Fehlerdetektion, -Isolation und -Identifikation in elektrohydraulischen Aktuatorensystemen moderner, ziviler Flugzeuge

Kurzfassung

Die immer weiter fortschreitende Elektrifizierung technischer Prozesse in den letzten Dekaden eröffnet bei Flugsystemen neue Möglichkeiten der Optimierung von Flugeigenschaften und Flugleistungen. Zur Optimierung des Flugzeugentwurfs wird dabei die Bereitstellung vitaler Stabilitäts- und Flugeigenschaften an das Flugsteuer- und Regelsystem delegiert. Die Aktuatoren stellen auf Grund ihrer Position inmitten des Regelkreises einen absolut sicherheitskritischen Bestandteil dieser Systeme dar. Dies mündet unweigerlich in einen erhöhten Anspruch an die Zuverlässigkeit moderner Aktuatoren. In der vorliegenden Abhandlung wird ein neuartiges System zur Lösung des Fehlerdetektions-, Fehlerisolations- sowie Fehleridentifikationsproblems in modernen Aktuatorensystemen reglergestützter Flugzeuge vorgestellt. Im Wesentlichen kann der Entwicklungsprozess eines Systems zur Fehlerdetektion und -diagnose (FDD) in fünf Schritten zusammengefasst werden: (i) die Erarbeitung adäquater Synthesemodelle des zu überwachenden Systems; (ii) die Auslegung von Residuenfiltern für die Fehlerdetektion; (iii) die optimale Einstellung der Residuenevaluierung und der Entscheidungsfindung; (iv) die Implementierung Fehleridentifikationsmethoden und schließlich (v) die Robustheits- und Leistungsanalyse des FDD-Systems. Die Verwendung linearer, parameterabhängiger Modelle im Zuge der Residuenfiltersynthese ermöglicht die Generierung von Filtern, die über einen umfassenden Parameterbereich ein robustes Verhalten im Hinblick auf Fehlalarme und nichtdetektierte Fehler aufweisen. Die optimale Einstellung der Parameter des FDD-Systems gelingt durch die Optimierung geeigneter Leistungskriterien. Die Nutzung des Flugzeugmodells für die Bestimmung der Kriterienwerte erlaubt die Berücksichtigung der Wechselwirkung zwischen Flugzeugaerodynamik und Aktuatordynamik. Zwei zu erfüllende Eigenschaften von FDD-Systemen in sicherheitskritischen Systemen sind ihre Robustheit gegenüber Fehlalarmen und nichtdetektierten Fehlern sowie die Systemkomplexität auf Grund limitierter zur Verfügung stehender Rechnerressourcen. Zur Berücksichtigung dieser beiden Aspekte wird eine neuartige Struktur von FDD-Systemen vorgestellt, die trotz ihrer guten Robustheits- und Leistungsmerkmale eine niedrige Komplexität aufweisen. Zur Erhöhung der Robustheit sowie zur Gewinnung von detaillierten Informationen über die auftretenden Fehler werden fortschrittliche Methoden der signalbasierten Fehleridentifikation dargestellt.