technischen Universität Hamburg-Harburg. Modellprädiktive Regelungsstrategien bieten im Vergleich zu anderen Regelungsverfahren die Möglichkeit, in der optimalen Regelung eines dynamischen Systems dessen Betriebsgrenzen explizit zu berücksichtigen. Basis eines solchen modellprädiktiven Autopiloten bildet ein lineares, zeitinvariantes Systemmodell, welches das Verhalten des Flugzeuges in einem dedizierten Arbeitspunkt abbildet. Um dieses lineare Systemmodell dem grundsätzlich nichtlinearen Systemverhalten des Flugzeuges nachführen und somit innerhalb des modellprädiktiven Autopiloten Nichtlinearitäten der Regelstrecke berücksichtigen zu können, wird eine arbeitspunktabhängige Änderung der Modell- und Regelungsparameter notwendig. Der Vortrag fasst die wesentlichen Schritte in der Entwicklung eines modellprädiktiven, arbeitspunktabhängigen Autopiloten für den unbemannten Flugversuchsträger ULTRA-Dimona zusammen. Die Entwicklung des Autopiloten lehnt sich dabei an die in [3, 4] dargelegte Vorgehensweise an. Ausgehend von der Analyse der nichtlinearen Regelstrecke erfolgt die Auslegung des modellprädiktiven Autopiloten an einem nominalen Arbeitspunkt, welcher in der späteren Bewertung als Referenz verwendet wird. Die Erweiterung des Autopiloten zu einer arbeitspunktabhängigen Regelung innerhalb der operationellen Envelope des Versuchsträgers erfolgt in einem zweiten Schritt. Anhand von virtuellen Flugversuchen wird der entwickelte modellprädiktive, arbeitspunktabhängige Autopilot gegenüber dem arbeitspunktunabhängigen System bewertet.

Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2014, Augsburg

Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V., Bonn, 2015

Conference Paper

deutsch

21,0 x 29,7 cm, 11 Seiten

urn:nbn:de:101:1-2015061215723

Flugregelung, MPC

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12.06.2015