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Dokumentenidentifikation DE69021020T2 21.03.1996
EP-Veröffentlichungsnummer 0431662
Titel System zum Steuern eines ferngesteuerten Luftfahrzeugs.
Anmelder Techno Sud Industries, Blagnac, FR
Erfinder Heyche, Albert, F-31250 Revel, FR;
Latteur, Alain, B-1000 Bruxelles, BE;
Dekoninck, Philippe,, B-1050 Bruxelles, BE
Vertreter Weitzel, W., Dipl.-Ing. Dr.-Ing., Pat.-Anw., 89522 Heidenheim
DE-Aktenzeichen 69021020
Vertragsstaaten AT, BE, CH, DE, DK, ES, FR, GB, GR, IT, LI, LU, NL, SE
Sprache des Dokument Fr
EP-Anmeldetag 19.11.1990
EP-Aktenzeichen 902030568
EP-Offenlegungsdatum 12.06.1991
EP date of grant 19.07.1995
Veröffentlichungstag im Patentblatt 21.03.1996
IPC-Hauptklasse G05D 1/00
IPC-Nebenklasse B64C 39/02   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein System zum Steuern eines ferngesteuerten Luftfahrzeugs, das mit Steuerservomotoren ausgestattet ist, insbesondere eines ferngesteuerten Hubschraubers, der mit Servomotoren zum Steuern der nicht periodischen Steigung und der Fluglage (Neigung vorne/rückwärts und links/rechts), einem Servomotor für Drehmomentausgleich und einem Servomotor für die Vergasung ausgestattet ist.

Es sind Systeme zur Fernsteuerung von Luftfahrzeugen bekannt, die Steuerung aus der Ferne gestatten. Beispiele finden sich in den Urkunden DE-A-2 713 140, DE-A-3 908 315 und den Protokollen der IEEE/AIAA (7th Digital Avionics Systems Conference; 13-16 Oktober 1986 Fort Worth, Texas, US); Seiten 475-482; und in "Avionics for the small remotely piloted vehicle" von A.D. Vandersteen, die die Steuerung von Flugzeugen aber nicht von Hubschraubern betreffen, wobei bei einem Flugzeug das Problem der Steuerung ganz anders und bedeutend weniger kompliziert ist. Diese Systeme bedingen schwierige Steuerung, da der Pilot verschiedene Wechselwirkungen, d.h. Wechselwirkungen zwischen der Maschine und der Umwelt sowie gegenseitige Wechselwirkungen zwischen Einrichtungen der Maschine berücksichtigen muß und sich die Steuerung im Falle eines Hubschraubers als besonders kompliziert erweist. Die Urkunde US-A-3 117 749 betrifft einen Hubschrauber normaler Größe mit einem Piloten an Bord, wobei der besagte Hubschrauber mit Hilfsmitteln zur Steuerung in Verbindung steht, die in der Landungsphase dessen Stabilisierung gewährleisten. Die ins Auge gefaßten Mittel sind unterschiedlich: Man beachte insbesondere, daß der Hubschrauber nicht ferngesteuert ist, da die Informationen durch ein Kabel 51 übertragen werden.

Die vorliegende Erfindung hat das Ziel ein Steuersystem zu bieten, das in der Lage ist, den Piloten von durch die verschiedenen vorstehend genannten Wechselwirkungen bedingten Aufgaben zu befreien.

Ein Ziel der Erfindung besteht insbesondere darin, durch Steuerung von Servomotoren automatischen Ausgleich momentaner bzw. permanenter Störungen zu gewährleisten, um zu vermeiden, daß das Luftfahrzeug in gefährliche Trimmlagen gerät.

Ein weiteres Ziel im Falle eines ferngesteurten Hubschraubers besteht darin, den Servomotor für den Drehmomentausgleich automatisch so zu steuern, daß Variationen der Motorleistung bzw. Variationen der nichtperiodischen Steigung ausgeglichen werden, um auf automatische und effizienteste Weise die Winkelstabilität der Maschine um die Gierachse zu gewährleisten.

Ein weiteres Ziel, ebenfalls im Zusammenhang mit einem ferngesteuerten Hubschrauber, besteht darin, durch Änderungen der jeweiligen Steigung beim Wenden (Fluglagensteuerung) bedingte Höhenvariationen zu vermeiden, indem auf automatische Weise Höhenstabilität gewährleistende Änderungen der nichtperiodischen Steigung bewirkt werden.

Das erfindungsgemäße Steuersystem umfaßt (a) eine Fernsteuerinfrastruktur und (b) ein Gerät an Bord des Luftfahrzeugs. Erfindungsgemäß weisen diese Fernsteuerinfrastruktur und dieses Bordgerät eine Architektur und Funktionalitäten auf, wie sie nachstehend unter Bezugnahme auf die Bilder 1 bzw. 2 beschrieben sind.

Die Fernsteuerinfrastruktur (Bild 1) ist im allgemeinen auf dem Boden angeordnet, kann aber auch in einem fahrbaren Steuerzentrum wie z.B. einem Luftfahrzeug, einem Wagen, einem Wasserfahrzeug... angeordnet sein.

Wie dies in Bild 1 ersichtlich ist, umfaßt diese Infrastruktur eine Steuerkonsole CP, die so beschaffen ist, daß sie für Steuersollwerte repräsentative Analogsignale liefert. Diese Konsole hat zwei Steuerknüppel mit zwei Freiheitsgraden zum Steuern des Nickens, des Rollens, des Gierens und der nichtperiodischen Steigung des Hubschraubers. Diese Konsole ist auf herkömmliche Weise mit Schaltern und Potentiometern ausgestattet, so daß sie Steuerung der Emissionsleistung, der Motordrehzahl und der Startphasen gestattet (Temperatursteuerung).

Diese Steuerkonsole CP ist insbesondere der Art "PCM" ("Pulse Code Modulation") oder der Art "PPM" ("Pulse Pause Modulation"), und zwar liefert sie entweder in bezug auf die Impulsdauer oder in bezug auf die Pausendauer zwischen Impulsen (bei konstanter Impulsdauer) modulierte Analogsignale. Die von dieser Konsole CP emittierten Signale setzen sich aus aufeinanderfolgenden Sequenzen gegebener Frequenz (z.B. 40 Hz) zusammen. Die Konsole CP kann auch rein analoger Art sein und nichtmodulierte Analogsignale liefern, die zu den Steuersollwerten unmittelbar proportional sind.

Diese Signale werden einer Analog/Digital- Umformeinheit AD-PCM zugeführt, die sie in für einen Rechner unmittelbar zugängliche digitale Daten umformt. Diese Umformeinheit kann insbesondere einen Schrittzähler umfassen, der in ein Register einschreibt und in bezug auf eine zentrale Recheneinheit eine Unterbrechung bewirkt, indem die Vorderflanke der empfangenen Signalimpulse ansteigt oder abnimmt, so daß die Zentraleinheit den Schrittzählerwert abfragen kann.

Der Umformer AD-PCM ist mit einem Bus für Adressen, Daten und zur Steuerung -BUSs- verbunden, der insbesondere asynchroner Art ist.

Eine leistungsabhängige Speichereinheit RAMs ist mit dem Bus verbunden, um die durch diesen übertragenen digitalen Daten zu lesen und zu speichern. Die Kapazität dieses Speichers hängt von der Breite des Adressen- und Datenbuses ab, die insbesondere 16 Bit beträgt, was einer Speicherkapazität von 64 8-Bit-Kilobytes entspricht.

Mit BUSs steht auch eine zentrale Recheneinheit ALUs in Verbindung, die so beschaffen ist, daß sie an den in dem RAMs gespeicherten Daten nach bestimmten Betriebsprogrammen Logikoperationen durchführt, wovon Beispiele nachstehend angeführt sind. Diese Recheneinheit umfaßt Logikoperatoren, die so beschaffen sind, daß sie bei einer Breite von 16 Bits arbeiten, um im wesentlichen die folgenden Operationen durchzuführen: grundlegende arithmetische Operationen, grundlegende bedingte und unbedingte Verzweigungen, Boolesche Operationen, unmittelbare, mittelbare und speicherindexierte Zugriffe... Die Rechenleistung dieser Einheit beträgt etwa 1 Mips (Megabefehle pro Sekunde).

Eine leistungsunabhängige Speichereinheit ROMs enthält die Betriebsprogramme für die Zentraleinheit ALUs, zu denen diese durch den Bus Zugriff hat. Dieser Speicher kann eine mit dem leistungsabhängigen Speicher RAMs analoge Kapazität aufweisen.

Des weiteren ist ein Asynchronkommunikationsbaustein UARTs mit dem Bus verbunden, dessen Aufgabe darin besteht, die von der Recheneinheit gelieferten Daten in ein serielles Signal der Norm "RS 232" umzuwandeln und ein serielles Signal zu empfangen und die entsprechenden Daten in ein für die Zentraleinheit ALUs zugängliches Innenregister einzugeben. Diese Einheit UARTs hat eine Datenübertragungsgeschwindigkeit im Bereiche von 120 Kilobits/s. Ihre Empfangs- und Übertragungsfrequenz wird durch die Zentraleinheit ALUs bestimmt. Man beachte, daß diese Frequenz gegebenenfalls mit Hilfe eines von einem bestimmten Taktgeber emittierten Außensignals geprüft werden kann.

Eine Modulations-/Demodulationseinheit MODEMs ist mit dem Baustein UARTs verbunden, wobei ihre Aufgabe einerseits darin besteht, das von dem Baustein UARTs gelieferte serielle Signal zwecks Emission zu modulieren und andererseits die von den Empfangseinrichtungen gelieferten modulierten Signale zu demodulieren und an den Baustein UARTs zu übertragen. Die Modulierung wird insbesondere bei einer Zwischenfrequenz durchgeführt, die der eines modulierenden Unterträgers mittlerer Frequenz nahe ist; diese Modulierung/Demodulierung ist vorzugsweise der Art FM auf niedrigem Pegel, wobei das Ausgangssignal an die Emissionseinrichtungen angepaßt ist.

Diese Emissionseinrichtungen umfassen einen Funksende- und - empfangsbaustein HFs, der auf herkömmliche Weise aus einem die durch die Antenne emittierten Signale und die durch die Antenne empfangenen Signale entkoppelnden Duplexer, einer FM-Modulationsstufe, die die von MODEMs gelieferten Mittelfrequenzsignale in Hochfrequenzsignale umwandelt, einer FM-Demodulationsstation, die die von dem Duplexer gelieferten Hochfrequenzsignale demoduliert und in für die Einheit MODEMs geeignete Mittelfrequenzsignale umformt, und einem Hochfrequenzverstärker besteht, der die modulierten Signale zu HF (40 bis 200 Watt bei 50 Ohm) verstärkt.

Die Infrastruktur kann des weiteren vorteilhafterweise mit einer Anpaßeinheit DRIVERs ausgestattet sein, die es ermöglicht, die Kompatibilität zwischen dem Baustein UARTs und einem Personalcomputer PC&sub2; für die Durchführung von Inspektionsprüfungen zu gewährleisten. Dieser Baustein DRIVERs kann der Art "MAX 239" sein. Der Computer PC&sub2; kann von Nutzen sein, wenn es gilt, die Güte einer Richtfunkstrecke mit Hilfe des Bordgeräts zu prüfen (Entnahme statistischer Parameter wie des Prozentsatzes von zu wiederholenden Nachrichten, des Fehlerprozentsatzes...).

Des weiteren umfaßt die Infrastruktur einen Anschluß für binäre Ein-/Ausgänge DIOs, der zwecks Steuerung oder Prüfung durch die Zentraleinheit ALUs mit dem Bus verbunden ist. Dieser Anschluß ist am Ausgang mit einer Reihe von Leitungen in binärem Zustand versehen, die entweder abgelesen werden, um Innenregister zu beschicken, oder aufgrund des Inhalts dieser Register abgeändert werden.

Eine Gruppe PANEL von binären Stellantrieben und Wandlern ist mit den binären Leitungen verbunden, um entweder die Stellantriebe in die den Leitungszuständen entsprechenden Konfigurationen zu bringen oder die Wandlerzustände durch die Leitungen zu übertragen. Es können z.B. mehrere Stellantriebe Alarmdioden sein, die ihren Zustand ändern, wenn die Recheneinheit ALUs Daten nachgewiesen hat, die einem Mindeststand an Hubschraubertreibstoff, einer übermäßig hohen Motortemperatur, einer übermäßig hohen Umgebungstemperatur innerhalb des Hubschraubers, übermäßig hohen mechanischen Beanspruchungen, einer zu geringen Flughöhe oder einer abnormalen Motordrehzahl entsprechen. Des weiteren können mehrere Wandler Schalter, Drucktasten oder ein Knüppel mit zwei diskontinuierlichen Zuständen sein, die dem Piloten zur Verfügung stehen, so daß die Zentraleinheit ALUs dem Hubschrauber besondere Anweisungen übermitteln kann, z.B. zur Steuerung einer in dem Hubschrauber angeordneten Kamera (Ingangsetzung, Steuerung des Fernobjektivs, Orientierungsteuerung), Fallschirmfreigaben, Änderung der Steuerungsbetriebsart...

Des weiteren steht ein Baustein SER/PAR für serielle/parallelle Kommunikation mit dem BUSs in Verbindung, um zwischen der Zentraleinheit ALUs und peripheren Geräten, insbesondere einem Personalcomputer PC&sub1;, einem Taschenterminal TERM, einem Druckwerk PRN und einem Wirtscomputer HOST Datenaustausche zu bewirken. Dieser Baustein SER/PAR läßt sich im wesentlichen aus einem Mehrprotokoll-Kommunikationsprozessor, Adressendecodierern zum Lesen aus und Einschreiben in Spezialregister des Kommunikationsprozessors sowie Anpaßbausteinen (gleicher Art wie der vorstehend angeführte Baustein DRIVERs) zusammen. Dieser Baustein gestattet vollständige Integrierung des beschriebenen Systems mit einer herkömmlichen Informatik zwecks Prüfung des Systems bzw. Einwirkung darauf. So kann z.B. eine Bank geographischer Daten durch den Wirtscomputer HOST befragt werden, um eine Flugbahndatei zu bilden, wobei diese über die Bodeninfrastruktur von fern in das Bordgerät eingegeben wird. Der Personalcomputer PC&sub1; kann digitale Darstellung von Flughöhendaten des Luftfahrzeugs ermöglichen.

Außerdem kann mit der Zentraleinheit ALUs über den Bus ein peripheres Bildschirmverwaltungsgerät SCREEN verbunden werden, um Daten in Echtzeit, insbesondere in grafischer Form, darzustellen.

Des weiteren ist das Bordgerät in einem starren, stoßfesten Chassis angeordnet, das elektrisch, elektromagnetisch und mechanisch isoliert ist. Wie dies in Bild 2 schematisch dargestellt ist, umfaßt dieses Bordgerät einen Funksende- und -empfangsbaustein HFe, der gemeinsam mit dem Baustein HFs eine Richtfunkstrecke bildet. Dieser Baustein, der so beschaffen ist, daß er modulierte Signale sendet und empfängt, ist dem Baustein HFs ähnlich.

Dieser Baustein HFe ist mit einer Modulations- /Demodulationseinheit MODEMe verbunden, die ähnlicher Art ist wie die Einheit MODEMs, und zwar ist dieser Baustein einerseits so beschaffen, daß er ein serielles Basisbandsignal moduliert und mit Mittelfrequenz an den Baustein HFe überträgt und andererseits die von dem Baustein HFe stammenden Mittelfrequenzsignale demoduliert und serielle Basisbandsignale an einen Asynchronkommunikationsbaustein UARTem liefert.

Dieser Baustein UARTem ist mit einem Bus BUSem verbunden, so daß er einerseits die über diesen Bus gelieferten Daten in ein serielles Signal zur Übertragung an den Baustein MODEMs umformt und andererseits das von der Einheit MODEMe gelieferte serielle Signal empfängt und in Daten umsetzt, die in einen Innenregister eingegeben werden.

Dieses Gerät umfaßt auch eine leistungsabhängige Einheit RAMem ähnlicher Art wie die Einheit RAMs zwecks Speicherung der digitalen Daten.

Mit BUSem ein steht auch eine zentrale Recheneinheit ALUem in Verbindung, deren Aufgabe darin besteht, an den gespeicherten Daten Logikoperationen durchzuführen. Diese Einheit ist ähnlicher Art wie die Einheit ALUs; ebenso wie diese ist sie insbesondere so angeordnet, daß sie zu dem Innenregister des Bausteins UARTem Zugriff hat. Eine leistungsunabhängige Speichereinheit ROMem enthält die Betriebsprogramme der Zentraleinheit ALUem.

Außerdem ist mit dem Bus BUSem eine Einheit für Digital-/Analogumformung D/A-PCM verbunden, deren Aufgabe darin besteht, auf Grund der durch die Recheneinheit ALUem bearbeiteten und durch den Bus zugeführten Daten ein zusammengesetztes analoges Befehlssignal zu erzeugen. Diese Einheit, die sich aus Verzögerungsrelays und Unterbrechungsgebern zusammensetzt, ist insbesondere so beschaffen, daß sie ein zusammengesetztes Signal in der Form von der Dauer nach modulierten Impulsfolgen gegebener Frequenz, insbesondere 40 Hz, erzeugt.

Dieses zusammengesetze Signal wird in einem Demodulator DEM demultiplexiert und geformt, wobei der besagte Demodulator über mehrere Leitungen einfache Analogsignale ("PCM"- oder "PPM"- moduliert) liefert, die für die Servomotoren SV des Luftfahrzeugs unmittelbar verständlich sind.

Des weiteren ist mit dem Bus BUSem ein durch die Zentraleinheit ALUem gesteuerter bzw. geprüfter Anschluß DIOem für binäre Ein-/Ausgänge verbunden. Dieser Anschluß ist am Ausgang mit einer Reihe von Leitungen im binären Zustand versehen, die entweder abgelesen werden, um Innenregister zu beschicken, oder auf Grund des Inhalts dieser Register abgeändert werden. Die Leitungen dieses Anschlusses sind mit einer Gruppe DACT von binären Stellantrieben und Wandlern verbunden, die über den besagten Anschluß gesteuerte bzw. geprüfte Zustände bieten. Zu den Stellantrieben gehören z.B. elektronische Schalter zum Einschalten von Leuchten, für Suchscheinwerfer, für Fallschirmfreigabe und zum Sperren der Motorzündung; mehrere Wandler können Temperaturmesser oder Treibstoffvorratsanzeiger sein, so daß die entsprechenden digitalen Parameter an die Bodeninfrastruktur übertragen werden.

Außerdem umfaßt das Gerät eine Gruppe von Wandlern IMAG, die Neigungsmesser I, ein Magnetometer M, Beschleunigungsmesser A, Kreisel G, einen Höhenmesser L, einen Fluggeschwindigkeitsmesser V und mehrere mit N bezeichnete Anzeiger wie einen Drehzahlmesser, einen Treibstoffvorratsanzeiger und ein Gerät zur Anzeige der Wechselstromgeneratorladung..., und zwar liefern diese Wandler für die Fluglage und das Verhalten des Luftfahrzeugs und dessen interne Parameter repräsentative Analogsignale. Jeder der Neigungsmesser, deren Anzahl insbesondere zwei beträgt, liefert in der Form einer Analogspannung ein für die Neigung beim Nicken oder Rollen des Luftfahrzeugs repräsentatives Signal. Das Magnetometer liefert ein für den magnetischen Kurs des Luftfahrzeugs repräsentatives Analogsignal. Jeder der Beschleunigungsmesser, deren Anzahl insbesondere drei beträgt, liefert in der Form einer Analogspannung ein für die Trägheitsbeschleunigung des Luftfahrzeugs um drei Achsen repräsentatives Signal. Eine analoge Tiefpaßfilterung gestattet die Ausschaltung von Schwingungen des Luftfahrzeugs. Die Kreisel, deren Anzahl insbesondere drei ist, sind insbesondere auf magnetischer Induktion beruhende Linearverlagerungswandler z.B. der Art "LVDT" ("Linear Vertical Displacement Transducer"), die mit einer in Drehung befindlichen Masse in Verbindung stehen. Jeder Wandler liefert, wenn er durch ein Erregungssignal erregt wird, ein der Phase nach moduliertes Signal, das der Winkelverlagerung des Kreisels entspricht. Dieses Signal wird in einem gyroskopischen Demodulator DG demoduliert, um eine für die Winkelgeschwindigkeit des Luftfahrzeugs um seine drei Achsen repräsentative Analogspannung zu liefern.

Die von Wandlern IMAG emittierten Analogsignale werden in einem mehrkanäligen Analog-/Digital-Umformer A/De abgetastet und digitalisiert, worauf die entsprecheden digitalen Daten in für die Zentraleinheit ALUem zugängliche Innenregister eingegeben werden, wobei die Zentraleinheit ALUem die Daten in die Speichereinheit RAMem eingibt. Dieser Umformer A/De ist so beschaffen, daß er digitale Daten mit einer Genauigkeit von 11 Bits liefert.

Das Bordgerät kann vorteilhafterweise mit einem Anpaßbaustein DRIVERem ausgestattet sein, der es ermöglicht, Kompatibilität zwischen dem Baustein UARTem und einem Personalcomputer PC&sub3; zwecks Durchführung von Inspektionsprüfungen, wenn das Luftfahrzeug auf dem Boden ist, zu gewährleisten. Dieser Baustein ist insbesondere der Art "MAX 239". Der Computer PC&sub3; kann auch von Nutzen sein, um einerseits die Güte der Richtfunkstrecke mit Hilfe der Bodeninfrastruktur und andererseits die Funktionstüchtigkeit verschiedener Einrichtungen des Luftfahrzeugs zu prüfen.

Außerdem ist eine universelle Schnittstelle UPI mit dem Bus BUSem verbunden, um zwischen der Zentraleinheit ALUem und peripheren Hilfsgeräten AUX, die über eine mit der Schnittstelle UPI kompatible Schnittstelle UPIex verfügen, Datenaustausche zu bewirken.

Insbesondere kann die Schnittstelle UPI mit einem Hilfsprozessor AUX verbunden sein, der im wesentlichen eine Recheneinheit ALUex umfaßt, sowie eine leistungsabhängige Speichereinheit RAMex zur Speicherung von Zwischenergebnissen, eine leistungsunabhängige Speichereinheit ROMex, die Betriebsprogramme der Recheneinheit ALUex enthält, einen Asynchronkommunikationsbaustein UARTex, eine Anpaßeinheit DRIVERex, die so beschaffen ist, daß sie Kompatibilität zwischen dem Kommunikationsbaustein UARTex und einem Baustein GPS zur Erfassung geodesischer Daten gewährleistet. Die Funktionalitäten der Bausteine bzw. Einheiten dieses Hilfsprozessors sind mit denen der vorstehend beschriebenen Bausteine bzw. Einheiten identisch. Der Baustein GPS ist der Art "Global Positioning System", die aufgrund von von einem Netz GPS geostationärer Satelliten stammenden Signalen geodesische Koordinaten ableitet. Die geodesischen Koordinaten werden durch den Baustein GPS in serieller Form erzeugt und sind für die geographische Breite und Länge sowie die Höhe und die Raumgeschwindigkeit des Luftfahrzeugs repräsentativ. Dieser Hilfsprozessor hat die Aufgabe, die Zentraleinheit ALUem von navigationsspezifischen Berechnungen im wesentlichen mathematischer Art zu entlasten und in seinem Speicher RAMex zwecks Entlastung des Speichers RAMem von der Bodeninfrastruktur gelieferte Daten festzuhalten.

Wie dies aus den nachstehend angeführten Betriebsbeispielen hervorgeht, ist das erfindungsgemäße System ein intelligentes System, das in der Lage ist, das Verhalten des Luftfahrzeugs und dessen Umweltparameter quantitativ auszuwerten, die entsprechenden Daten zu bearbeiten und für ein normalisiertes Verhalten zu sorgen, was die Steuerung erheblich vereinfacht und den Piloten von zahlreichen Aufgaben (durch willkürliche Umstände, die physikalischen Merkmale des Luftfahrzeugs... bedingten Aufgaben) befreit. Ein solches System ermöglicht es, das Luftfahrzeug mit verschiedenen Geräten wie eine Kamera... auszustatten, um verschiedene Missionen (Missionen außerhalb des Sichtbereichs, Erkundungsmissionen, Kontrollmissionen...) durchzuführen.

UMWELTBEDINGTE VARIATIONEN: FALL EINES SEITLICHEN WINDSTOSSES

Der Hubschrauber hat die Tendenz, sich um die Rollachse zu neigen. Der Beginn der Neigung wird durch einen der Kreisel G (Rollkreisel) und durch den Rollneigungsmesser I der Wandlergruppe IMAG des Bordgeräts nachgewiesen.

Der Kreisel G liefert nach Demodulation in dem gyroskopischen Demodulator DG eine für die Winkelgeschwindigkeit um die Rollachse repräsentative Information, und der Neigungsmesser I liefert eine für die Winkelverlagerung um diese Achse repräsentative Information.

Diese analogen Informationen werden im Einklang mit ihrem Analogkanal identifiziert, um ihren Ursprung zu bestimmen und danach das entsprechende Betriebsprogramm zum Einsatz zu bringen. Diese Informationen werden in dem Umformer A/De digitalisiert und danach durch BUSem übertragen und in der leistungsabhängigen Speichereinheit RAMem gespeichert.

Die Zentraleinheit ALUem ruft einerseits das entsprechende Betriebsprogramm aus der leistungsunabhängigen Speichereinheit ROMem ab, und andererseits aus der Speichereinheit RAMem die Daten selbst, um diese zu bearbeiten.

Diese Bearbeitung wird mit Hilfe des in ROMem vorgesehenen Regelalgorithmus bewirkt.

Die bearbeiteten Daten werden dann durch BUSem ein der Umformeinheit D/A-PCM zugeleitet, und das Analogsignal wird in dem Demodulator DEM geformt, um in dem Analogkanal des Servomotors für den Rollzustand den Befehl zu übertragen und die nötige Berichtigung zu bewirken; der Zyklus wird so lang fortgesetzt, bis der Steuersollwert wieder erzielt ist.

Die durch die Kreisel und die Neigungsmesser für Nicken und Gieren nachgewiesenen Variationen werden auf analoge Weise bearbeitet.

Die Variation im Rollen, Nicken und Gieren sowie in der nichtperiodischen Steigung werden auf analoge Weise gleichzeitig bearbeitet.

Wenn einer der Parameter variiert, werden die anderen Parameter, die durch diese Variation betroffen sein können, unverzüglich berücksichtigt und bearbeitet.

DURCH DEN PILOTEN BEWIRKTE VARIATIONEN

Der Pilot drückt den der nichtperiodischen Steigung entsprechenden Knüppel an der Steuerkonsole CP der Infrastruktur nach vorn.

Die diesen Befehl entsprechenden Daten sind insbesondere in der Form PCM; sie werden an die Analog/Digital-Umformeinheit AD-PCM übertragen.

Ein in der leistungsunabhängigen Speichereinheit ROMs vorgesehener Algorithmus wird bei Ankunft jedes Impulses eingeschaltet und gibt das Ergebnis über BUSs in die leistungsabhängige Speichereinheit RAMs ein.

Ein ebenfalls in der Einheit ROMs vorgesehener zweiter Algorithmus liest den durch den ersten Algorithmus in die Einheit RAMs eingegebenen Inhalt und überträgt ihn an den Asychronkommunikationsbaustein UARTs; dieser wandelt die Daten in ein serielles Signal nach der Norm RS 232 um. Dieses Signal wird dann durch die Modulations- /Demodulationseinheit MODEMs moduliert und dem Funkbaustein HFs zugeführt, worauf es über die Antenne emittiert wird.

Dieses Signal wird von der Antenne des Hubschraubers empfangen und tritt in den Funksendebaustein HFe ein. Dieses Signal wird durch die Modulations-/Demodulationseinheit MODEMe demoduliert, und das nach dieser Bearbeitung anfallende Seriensignal erscheint am Eingang des Asynchronkommunikationsbaustein UARTem. Die Ankunft dieses Signals schaltet den in ROMem vorgesehenen Regelalgorithmus ein, der das Signal auswertet und in die Einheit RAMem eingibt. Der Algorithmus integriert darauf seine Signale mit den von den verschiedenen Wandlern gemessenen Daten und liefert ein Ergebnis, das er in die Einheit RAMem eingibt.

Ein dritter Algorithmus liest das Ergebnis des Regelalgorithmus und führt es dem Eingang der Digital/Analog-Umformeinheit D/A-PCM zu. Das von D/A-PCM abgegebene zusammengesetzte Signal wird durch den Demodulator DEM in einfache Analogsignale zerlegt, die für die Servomotoren unmittelbar verständlich sind.

Jede andere durch die manuelle Steuerung bewirkte Verstellung des Motors wird durch den Rechner berücksichtigt und bearbeitet, um den Steuersollwert zu wahren.

AUSWERTUNG DER ANZEIGERDATEN

Die Anzeiger des Bordgeräts sind insbesondere der Höhenmesser L, der Fluggeschwindigkeitsmesser V und die Anzeiger N (Treibstoffvorratsanzeiger, Gerät zur Anzeige der Wechselstromgeneratorladung).

Ein in der Einheit ROMem vorgesehener Algorithmus liest die durch die Anzeiger über die Einheit A/DE übertragenen Daten und gibt das Ergebnis x-mal/Sekunde in die Einheit RAMem. Alle n Sekunden sendet ein in der Einheit ROMs vorgesehener Algorithmus eine Abfragenachricht über die Einheit UARTs, die Einheit MODEMs und die Einheit HFs.

Die durch die Einheit HFe über die Einheit MODEMe und die Einheit UARTem empfangene Nachricht löst einen Algorithmus in der Einheit ROMem aus, der die empfangene Nachricht auswertet, den in der Einheit RAMem registrierten Wert abliest und die Antwort über die Einheiten UARTem, MODEMe und HFe zurückgibt.

Die am Boden durch die Einheit UARTs (über die Einheiten HFs und MODEMs) empfangene Nachricht löst einen in der Einheit ROMs vorgesehenen Algorithmus aus, der das Ergebnis der Messungen in die Einheit RAMs transferiert; das Ergebnis wird dann der Mehrprotokollkommunikationseinheit SER/PAR zugeführt, so daß es für die peripheren Geräte HOST, PCI, TERM, PRN ausgewertet werden kann, um auf einem Bildschirm dargestellt oder ausgedruckt zu werden.

NAVIGATION DURCH DEN BAUSTEIN GPS

Die durch den Baustein GPS gelieferten Daten werden durch BUSex über die Anpaßeinheit DRIVERex und den Kommunikationsbaustein UARTex übertragen. Ein in ROMex vorgesehener Algorithmus wertet diese Daten aus und leitet aus ihnen durch Bearbeitung über die Einheit ALUex die Sollwerte für die Fluglage des Hubschraubers in Abhängigkeit von dem in der Einheit RAMex gespeicherten Kursprogramm ab. (Die Fluglage ist die Winkellage des Hubschraubers im Verhältnis zur waagerechten Ebene).

Diese Sollwerte werden über die Schnittstelleneinheiten UPIex und UPI gesandt, um durch den in der Einheit ROMem vorgesehenen Stabilisieralgorithmus ausgewertet zu werden.

Auf die gleiche Weise und zur gleichen Zeit werden die von dem Baustein GPS gelieferten geographischen Koordinaten der Breite und Länge in die Einheit RAMem eingegeben. Diese geographischen Daten werden durch den Vorgang, der die Anzeigerdaten überträgt, an die Bodenanlage übertragen, so daß auf dem Bildschirm die Verlagerung des Luftfahrzeugs auf der Landkarte des Flugbereichs dargestellt werden kann.

Der am Boden befindliche Bediener kann jederzeit eine Änderung des Kurses bewirken und das in der Einheit RAMex gespeicherte Kursprogramm ändern, indem er wie folgt vorgeht.

Der Bediener erteilt von der Einheit PC1 aus über die Einheit SER/PAR einen Befehl zur Änderung des Kurses.

Ein in der Einheit ROMs vorgesehener Algorithmus empfängt die von der Einheit SER/PAR abgegebenen Befehle und gibt sie in die Einheit RAMs ein.

Ein zweiter in der Einheit ROMs vorgesehener Algorithmus liest den durch den ersten Algorithmus eingegebenen Inhalt der Einheit RAMs und führt ihn über BUSs dem Eingang der Einheit UARTs zu.

Das Signal wird über die Einheiten MODEMs und HFs übertragen.

Dieses über die Einheiten HFe, MODEMe und UARTem empfangene Signal schaltet in der Einheit ROMem einen Algorithmus ein.

Dieser Algorithmus bearbeitet über die Einheit ALUem die empfangenen Daten und führt sie über die Schnittstelleneinheiten UPI und UPIex in das in der Einheit RAMex befindliche Kursprogramm ein.


Anspruch[de]

1/ - System zum Steuern eines ferngesteuerten Hubschraubers, der mit Servomotoren, insbesondere Servomotoren zum Steuern der nichtperiodischen Steigung und der Fluglage sowie Servomotoren für den Drehmomentausgleich versehen ist, umfassend eine Fernsteuerinfrastruktur und ein an Bord des Hubschraubers befindliches Gerät, dadurch gekennzeichnet, daß:

(a) die Steuerinfrastruktur folgende Einheiten umfaßt:

. eine Steuerkonsole (CP), die so beschaffen ist, daß sie analoge Steuersignale liefert, und zwar insbesondere Signale zum Steuern des Nickens, des Rollens, des Gierens und der nichtperiodischen Steigung,

. eine Analog/Digital-Umformeinheit (A/D - PCM) zum Umformen dieser Signale in digitale Daten,

. eine leistungsabhängige Speichereinheit (RAMs) zum Speichern der digitalen Daten,

. eine zentrale Recheneinheit (ALUs) zum Durchführen von Logikoperationen an den gespeicherten Daten nach vorgeschriebenen Betriebsprogrammen,

. eine leistungsunabhängige Speichereinheit (ROMs), die die Betriebsprogramme für die Zentraleinheit (ALUs) enthält,

. einen Asynchronkommunikationsbaustein (UARTs), der so beschaffen ist, daß er die von der Recheneinheit gelieferten Daten in ein serielles Signal umwandelt und ein empfangenes serielles Signal umformt und die entsprechenden Daten in ein für die Zentraleinheit (ALUs) zugängliches Innenregister eingibt,

. eine Modulations-/Demodulationseinheit (MODEMs), die so beschaffen ist, daß sie das von dem Baustein (UARTs) gelieferte serielle Signal moduliert und die modulierten Signale demoduliert und sie an den besagten Baustein (UARTs) überträgt,

. einen Funksende- und -empfangsbaustein (HFs) zum Verstärken und Übertragen der von der Einheit (MODEMs) gelieferten modulierten Signale und zum Empfangen der von dem Bordgerät abgestrahlten modulierten Signale,

. einen Anschluß für binäre Ein-/Ausgänge (DIOs), der durch die Zentraleinheit (ALUs) gesteuert bzw. geprüft wird,

. eine Gruppe von binären Stellantrieben und Wandlern (PANEL), die über den Anschluß (DIOs) gesteuerte bzw. geprüfte Zustände bieten,

. einen Baustein für serielle/parallele Kommunikation (SER/PAR), der so beschaffen ist, daß er Datenaustaüsche zwischen der Zentraleinheit (ALUs) und peripheren Geräten, insbesondere einem persönlichen Computer (PC&sub1;), einem Taschenterminal (TERM), einem Druckwerk (PRN) und einem Wirtscomputer (HOST), bewirkt,

. ein peripheres Bildschirmverwaltungsgerät (SCREEN), das zwecks Datendarstellung mit der zentralen Recheneinheit (ALUs) verknüpft ist,

(b) das Bordgerät folgende Einheiten umfaßt:

. einen Funksende- und -empfangsbaustein (HFe), der gemeinsam mit dem Baustein (HFs) eine Richtfunkstrecke bildet und so beschaffen ist, daß er modulierte Signale sendet und empfängt,

. eine Modulations-/Demodulationseinheit (MODEMe), die so beschaffen ist, daß sie ein serielles Signal moduliert und es an den Baustein (HFe) überträgt und daß es die von diesem Baustein (HFe) gelieferten Signale demoduliert,

. einen Asynchronkommunikationsbaustein (UARTem), der so beschaffen ist, daß er Daten zu einem seriellen Signal umformt und diese an die Einheit (MODEMe) überträgt und daß er das von der Einheit (MODEMe) gelieferte serielle Signal umformt und die entsprechenden Daten in ein Innenregister eingibt,

. eine leistungsabhängige Speichereinheit (RAMem) zum Speichern der digitalen Daten,

. eine zentrale Recheneinheit (ALUem) zum Durchführen von Logikoperationen an den gespeicherten Daten, wobei die besagte Einheit Zugriff zu dem Innenregister des Bausteins (UARTem) hat,

. eine leistungsunabhängige Speichereinheit (ROMem), die Betriebsprogramme für die Zentraleinheit (ALUem) enthält,

. eine Einheit für Digital-/Analogumformung (D/A - PCM), die so beschaffen ist, daß sie aufgrund der durch die Recheneinheit verarbeiteten Daten ein zusammengesetztes analoges Steuersignal erzeugt,

. einen Demodulator (DEM), der so beschaffen ist, daß er das vorstehend genannte zusammengesetzte Signal empfängt und jedem Servomotor des Luftfahrzeugs ein einfaches, für diesen Servomotor verständliches Analogsignal liefert,

. ein durch die Zentraleinheit (ALUme) gesteuerter bzw. geprüfter Anschluß für binäre Ein-/Ausgänge (DIOme),

. eine Gruppe von binären Stellantrieben und Wandlern (DACT), die über den Anschluß (DIOme) gesteuerte bzw. geprüfte Zustände bieten,

. eine Gruppe von Wandlern (IMAG), umfassend insbesondere Neigungsmesser, ein Magnetometer, Beschleunigungsmesser, Kreisel, einen Höhenmesser, einen Fluggeschwindigkeitsmesser, einen Drehzahlmesser, einen Treibstoffvorratsanzeiger und ein Gerät zur Anzeige der Wechselstromgeneratorladung, wobei diese so beschaffen sind, daß sie für die Lage, das Verhalten und die Innenparameter des Hubschraubers repräsentative Analogsignale liefern,

. ein mehrkanäliger Analog-/Digital-Umformer (A/De) zum Umformen der von den Wandlern (IMAG) abgegebenen Analogsignale zu digitalen Daten und zu deren Eingabe in die Speichereinheit (RAMem),

. eine universelle Schnittstelle (UPI) zum Bewirken von Datenaustaüschen zwischen der Zentraleinheit (ALUme) und peripheren Geräten (AUX), insbesondere einem Hilfsprozessor, der mit einem Baustein zur Erfassung geodesischer Daten (GPS) verknüpft ist, und zwar über eine Anpaßeinheit (DRIVERex), die so beschaffen ist, daß sie Kompatibilität zwischen dem besagten peripheren Gerät und dem Baustein zur Erfassung geodesischer Daten (GPS) gewährleistet.

2/- Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fernsteuerinfrastruktur und das Bordgerät je einen Anpaßbaustein (DRIVERs, DRIVERem) umfassen, der so beschaffen ist, daß er zwecks Durchführung von Überprüfungen Kompatibilität zwischen dem Kommunikationsbaustein (UARTs, UARTme) und einem persönlichen Computer (PC&sub2;) gewährleistet.







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