NL8501271A

NL8501271A - Hybride vluchtsimulator.

Info

Publication number: NL8501271A
Application number: NL8501271A
Authority: NL
Original assignee: Fokker Bv
Priority date: 1985-05-03
Filing date: 1985-05-03
Publication date: 1986-12-01
Also published as: GB2174664A; GB8609488D0; GB2174664B; US4758164A

Description

X Sch/gn/6 2, Fokker * ® « -1- » ; - Λ

Hybride vluchtsimulator

De uitvinding betreft een vluchtnabootser, omvattende: (1) tenminste één element, waarvan de stand tijdens de vlucht kan veranderen, zoals een bedieningsorgaan, bijvoorbeeld een stuurknuppel, waarmee een stuwvlak gekoppeld is; 5 (2) een met het of elk element gekoppeld, bijbehorend programmeerbaar servomiddel, omvattende: (a) een versterker; (b) een met de uitgang daarvan gekoppelde servomotor; (c) een tussen de servomotor en het element aange- 10 brachte kracht-elektrisch-signaalomzetter, waarvan de uitgang is gekoppeld met een eerste ingang van de versterker; (d) een aan het element aangebrachte positie-elek-trisch-signaalomzetter, waarvan de uitgang is 15 gekoppeld met een tweede ingang van de versterker; en (e) een computer, die op grond van de vluchtomstandig-heden en de relevante eigenschappen van het of elk element een bij de toestand van dat element beho- 20 rende kracht berekent en een daarmee overeenkomend signaal aan de versterker toevoert; en met de versterker is gekoppeld via een de relevante mechanische eigenschappen van het betreffende element weergevend elektrisch analogon, welk analogon 25 omvat: (1) een deler voor het door een met de gewenste massa van het element evenredige waarde delen van het ingangssignaal; (2) een met de uitgang van de deler verbonden, eerste 30 integrator; en (3) een met de uitgang van de eerste integrator verbonden tweede integrator, waarvan de uitgang met de ingang van de versterker is gekoppeld.

85*· 12 71 * -2-

Een dergelijke vluchtnabootser is bekend uit het Amerikaanse octrooischrift 4.398.889 t.n.v. de onderhavige aanvraagster. Dit bekende systeem is in staat tot een volmaakt natuurgetrouwe simulatie van alle praktische 5 systemen en stelt bovendien geen beperkingen aan de orde van het te simuleren systeem. Bovendien kent deze bekende vluchtsimulator geen stabiliteitsprobleraen ongeacht de orde van het gesimuleerde systeem.

Aan de uitvinding ligt de wens ten grondslag zoveel 10 mogelijk elementen van de vluchtsimulator digitaal uit te voeren, omdat een digitale uitvoering het voordeel van een grotere flexibiliteit met zich meebrengt en bovendien geen stabiliteitsproblemen,-drift en dergelijke kent.

In verband daarmee stelt de uitvinding voor, de 15 vluchtsimulator van het vermelde type zodanig uit te voeren, dat de computer van het digitale type is en dat de uitgang van de eerste integrator via een analoog/digitaal-omzetter met een ingang van de computer is verbonden en dat de of elke betreffende uitgang van de computer via een 20 digitaal/analoog-omzetter met het elektrische analogon is verbonden. Begrepen moet worden, dat het begrip "computer" ruimer moet worden opgevat dan de eenheid, die in het meergenoemde Amerikaanse octrooischrift als zodanig is aangeduid. Dit aspect zal hierna aan de hand van fig. 1 nog 25 aan de orde komen.

Ook de uitgang van de tweede integrator kan via een analoog/digitaal-omzetter met de computer zijn verbonden. Deze oplossing binnen het kader van de uitvinding bezit evenwel een zekere beperking. Als gevolg van de beperkte 30 resolutie van deze analoog/digitaal-omzetter treedt aan de uitgang de bekende kwantiseringsruis op. Deze ruis kan zich in de simulatie voelbaar maken, hetgeen niet strookt met het vereiste van een volledig natuurgetrouwe simulatie. Ter oplossing van dit probleem stelt de uitvinding een variant 35 voor, die het kenmerk vertoont dat de tweede integrator van het digitale type is, met zijn ingang is verbonden met de uitgang van de analoog/digitaal-omzetter en met zijn uitgang 8*0 ’ y “? 1 0 v' * £ ' * * * -3- via een digitaal/analoog-omzetter is verbonden met een ingang van de computer en een ingang van de versterker. Het zal hiermee duidelijk zijn, dat de kwantiseringsruis aan de uitgang van de analoog/digitaal-omzetter aan de uitgang van 5 de eerste integrator blijft bestaan. Als gevolg van het feit dat een integrator kan worden opgevat als een filter met een helling van 6 dB/octaaf wordt de ruis nu gefilterd.

Versterking van het aldus verkregen positiesignaal blijkt niet tot voelbare kwantiseringsruis te leiden.

10 De uitvinding zal nu worden toegelicht aan de hand van een tekening. Hierin tonen:

Pig. 1 de bekende vluchtsimulator volgens het Amerikaanse octrooischrift 4.398.889;

Fig. 2 het deel van die bekende vluchtsimulator, 15 waarop de uitvinding zich richt;

Fig. 3 een eerste uitvoeringsvoorbeeld van de uitvinding; en

Fig. 4 een voorkeursuitvoeringsvoorbeeld.

Fig. 1 toont een vierde-orde vluchtnabootser volgens 20 het Amerikaanse octrooischrift 4.398.889. De piloot oefent een kracht F uit op de stuurknuppel 1, die via het scharnierpunt 2 en een krachtopnemer 26 is gekoppeld met de zuiger 27 van de lineaire hydraulische motor 28, waarvan de servoklep 29 kan worden bestuurd vanuit de versterker 30. De 25 kracht-elektrisch-signaalomzetter 26 is via een potentiometer 31 verbonden met een inverterende ingang van de versterker 30. Het zal zonder toelichting duidelijk zijn, dat de beschreven lus een krachtservolus of kracht-tegenkop-pellus vormt. De krachtopnemer 26 geeft een met de gemeten 30 kracht corresponderend signaal 32 af. Hiermee wordt gecorrigeerd op statische belastingfouten die bijvoorbeeld het gevolg kunnen zijn van de compressibiliteit van de toegepaste olie. Het signaal 32 wordt tevens toegevoerd aan een blok 132, dat een elektrisch analogon of vervangingsschema 35 van het forward-systeem 6 representeert.

Zoals nog meer in detail zal worden besproken, is het analogon 132 verbonden met een analogon 33, dat de eigen- 8301271 νί ' "9 -4- schappen van de koppeling 4 weergeeft. Dit analogon 33 is op zijn beurt verbonden met een analogon 34, dat de eigenschappen van het aft-systeem 7 weergeeft. Het is van het grootste belang op te merken, dat het analogon 34 kan bestaan uit een 5 met de te simuleren orde van het aft-systeem corresponderend aantal blokken 35, die elk op zichzelf een twee-ordesysteem vertegenwoordigen, zoals later aan de hand van fig. 7 zal worden besproken. Aldus kan door cascadering elke gewenste orde van het aft-systeem worden verkregen. Het "onderste" 10 blok 35 van het analogon 34 is verbonden met een computer 36, die dienst doet voor het simuleren van de vluchtomstan-digheden.

Met de stuurknuppel 1 is tevens gekoppeld een positie-elektrisch-signaalomzetter 37, waarvan de uitgang via een 15 versterker 38 en een potentiometer 39 is verbonden met een ingang van de versterker 30.

Het analogon 132 van het forward-systeem omvat een deler 40 voor het door een met de gewenste massa van de stuurknuppel 1 evenredige waarde delen van het ingangs-20 signaal, een met de uitgang van de deler 40 verbonden eerste integrator 41 en een met de uitgang van de eerste integrator verbonden tweede integrator 42, waarvan de uitgang via de versterker 38 en de potentiometer 39 met een ingang van de versterker 30 is gekoppeld.

25 In het onderhavige uitvoeringsvoorbeeld zijn ook de uitgang van de deler 40 en de uitgang van de integrator 41 met de ingangen van de versterker 30 gekoppeld en wel via respectievelijke potentiometers 43, 44. Het met 45 aangeduide uitgangssignaal van de versterker 38 correspondeert, 30 zoals naar het voorgaande duidelijk zal zijn, met het verschil tussen de gewenste en de gemeten positie van de stuurknuppel 1. De signalen 46 en 47 die aan respectievelijk de potentiometer 43 en 44 worden toegevoerd doen dienst voor het stimuleren van een snelle responsie op veranderingen van 35 het systeem.

Het koppelingsanalogon 33 is uitgevoerd als eerste combineerschakeling 48 die met zijn eerste ingang via een 85 0 1 2 7 1

« V

-5- niet-lineaire schakeling 63 is verbonden met de uitgang van de tweede integrator 42. Het analogon 132 omvat een tweede combineerschakeling 49 waarvan de uitgang is verbonden met de ingang van de deler 40 en waarvan een eerste ingang is 5 verbonden met de kracht-elektrisch-signaalomzetter 26 en een tweede ingang is verbonden met de uitgang van de eerste combineerschakeling 48. De uitgang van de eerste combineerschakeling 48 is via een met de later te beschrijven schakeling 51 corresponderende niet-lineaire simulatieschakeling 10 56 verbonden met de derde combineerschakeling 50 en, via een door het uitgangssignaal van de tweede integrator bestuurbare tweede niet-lineaire schakeling 64, met de tweede combineerschakeling 49.

De eenheid 35 omvat een derde combineerschakeling 50, 15 waarvan de ene ingang is gekoppeld met de uitgang van de eerste combineerschakeling 48 en de tweede ingang is verbonden met de uitgang van de computer 36, alsmede een tweede-ordeschakeling waarvan de ingang is verbonden met de uitgang van de derde combineerschakeling 50 en de uitgang is 20 verbonden met een ingang van de computer en een tweede ingang van de eerste combineerschakeling.

De genoemde tweede-ordeschakeling omvat een simulatieschakeling 51 die slechts een uitgangssignaal afgeeft indien de absolute waarde van het ingangssignaal een voorafgekozen 25 waarde overschrijdt waarbij het teken van het uitgangssignaal eenduidig samenhangt met het teken van het ingangssignaal en de voorafgekozen waarde correspondeert met een statische wrijving. De simulatieschakeling 51 is voorzien van een tegenkoppelketen, bestaande uit een differentiator 30 52, een instelbare versterker 53 en een verschilversterker 54. Met betrekking tot de overdrachtsfunctie van de simulatieschakeling wordt opgemerkt, dat de dode band en de helling beide afzonderlijk instelbaar zijn. Hierbij correspondeert de dode band met de statische wrijving en de helling 35 met de reciproke van de demping.

De verzwakker 53 dient voor instelling van de massa K2 8501271 -6- van het stuurvlak. De uitgang van de simulatieschakeling 51 is verbonden met de ingang van een integrator 55, waarvan de uitgang is gekoppeld met de genoemde ingang van de computer en met de genoemde tweede ingang van de eerste combineer-5 schakeling 48.

Het uitgangssignaal van de tweede integrator 42 wordt tevens aan een verdere ingang van de computer 36 toegevoerd. Een verdere uitgang van de computer levert FSySt..2 19, welk signaal via de ingang 61 aan de tweede combineer-10 schakeling 49 wordt toegevoerd. Aan de computer worden in het algemeen diverse "ideale”, d.w.z. gewenste of berekende positiesignalen toegevoerd, dus niet vanaf bijvoorbeeld de positie-opnemer 37, aangezien die een realistisch, niet-ideaal positiesignaal afgeeft. Ook het signaal 9 aan de 15 uitgang van de integrator 55 is een dergelijk signaal, namelijk de "positie" van het analogon 34, 35.

Van een vierde combineerschakeling 65 zijn de twee ingangen verbonden met respectievelijk de uitgang van de eerste integrator 41 en de uitgang van de simulatieschake-20 ling 51 en is de uitgang verbonden met een ingang van de eerste combineerschakeling 48. De eventueel instelbare versterking van de schakeling 65 representeert de demping van de koppeling.

Aan de uitgang van de niet-lineaire schakeling 56 is 25 een signaal 57 beschikbaar, dat correspondeert met de kracht Fi = F2· Dit signaal kan men zich vanaf de vertakking 58 gesplitst denken in een met Fi corresponderend signaal 59 en een identiek met F2 corresponderend signaal 60.

De tweede combineerschakeling 49 is in het onderhavige 30 uitvoeringsvoorbeeld voorzien van een verdere ingang 61 waaraan door de computer 36 een met Fsyst♦1 corresponderend signaal 19 kan worden toegevoerd. Het signaal 9 aan de uitgang van de integrator 55 correspondeert met x2. Het signaal 13 aan de uitgang van de computer 36 correspondeert met 35 Fsyst*2* Het signaal 9 correspondeert met de positie van het analogon, d.w.z. de gewenste positie van de stuurknuppel.

Fig. 2 toont het gedeelte van de schakeling volgens 8501271 -7- fig. 1, waarop de uitvinding betrekking heeft. In fig. 2 zijn dezelfde verwijzingssymbolen gebruikt en de diverse onderdelen zullen niet opnieuw worden genoemd en besproken. Volstaan moge worden met een verwijzing naar de combineer-5 schakeling 49, de deler 40, de integrator 41 en de integrator 42. Zoals tevens met een verwijzing naar fig. 1 moge blijken, vindt er een uitwisseling van signalen plaats tussen het analogon 132 en het analogon 33 met de computer 36, welke laatste elementen in ruimere zin als "de computer" 10 worden opgevat. Is in de bekende techniek volgens fig. 1 het analogon 33 analoog uitgevoerd, in de techniek volgens de uitvinding is de implementatie digitaal. Vooruitlopend op de figuren 3 en 4 wordt nu vast opgemerkt, dat een analoge eenheid volgens de bekende techniek in de figuren 3 en 4 met 15 hetzelfde verwijzingsgetal, waarin een accent is toegevoegd zal worden weergegeven.

Fig. 3 toont een uitvoering, waarin de uitgang van de analoge eerste integrator 41 via een analoog/digitaal-omzet-ter 201 is verbonden met de in dit voorbeeld volledig digi-20 taal werkende eenheid 33', 36, terwijl de uitgang van de analoge tweede integrator 42 via een analoog/digitaal-omzet-ter 202 met die eenheid 33', 36 is verbonden. Een uitgang van de eenheid 33', 36 is met ingang van de combineer-schakeling 49 verbonden via een digitaal/analoog 203.

25 Het voorkeursuitvoeringsvoorbeeld volgens fig. 4 wijkt in zoverre af van de uitvoering volgens fig. 3, dat de analoge integrator 42 is vervangen door een digitale integrator 42‘, die met zijn ingang is verbonden met de uitgang van de analoog/digitaal-omzetter 201 en met zijn uitgang is 30 verbonden met de betreffende ingang van de eenheid 33', 36. Tevens is zijn uitgang verbonden met de ingang van een digi-taal/analoog-omzetter 204, waarvan de uitgang functioneel overeenstemt met de uitgang van de analoge integrator 42 volgens fig. 3, hetgeen in de figuren met het verwijzings-35 getal 45 is aangeduid.

Het verschil tussen de figuren 3 en 4 zal duidelijk zijn: kwantiseringsruis aan de uitgang van de integrator 202 85 0 12 7 1- • ; f ·„ -8- is voor een zeer /belangrijk deel onderdrukt door gebruik te maken van een gefilterde versie van het uitgangssignaal van de analoog/digit§al-omzetter 201, waardoor de daarin aanwezige kwantiseringsruis met 6 dB/octaaf is onderdrukt.

Λ 3501271

Claims

1. Vluchtnabootser, omvattende: (1) tenminste één element, waarvan de stand tijdens de vlucht kan veranderen, zoals een bedieningsorgaan, bijvoorbeeld een stuurknuppel, waarmee een stuwvlak gekoppeld is; 5 (2) een met het of elk element gekoppeld, bijbehorend programmeerbaar servomiddel, omvattende: (a) een versterker; (b) een met de uitgang daarvan gekoppelde servomotor; (c) een tussen de servomotor en het element aange- 10 brachte kracht-elektrisch-signaalomzetter, waarvan de uitgang is gekoppeld met een eerste ingang van de versterker; (d) een aan het element aangebrachte positie-elek-trisch-signaalomzetter, waarvan de uitgang is 15 gekoppeld met een tweede ingang van de versterker; en (e) een computer, die op grond van de vluchtomstandig-heden en de relevante eigenschappen van het of elk element een bij de toestand van dat element beho- 20 rende kracht berekent en een daarmee overeenkomend signaal aan de versterker toevoert; en met de versterker is gekoppeld via een de relevante mechanische eigenschappen van het betreffende element weergevend elektrisch analogon, welk analogon 25 omvat: (1) een deler voor het door een met de gewenste massa van het element evenredige waarde delen van het ingangssignaal; (2) een met de uitgang van de deler verbonden, eerste 30 integrator; en (3) een met de uitgang van de eerste integrator verbonden tweede integrator, waarvan de uitgang met de ingang van de versterker is gekoppeld, met het kenmerk, dat de computer van het digitale type is en dat 35 de uitgang van de eerste integrator via een analoog/digi- 33 0 1 2 7 1 ψ * -ia- taal-omzetter met een ingang.van de computer is verbonden en dat de of elke betreffende uitgang van de computer via een digitaal/analoog-omzetter met het elektrische analogon is verbonden. 5

2. Vluchtnabootser volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de tweede integrator van het digitale type is, met zijn ingang is verbonden met de uitgang van de ana-loog/digitaal-omzetter en met zijn uitgang via een digitaal/analoog-omzetter is verbonden met een ingang van de 10 computer en een ingang van de versterker. 85 0 1 2 7 1