Browsing by Author "Ulmer, Tobias Martin"

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    Entwurf eines robusten Kennfeldreglers für die Längsbewegung eines generischen Jet-Trainers mittels H∞-Loop-Shaping
    (2007) Ulmer, Tobias Martin; Well, Klaus H. (Prof. Ph.D.)
    Beim Entwurf eines Reglers über ein mathematisches Modell der Regelstrecke ist das Modell gegenüber der Realität im Normalfall vereinfacht und mit Unsicherheiten behaftet. Schlimmstenfalls führen diese Abweichungen zwischen Realität und verwendetem Entwurfsmodell beim späteren Betrieb des Reglers zur Destabilisierung der Regelstrecke. Ziel der robusten Regelung ist es, einen Regler zu entwerfen, der beim Betrieb mit der realen Regelstrecke diese Abweichungen zwischen Modell und Realität toleriert. Eine Möglichkeit zum Erreichen dieses Ziels ist es, die Modellfehler und Unsicherheiten ebenfalls zu modellieren und beim Reglerentwurf zu berücksichtigen. Problematisch ist hierbei, dass in der Flugregelung das reale, zu regelnde Flugzeug im Allgemeinen erst sehr spät vorliegt und in der Phase der ersten Reglerentwürfe daher nur wenige Kenntnisse über die zu erwartenden Unsicherheiten bestehen. Das H∞-Loop-Shaping Verfahren bietet die Möglichkeit, einen robusten Regler zu entwerfen, ohne dass zum Zeitpunkt des Entwurfes explizite Kenntnisse über die zu erwartenden Unsicherheiten der Regelstrecke bekannt sein müssen. Der Regler stabilisiert den Kreis auf robuste Weise, indem er die zur Destabilisierung führende Unsicherheit der coprim-faktorisierten Form des Streckenmodells, eine Art allgemeiner Unsicherheit, maximiert. Hierzu werden die Übertragungsfunktionen des offenen Regelkreises geformt und anschließend wird der Regelkreis über den H∞-Loop-Shaping-Regler geschlossen. Durch die Formung des offenen Regelkreises über Wichtungsfunktionen wird das gewünschte Verhalten im Zeitbereich erreicht. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Anwendung des H_inf-Loop-Shaping-Verfahrens auf einen stabilitätserhöhenden Anstellwinkelfolgeregler für einen generischen Jettrainer basierend auf dem Flugzeug Mako von EADS. Neben Stabilität und Robustheit werden beim Entwurf Flugeigenschaftskriterien (Handling-Qualities) über die Vorgabe eines CAP (Control Anticipation Parameter) sowie einer Mindestdäpfung der Anstellwinkelschwingung berücksichtigt. Das Entwurfsverfahren wird vorgestellt und diskutiert, verschiedene Implementierungsarten des Reglers werden präsentiert und bewertet. Über einem Raster von Flugzuständen innerhalb der Envelope des Trainers erfolgt mittels beschränkter Optimierung ein automatisierter Reglerentwurf, bei dem unter Berücksichtigung der Handling-Qualities in Form von Nebenbedingungen die Robustheit jedes Einzelreglers maximiert wird. Die Regelung an Nicht-Entwurfspunkten erfolgt mittels einer Kennfeldregelung (Gain-Scheduling). Hierzu werden verschiedene Verfahren zur mehrdimensionalen Interpolation vorgestellt und diskutiert. Strategien zur Durchführung eines sprungfreien Schedulings sowie zum Betrieb des linearen Reglers mit der nichtlinearen Regelstrecke werden hergeleitet. Der entworfene Regler wird über lineare und nichtlineare Simulationen getestet, verschiedene Scheduling-Methoden werden verglichen. Vorbereitend für den Entwurf der linearen Einzelregler wird ein nichtlineares Modell der Regelstrecke erstellt, anschließend erfolgt eine automatisierte Trimmung und Linearisierung des nichtlinearen Flugzeugmodells an den Flugzuständen des Entwurfsrasters unter besonderer Berücksichtigung der Implizität der Bewegungsgleichungen.