飞行器及其控制方法、控制装置制造方法及图纸

本公开涉及一种用于控制飞行器、特别是垂直起降的多旋翼飞行器的方法，在所述方法中，飞行器的飞行影响单元、特别是驱动单元、优选是电驱动的驱动单元：a)由第一计算单元经由第一信道或控制信道供应来自飞行员输入或由飞行员输入导出的控制指令；b)通过第二信道或监控信道和第二计算单元来监控控制指令，第二计算单元检查控制指令是否适用于飞行器的现有物理状态和飞行员输入；c)通过第二计算单元确定飞行器的当前航行状态与飞行员输入是否在预先规定的偏差之内相符，飞行员输入通过第二计算单元转换成希望的航行状态；d)根据确定结果产生控制飞行器的控制信号。本公开还涉及一种相应构成的控制装置和一种具有这种控制装置的飞行器。置的飞行器。置的飞行器。

【技术实现步骤摘要】
飞行器及其控制方法、控制装置


[0001]本公开涉及一种根据方案1的用于控制飞行器、特别是垂直起降的多旋翼飞行器的方法，在所述方法中，飞行器的飞行影响单元、特别是驱动单元、优选是电驱动的驱动单元和/或操纵面(所谓的控制表面)由第一计算单元(COM)经由第一信道(控制信道)供应控制指令，所述控制指令来自飞行员输入或由飞行员输入导出，并且在所述方法中，通过第二信道(监控信道)和第二计算单元(MON)来监控所述控制指令。
[0002]本公开还涉及一种根据方案12的用于飞行器、特别是垂直起降的多旋翼飞行器的控制装置，所述控制装置具有第一计算单元(COM)和第一信道(控制信道)，用于通过控制信道给飞行器的飞行影响单元、特别是驱动单元、优选是电驱动的驱动单元和/或操纵面(所谓的控制表面)供应第一计算单元(COM)的控制指令，所述控制指令来自飞行员输入或由飞行员输入导出，并且所述控制装置具有第二信道(监控信道)和第二计算单元(MON)，所述第二计算单元(MON)构造成和设定成监控第一计算单元(COM)，以便特别是识别第一计算单元中的错误或错误表现。
[0003]最后，本公开还涉及一种根据方案16的飞行器、特别是垂直起降的多旋翼飞行器，所述飞行器具有多个飞行影响单元、特别是驱动单元、优选是电驱动的驱动单元和/或操纵面(所谓的控制表面)，并且所述飞行器还具有控制装置。

技术介绍

[0004]一般而言，本公开涉及对在飞行控制过程中或在飞机或飞行器运行中使用并且因此具有高安全相关度的功能的监控。
[0005]这种功能可以特别地以软件程序或算法的形式实现，并影响飞行器的任何类型的(控制)操作。必须对这些功能进行定期和反复监控，以便可以安全地运行飞行器。
[0006]这包括但不限于稳定性、导航、制动器、着陆方法(特别是着陆走廊)的监控、所有内部控制电路(例如，液压、发动机或电子电机)的监控。
[0007]在航空中默认使用的“传统”监控形式通常会复制要监控的功能，就是说，每个功能都至少双重地存在或实现。两个功能、就是说要监控的功能和其“副本”，通常、但不是一定在制造时就已经由不同的团队实现，这些团队使用自己的进程和硬件，以避免存在共同的、可能以相同的方式危及两个功能的运行安全性的错误/故障。飞行器的提供相关功能的部件通常称为“指令”(命令(Command)，缩写为：COM)并且相关的监控部件称为“监视器”(MON)。
[0008]COM是与飞行器的其他部件或驱动输出端通信的、就是说允许发送控制指令的唯一部件。“驱动输出端”是指这样的控制输出端，也即通过所述控制输出端向飞行器的飞行影响单元、特别是向驱动单元、优选是电驱动的驱动单元传输控制指令，和/或向操纵面传输控制指令，以便影响飞行器的运动。MON仅允许接收输入或者说输入信号(Input)以及COM以产生并切换控制输出(即相应的控制信号)的能力。以这种方式，这两个部件(COM或MON)中的故障会导致这两个部件的失效并导致失去由COM提供的功能。
[0009]这种传统的监控方式会产生若干问题，并且在考察飞行器或飞机的生命周期的情况下，这些问题是显而易见的。
[0010]概念设计和规划
[0011]首先，无法拦截在概念设计和规划阶段出现的差错，因为监控仅是开发后期阶段的一部分。通常，没有在上级的层面对系统“飞行器”进行监控，相反地，监控仅涉及功能和子功能。原则上，监视器仅能识别在其设计期间已考虑到的差错。
[0012]规格设计(Spezifikation)
[0013]其次，存在这样的要求，即，COM和MON功能必须由不同的人员提供。如果由相同的人员开发COM和MON功能，则这可能导致出现共同的差错，因为很可能发生的是，相同的人员在COM中以及在MON中对于功能的类似部分会犯相同的错误。
[0014]设计方案
[0015]第三，如果由相同的人员实施设计工作，则部分相同的技术规格会实现具有可能的、共同错误的设计方案。
[0016]集成和安装(包括共模)
[0017]此外，原则上，通过传统的监控不能识别集成或安装错误。这特别涉及本领域技术人员已知的所谓共模故障(Common Mode Failure；CMF；“同类差错”)。在风险分析中，这是指多个同类部件或运行机构的失效，所述同类部件或运行机构的故障会导致发生损伤事件。这可能涉及不是由共同的原因触发的差错。术语CMF因此有别于共因故障(Common Cause Failure)(由于共同的原因导致的失效)。
[0018]运行和维护
[0019]在运行期间，传统的监控方式通过关闭功能来处理差错或失效。就是说，这种方式很大程度上依赖于功能的冗余设置，这种冗余设置由其他部件提供。这种方式不能防止出现特别是由于老化或磨损造成的失效。这种传统的监控不能对维护工作提供辅助，因为这种维护工作是基于纯偶然出现的失效进行的。
[0020]废弃处理和延长使用寿命
[0021]最后，通过传统的监控方式，不能获得有助于延长相关功能的使用寿命的相关数据。

技术实现思路

[0022]本公开的目的在于，对此实现解决措施并且给出一种用于控制飞行器、特别是垂直起降的多旋翼飞行器的方法、用于这种飞行器的控制装置和这种飞行器本身，所述方法或所述控制装置和飞行器包括一种新型的监控形式，使得这种监控功能不会由于以下情况被用尽，即在两个系统(COM或MON)之一发生故障时关闭两个系统并且导致失去由COM提供的功能。
[0023]本公开通过具有方案1的特征的方法、具有方案12的控制装置和通过具有方案16的飞行器来实现。优选的改进方案在从属方案中限定。
[0024]根据本公开的第一方面，实现了一种用于控制飞行器、特别是垂直起降的多旋翼飞行器的方法，在所述方法中，飞行器的飞行影响单元、特别是驱动单元、优选是电驱动的驱动单元和/或操纵面(所谓的控制表面)：
[0025]a)由第一计算单元(COM)经由第一信道(控制信道)供应控制指令，所述控制指令来自飞行员输入或由飞行员输入导出，并且在所述方法中，
[0026]b)通过第二信道(监控信道)和第二计算单元(MON)来监控控制指令，所述第二计算单元检查控制指令是否适用于飞行器现有的物理状态和飞行员输入，其方式是，
[0027]c)通过第二计算单元(MON)确定对应于飞行器的所述物理状态或代表这个状态的飞行器当前航行状态是否与飞行员输入在预先规定的偏差之内相符，所述飞行员输入优选通过所述第二计算单元转换成希望的航行状态(即飞行器根据飞行员输入希望的物理状态)，并且在所述方法中，
[0028]d)根据步骤c)所确定的确定结果产生用于控制飞行器的控制信号。
[0029]控制信号可以是误差信号，所述误差信号指示希望航行状态与当前航行状态存在不允许的偏差。
[0030]飞行器的所述物理状态(实际状态)优选通过对此适用的传感器来确定，所述传感器非限制性地可以包括IMU(惯性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于控制飞行器(1)、特别是垂直起降的多旋翼飞行器的方法，在所述方法中，飞行器(1)的飞行影响单元(2.1、...、2.N)、特别是驱动单元、优选是电驱动的驱动单元：a)由第一计算单元(COM)经由第一信道或控制信道供应控制指令(SB)，所述控制指令(SB)来自飞行员输入(PE)或由飞行员输入(PE)导出，并且在所述方法中，b)通过第二信道或监控信道和第二计算单元(MON)来监控所述控制指令(SB)，所述第二计算单元(MON)检查所述控制指令(SB)是否适用于所述飞行器(1)的现有物理状态和所述飞行员输入(PE)，其方式是，c)通过所述第二计算单元(MON)确定所述飞行器(1)的当前航行状态与所述飞行员输入(PE)是否在预先规定的偏差之内相符，所述飞行员输入(PE)优选已通过所述第二计算单元(MON)转换成希望的航行状态，并且在所述方法中，d)根据步骤c)中确定得到的确定结果，产生用于控制所述飞行器(1)的控制信号(SS)。2.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤c)中，检查航行状态的以下航行状态属性中的至少一个：
‑
飞行姿态，例如根据欧拉角检查；
‑
旋转速度；
‑
旋转速度的变化；
‑
位置；
‑
相对于空气和/或地面的速度；
‑
高度，特别是气压式地检查；
‑
加速度。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，附加地优选地，通过所述第二计算单元(MON)利用相反的控制关系来检查在操控所述飞行器(2)的所述飞行影响单元(2.1、...、2.N)时所述控制指令(SB)是否会实现所述飞行器(1)的第一力/转矩矢量τ
Cmd
，所述第一力/转矩矢量适用于所述飞行器(1)的现有物理状态，其方式是，i)将由所述控制指令(SB)导出的所述第一力/转矩矢量与第二力/转矩矢量τ
MON
比较，独立于所述第一力/转矩矢量确定所述第二力/转矩矢量，和/或其方式是，ii)对于所述第一力/转矩矢量，优选通过所述第二计算单元(MON)检查包含在所述第一力/转矩矢量中的转矩的轴和/或量是否处于预先规定的容差范围内，和/或其方式是，iii)对于所述第一力/转矩矢量，优选通过所述第二计算单元(MON)检查所述第一力/转矩矢量是否在预先规定的偏差之内与所述飞行员输入(PE)相符合，并且在所述方法中，在步骤d)中，根据在步骤i)至iii)中进行的检查得到的检查结果来产生用于控制所述飞行器(1)的经适配调整的控制信号(SS)。4.根据权利要求3所述的方法，其中，由所述控制指令(SB)导出的所述第一力/转矩矢量τ
Cmd
由下式给出：
所述等式具有矩阵K，其元素m和f通过所述飞行器(1)和所述飞行器的N个所述飞行影响单元(2.1、...、2.N)的配置给出，并且所述等式还具有矢量Ω，该矢量具有所述第一计算单元(COM)的用于N个所述飞行影响单元(2.1、...、2.N)的所述控制指令(SB)。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，在步骤c)中，和/或在引用权利要求3时，在步骤i)至iii)中，分别执行多个检查/比较方法，以便相应地获得多个检查/比较结果，接下来分别对所述检查/比较结果进行加权并且然后将其相互合并，以便为了在步骤d)中使用而获得合并的确定结果，和/或在引用权利要求3时，获得合并的检查结果。6.根据权利要求5所述的方法，其中，给所述多个检查/比较方法中的每个检查/比较方法配设至少一个第一权重系数和至少一个第二权重系数，并且其中，对于每个检查/比较方法，将所述第一权重系数和所述第二权重系数合并成一个总权重系数，利用所述总权重系数给对应的检查/比较方法加权。7.根据权利要求6所述的方法，其中，对于每个检查/比较方法，将所述第一权重系数和所述第二权重系数相乘。8.根据权利要求5至7中任一项所述的方法，其中，对多个加权的检查/比较结果进行求和，以便获得合并的检查结果，用于在步骤d)中使用。9.根据权利要求5至8中任一项所述的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：沃科波特有限公司，
类型：发明
国别省市：