D. Surmann, L. Hein, S. Myschik

Elektrische Transitionsvehikel, mit der Fähigkeit senkrecht zu starten und zu landen (eVTOLs), werden häufig mithilfe von nichtlinearen Regelungsstrategien betrieben. Ein Beispiel stellt das in diesem Paper betrachtete Starrflügler-eVTOLKonzept dar, welches mithilfe von zwei Impellern und Schubvektorsteuerungen angetrieben wird und die Regelungsstrategie nach dem Prinzip der inkrementellen nichtlinearen dynamischen Inversion (INDI) besitzt. INDI-Regler allokieren Steuerinkremente für überaktuierte Systeme mithilfe der Pseudo-Inversen der Effektivitätsmatrix für kommandierte inkrementelle Pseudo-Kontrollgrößen in der Control Allocation (CA). Die Matrix beinhaltet weder Informationen über die Effektivität mit Bezug auf den Wertebereich der Aktuatoren, noch berücksichtig die Lösung der CA das Saturieren von Effektoren, womit es in der CA zu Konflikten kommen kann, die die Leistung des Systems negativ beeinflussen. Daher sollen CA-Methoden untersucht werden, die Steuerkonflikte minimieren, in dem die CA normiert und numerisch robuster gemacht wird und durch den Einsatz der Redistributed Scaled Pseudo Inverse (RSPI) ungenutzte Steuerinkremente für die Sollwertfolge iterativ in Betracht zieht. Diese Methoden werden anhand einer beispielhaften Mission mithilfe von Flugsimulation getestet und analysiert.

Electric transition vehicles with vertical takeoff and landing capabilities (eVTOLs) are often operated using nonlinear control strategies. An example is the fixed-wing eVTOL concept considered in this paper, which is powered by two impellers and thrust vector controls and has the control strategy based on the principle of incremental nonlinear dynamic inversion (INDI). INDI controllers allocate control increments for overactuated systems using the pseudo-inverse of the effectiveness matrix for commanded incremental pseudo-control variables in Control Allocation (CA). The matrix does not contain information about the effectiveness with regard to the value range of the actuators, nor does the CA solution take into account the saturation of effectors, which can lead to conflicts in the CA that negatively influence the performance of the system. Therefore, CA methods should be investigated that minimize control conflicts by normalizing the CA and making it numerically more robust and by using the Redistributed Scaled Pseudo Inverse (RSPI) to iteratively consider unused control increments for the setpoint sequence. These methods are tested and analyzed on an exemplary mission using flight simulation.

Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2022, Dresden

Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V., Bonn, 2023

Conference Paper

deutsch

21,0 x 29,7 cm, 10 Seiten

urn:nbn:de:101:1-2023080913495777794837

10.25967/570331

Nichtlineare Flugregelung, Control Allocation

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Surmann, D.; Hein, L.; Myschik, S. (2023): Control Allocation Methoden zur nichtlinearen Regelung eines elektrischen Transitionsvehikels. Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V.. (Text). https://doi.org/10.25967/570331. urn:nbn:de:101:1-2023080913495777794837.

09.08.2023