Erhöhung der Simulationsgüte linearer Arbeitspunktmodelle für den Entwurf von Hubschrauberregelungen

Abstract

Die Flugregelung ist ein Mittel, hervorragende Flugeigenschaften des Hubschraubers zu bewirken. Oftmals wird dabei ein bestimmtes dynamisches - stabiles und zugleich agiles - Verhalten im Entwurf eingestellt, welches anschließend im Flugversuch nachgewiesen werden soll. Trotz der seit Jahrzehnten eingesetzten und ausgereiften Werkzeuge existieren immer noch Diskrepanzen zwischen Entwurf und Beobachtung im Flugversuch. Die Ursachen hierfür sind unter anderem unbekannte dynamische Effekte, Modellunsicherheiten und Nichtlinearitäten. Modelle für die Reglerauslegung werden typischerweise durch eine Systemidentifikation oder durch Linearisierung einer Hubschraubersimulation gewonnen. Die Erfahrung zeigt jedoch, dass die Genauigkeit der linearen Modelle, mit denen die Flugregelung entworfen wird, nicht ausreicht, da das erwartete dynamische Verhalten nicht oder nur zum Teil im Flugversuch beobachtet wird. Der häufig genutzte Lösungsweg ist empirisch und reaktiv: Ein erfahrener Flugversuchsingenieur justiert die Regelung im Flugversuch. Es stellen sich die Fragen: Wie kann das Modellverständnis erweitert werden? Wie können die Werkzeuge derart angepasst werden, dass der Entwurf das Flugverhalten im interessierenden Flugbereich vorhersagt? Die Arbeit liefert hierfür einen Beitrag, indem Verfahren zur Erfassung von Modellunsicherheiten aufgezeigt werden, welche die ursprünglichen linearen Modelle ergänzen, ohne diese zu ersetzen. Damit einhergehend wird die Simulationsgüte sowohl für den geregelten als auch den ungeregelten Hubschrauber erhöht. Anhand des unsicherheitsbehafteten Modells zeigt die Arbeit, dass eine entworfene Flugregelung erwartungsgerechte Ergebnisse im Flugversuch erreicht.