Durch die Erweiterung des Systems Hubschrauber um das System Seilgeschirr mit Außenlast wird die Komplexität des zu fliegenden Gesamtsystems erhöht. Analysen zeigen, dass sich die Systemdynamik verändert und sich insbesondere die Flugeigenschaften verschlechtern. Darüber hinaus wird die Flugsteuerungsaufgabe des Piloten um die Kontrollaufgabe der Außenlast erweitert. Beide Aspekte bedeuten eine Erhöhung der Belastung für den Piloten, die in der Regel zu einer Verringerung der Flugsicherheit führt. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, Regler zur automatischen Pendeldämpfung sowie zur automatischen Positionierung von Hubschrauber-Außenlasten zu entwickeln und zu diskutieren. Hierzu wird ein Autopilotenmodell mit begrenzter Stellautorität erweitert. Nach einer allgemeinen Übersicht des Problembereichs und des Stands der Technik, wird ein umfassendes analytisches Modell des Gesamtsystems Hubschrauber und Außenlast erstellt und in eine Simulationsumgebung implementiert. Ein Autopilotenmodell wird modelliert. Nach Prüfung der Validität des Gesamtmodells werden Analysen bezüglich der Flugdynamik des um das Außenlastsystem erweiterten Hubschraubers angestellt, die die Grundlage für Reglerentwicklungen bilden. Es wird ein Sensormodell zur optischen Erfassung der Außenlast definiert., um die Beobachtbarkeit der Außenlastdynamik herzustellen. Zur Berechnung der Pendeldämpfungsregler wird ein Verfahren entwickelt, das aufgrund von Vorgaben an die Dynamik des offenen Regelkreises optimale Reglerparameter automatisch bestimmt. Darüber hinaus wird ein Verfahren zur automatischen Berechnung optimaler Positionierungsregler angewendet, das Zeit- und Energieaufwand der Positionierung minimiert. Um den gesamten Einsatzbereich des Hubschrauber-Außenlasttransports abzudecken, werden Reglerkennfelder erstellt. Sie werden im Zeit- und Frequenzbereich auf Robustheit bezüglich Störungen und Parametervariationen geprüft. Abschließend wird ein Ausblick über Folgeaktivitäten gegeben.

    The capability to transport sling loads of different kinds to remote locations with hindered accessibility may characterize the versatile utilizability of helicopters in particular. However, due to the presence of the sling load, the dynamic behavior of the helicopter is being influenced in a way that the handling qualities are degraded. Hence, the pilot workload is increased by the task of controlling the sling load, which implies the damping of load pendulum motions as well as the precise positioning of the helicopter and load. Both aspects cause a decrease in flight safety. The prime objective of the work at hand is the development and discussion of controllers for damping and stabilizing load pendulum motions as well as automating the precise load positioning. For this, an automatic-flight-control-system featuring limited authority is being enhanced. After a general survey about the problems of interest and about the state of the art, a comprehensive analytical model of the overall system helicopter und sling load is presented. The automatic-flight-control-system is modeled. In a next step, the validity of the model is proven and analyses of the flight dynamics of the overall system are conducted. The identification of the critical dynamics means the basis for the controller development process. In order to establish observability of the load dynamics, a model of a digital optical sensor that detects the load motions is developed. For the determination of the sling load pendulum-damping controllers, a numerical procedure is being developed, which derives optimal control parameters, automatically, based on specific requirements for the open control loop. Furthermore, a procedure for the automatic calculation of optimal position controllers is applied, which leads to a time-and energy-optimal positioning of sling loads. In order to guarantee for an effective load pendulum damping and positioning over the entire flight envelope of sling load operations, controller characteristic curves for different flight states are derived. They are tested for robustness concerning disturbances and variations in system parameters. Concluding. an outlook about planned future activities is given.


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    Title :

    Automatische Pendeldämpfung und Positionierung von Hubschrauber-Außenlasten


    Contributors:


    Publication date :

    2009


    Size :

    256 Seiten, 156 Bilder, 11 Tabellen, 115 Quellen



    Type of media :

    Theses


    Type of material :

    Print


    Language :

    German