Vorwort ......................................................... V
Abbildungsverzeichnis ........................................... x
Tabellenverzeichnis ........................................... xiv
Nomenklatur .................................................... xv
1 Einleitung ................................................... 1
1.1 Problemstellung ......................................... 2
1.2 Stand der Technik und Forschung ......................... 5
1.3 Ziele und Aufbau der Arbeit ............................ 13
1.3.1 Ziele der Arbeit ................................ 13
1.3.2 Aufbau der Arbeit ............................... 13
2 Voranalyse mit einem Verhaltensmodell ....................... 15
2.1 Aufbau des Verhaltensmodells ........................... 15
2.2 Regelung der Lastposition .............................. 19
2.3 Wichtige Erkenntnisse der Voranalyse ................... 22
3 Modellierung und Analyse der Regelstrecke Hubschrauber mit
Außenlast ................................................... 23
3.1 Modellierung des Hubschraubers ......................... 24
3.2 Modellierung der Außenlast ............................. 26
3.3 Lineares Modell ........................................ 29
3.3.1 Lineares Modell des Hubschraubers ............... 30
3.3.2 Lineares Modell des Hubschraubers mit
Außenlast ....................................... 32
3.4 Systemanalyse .......................................... 34
3.4.1 Grundlagen der Systemanalyse .................... 34
3.4.2 Güte des linearen Hubschraubermodells ........... 44
3.4.3 Vereinfachung des linearen Hubschraubermodells .. 46
3.4.4 Analyse des Hubschraubers mit Außenlast ......... 48
3.5 Wichtige Erkenntnisse der Modellierung und
Systemanalyse .......................................... 58
4 Vorgehensweise zur Reglerauslegung .......................... 59
4.1 Reglerarchitektur und Entwurfsverfahren ................ 61
4.2 Anforderungen an die Regelung und Auslegungskriterien .. 64
4.2.1 Stabilitätsforderungen .......................... 65
4.2.2 Forderungen nach Störkompensation und
Sollwertfolge ................................... 68
4.2.3 Dynamikforderungen .............................. 70
4.2.4 Robustheitsforderungen .......................... 73
4.3 Mehrzieloptimierung mit CONDUIT ........................ 74
4.4 Wichtige Erkenntnisse der Vorgehensweise zur
Reglerauslegung ........................................ 77
5 Auslegung der Basisregelung ................................. 79
5.1 Auslegung der inneren Regelschleife (ACAH, RC) ......... 79
5.1.1 Auslegungskriterien für die innere
Regelschleife ................................... 81
5.1.2 Vorgehensweise bei der Optimierung .............. 84
5.1.3 Ergebnis der SISO-Auslegungen ................... 85
5.1.4 Überprüfung mit dem MIMO-
Analysemodell ................................... 87
5.2 Auslegung der äußeren Regelschleife (TRC) .............. 88
5.3 Wichtige Erkenntnisse der Basisreglerauslegung ......... 91
6 Auslegung der Lastregelung .................................. 93
6.1 Erfassung der Lastbewegung und-position ................ 93
6.2 Analyse des geregelten Hubschraubers mit Außenlast ..... 95
6.3 Aufgaben der automatischen Lastpositionierung ......... 101
6.4 Auslegung der automatischen Lastpositionierung ........ 105
6.4.1 Auslegung des Hochpassfilters .................. 105
6.4.2 Systemanalyse zur automatischen
Lastpositionierung ............................. 106
6.4.3 Auslegungskriterien für die automatische
Lastpositionierung ............................. 108
6.4.4 Vorgehensweise bei der Optimierung der ALPS-
Reglerparameter ................................ 110
6.4.5 Ergebnisse der ALPS-Optimierung ................ 111
6.5 Geschwindigkeitsregelung mit Laststabilisierung ....... 119
6.5.1 Reglerstruktur und-auslegung ................... 120
6.5.2 Ergebnisse der Optimierung und Auslegung ....... 121
6.6 Implementierung der Lastregelung in das FCS ........... 124
6.6.1 Funktionen der variablen Seillänge ............. 124
6.6.2 Einblenden der Stellsignale des ALPS-Reglers ... 125
6.6.3 Schaltlogik des TRC+SLD-Mode ................... 125
6.7 Wichtige Erkenntnisse der Lastreglerauslegung ......... 127
7 Validierung ................................................ 129
7.1 Validierung der Basisregelung ......................... 129
7.1.1 Vergleich zwischen Analysemodell und FCS-
Simulation ..................................... 130
7.1.2 Vergleich zwischen FCS-Simulation und
Simulator ...................................... 132
7.2 Validierung der Außenlastsimulation und-
regelung .............................................. 135
7.2.1 Validierung der Außenlastsimulation ............ 135
7.2.2 Validierung der Außenlastregelung .............. 139
7.3 Wichtige Erkenntnisse der Validierung ................. 140
8 Systembewertung ............................................ 141
8.1 Bewertungsmethoden .................................... 141
8.1.1 Bewertung der Flugeigenschafen nach Cooper-
Harper ......................................... 142
8.1.2 Bewertung der Workload nach NASA-TLX ........... 143
8.2 Versuchsauf bau ....................................... 144
8.2.1 Flugaufgaben ................................... 144
8.2.2 Benutzerschnittstelle zur Lastregelung ......... 147
8.2.3 Versuchsablauf ................................. 148
8.3 Versuchsergebnisse und-auswertung ..................... 150
8.3.1 Evaluation der Basisregelung im Hover MTE ...... 150
8.3.2 Evaluation der Lastregelung im Load HHO MTE .... 155
8.3.3 Diskussion der Versuchsergebnisse .............. 171
8.4 Wichtige Erkenntnisse der Systembewertung ............. 174
9 Zusammenfassung und Ausblick ............................... 175
9.1 Zusammenfassung ....................................... 175
9.2 Ausblick .............................................. 177
A Anhang zur Voranalyse ...................................... 179
В Transformationsmatrizen .................................... 179
С Anhang zur Systemanalyse ................................... 180
C.1 Coupling Numerator der Gier- und Vertikalachse ........ 180
C.2 Güte des linearen Hubschraubermodells ................. 181
D Anhang zur Auslegung der Lastregelung ...................... 183
D.1 Systemanalyse zur automatischen Lastpositionierung .... 183
D.2 ALPS-Auslegung, Lastmassenvariation, L=5m ............. 184
D.3 ALPS-Auslegung, Lastmassenvariation, L=50m ............ 185
E Anhang zur Systembewertung ................................. 186
E.1 Flugeigenschaftsbewertung nach Cooper-Harper .......... 186
E.2 Bewertung der Workload nach NASA-TLX .................. 187
E.3 Performance-Grenzen des Hover MTE ..................... 188
E.4 Performance-Grenzen des Load Placement HHO MTE ........ 188
E.5 Angaben zu den Versuchspiloten ........................ 189
E.6 HQR-Bewertungen ....................................... 190
E.7 NASA-TLX Bewertungen .................................. 190
Literaturverzeichnis .......................................... 193
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