Procedimiento y sistema de guiado de aviones.

Un procedimiento de dirección de un avión para seguir una ruta predeterminada

(4), que comprende:

calcular una corrección de ruta nominal (320);

proporcionar un límite superior (420) y un límite inferior (422) para la corrección de ruta nominal, donde el límite superior y el límite inferior se calculan en función de la diferencia entre la posición actual del avión y la ruta predeterminada;

establecer una corrección de ruta deseada como:

(i) la corrección de ruta nominal (320) si la ruta nominal está entre el límite superior y el límite inferior;

(ii) el límite superior (420) si la corrección de ruta nominal es mayor que o igual que el límite superior; o

(iii) el límite inferior (422) si la corrección de ruta nominal es menor que o igual que el límite inferior; y

dirigir el avión utilizando la corrección de ruta deseada.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E11382311.

Solicitante: THE BOEING COMPANY.

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 100 NORTH RIVERSIDE PLAZA CHICAGO, IL 60606-2016 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: D\'ALTO,LUIS P, GRABOW,CHRISTIAN.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION G — FISICA > CONTROL; REGULACION > SISTEMAS DE CONTROL O DE REGULACION DE VARIABLES... > Control de la posición, del rumbo, de la altitud... > G05D1/06 (Régimen de modificación de la altitud o de la profundidad)
  • SECCION G — FISICA > CONTROL; REGULACION > SISTEMAS DE CONTROL O DE REGULACION DE VARIABLES... > Control de la posición, del rumbo, de la altitud... > G05D1/04 (Control de la altitud o de la profundidad)

PDF original: ES-2458294_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Procedimiento y sistema de guiado de aviones

Campo técnico La presente invención se refiere a un sistema y a un procedimiento para dirigir aviones a lo largo de una ruta predeterminada. En particular, pero no exclusivamente, la invención se refiere a dirigir de un avión a lo largo de una trayectoria lateral (por ejemplo, una ruta que se describe por referencia a la latitud y longitud) .

Antecedentes A menudo es el caso de que los aviones deben abandonar una ruta planificada por razones de tráfico aéreo conflictivo o de condiciones climáticas adversas. Cuando esto sucede, es necesario que el avión vuelva a la ruta 15 prevista (o seguir una nueva ruta) desde una posición arbitraria que puede ser distante de la misma.

Hay tres fases para volver a seguir la ruta prevista: intercepción, captura y seguimiento. La fase de intercepción implica dirigir el avión hacia una ruta que satisface la ruta de destino. En la fase de captura, el avión se dirige hacia la ruta de destino de manera que su trayectoria real converge con la ruta prevista. La fase de seguimiento mantiene la posición del avión en la ruta.

Los enfoques convencionales para el guiado de un avión a una ruta prevista son típicamente complicados y operan modos separados para cada uno de la intercepción, la captura y el seguimiento. Estos modos se llevarán a cabo mediante diferentes sistemas de control. Tales enfoques aumentan la complejidad de los sistemas de gestión de vuelo y tienen el problema de asegurar una transición sin problemas y estable de un modo a otro.

Enfoques alternativos que tienen un solo sistema de control generalmente implican una mayor complejidad y, por lo tanto, son computacionalmente costosos.

Los documentos EP0471395 y US3980258 divulgan procedimientos para controlar un avión.

Sumario De acuerdo con un primer aspecto de la invención, se proporciona un procedimiento de dirección de un avión para 35 seguir una ruta predeterminada tal como se define mediante la reivindicación 1.

De acuerdo con un segundo aspecto de la invención, se proporciona una aeronave definida por la reivindicación 14.

De acuerdo con un tercer aspecto de la invención, se proporciona un sistema definido por la reivindicación 15.

Las realizaciones preferidas de la invención pueden proporcionar un sistema de control fácilmente configurable sin alta carga computacional asociada.

Las realizaciones preferidas pueden proporcionar un procedimiento de control de un avión capaz de lograr la 45 funcionalidad de intercepción, captura y seguimiento con un solo modo.

Breve descripción de los dibujos Para una mejor comprensión de la invención y para mostrar cómo la misma puede ser puesta en efecto, ahora se hace referencia, a modo de ejemplo solamente, a los dibujos adjuntos, en los que:

La figura 1 muestra una representación de las variables descritas a continuación;

La figura 2 muestra una vista general de una primera realización de un sistema de control;

La figura 3 muestra un controlador de seguimiento de trayectoria para su uso en este sistema de control;

La figura 4 muestra un ordenador de límites de corrección para su uso en este sistema de control; La figura 5 muestra un limitador de corrección del ángulo de ruta para su uso en este sistema de control; La figura 6 muestra un sistema preferido para la determinación de un ángulo de banda de corrección; La figura 7 muestra un sistema preferido para la determinación de errores de seguimiento; y La figura 8 muestra una segunda realización de un sistema de control.

Descripción detallada La siguiente descripción detallada es meramente de naturaleza ilustrativa y no está destinada a limitar las realizaciones de la invención o la aplicación o usos de tales realizaciones. Por otra parte, no hay ninguna motivación 65 para ceñirse a ninguna teoría explícita o implícita expresada en este documento.

A continuación se divulga un sistema para dirigir un avión usando un controlador simple. Con el fin de proporcionar un sistema con una complejidad menor que el de la técnica anterior, manteniendo al mismo tiempo la funcionalidad de interceptación, captura y seguimiento, las realizaciones de la invención pueden incluir un controlador simple para proporcionar una corrección de ruta deseada, cuya salida se limita a caer dentro de los límites superior e inferior. De esta manera, cuando el controlador emite una señal que indica una corrección de la ruta mayor que el límite superior, la corrección de la ruta se reduce al valor del límite superior. Del mismo modo, cuando el controlador emite una señal que indica una corrección de la ruta más pequeña que el límite inferior, la corrección de la ruta se incrementa al valor del límite inferior. Los límites pueden variar dependiendo de varios criterios, como se explica en más detalle a continuación.

La figura 1 muestra un avión 6 que viaja a lo largo de una ruta 2 del avión. La figura 1 representa la trayectoria del avión en el plano horizontal, y la siguiente descripción también se hace con referencia a seguir una trayectoria en un plano horizontal.

Una ruta predeterminada 4 se proporciona al avión 6. La ruta 2 del avión no coincide con la ruta predeterminada 4. Como resultado, el avión 6 tiene un error de distancia 10, que representa su desplazamiento desde la ruta predeterminada. La ruta 2 del avión difiere de la ruta predeterminada 4 por un error de ángulo 20.

La figura 2 muestra una vista general esquemática de una primera realización del sistema de control de la invención.

El sistema de control comprende: un controlador de seguimiento de la trayectoria 300; un ordenador de límites de corrección 400; y un limitador de corrección 500.

Estos se pueden formar como componentes de hardware o existen como instrucciones de software a implementarse 25 mediante un solo componente de hardware.

En términos generales, el controlador de seguimiento de la trayectoria 300 recibe una entrada de error del ángulo de ruta 310 y de error de distancia de ruta 312, que se procesa para enviar una corrección de ruta nominal 320.

La corrección de ruta nominal 320 forma la entrada del limitador de corrección del ángulo de ruta 500, que impone los límites superior e inferior 420, 422 en la corrección de ruta nominal 320. Si la corrección de ruta nominal 320 está dentro de los límites, el imitador de corrección de ángulo de ruta 500 envía una corrección de ruta nominal 320 como la corrección de ruta 520 deseada sin modificaciones.

Si la corrección de ruta nominal 320 no está dentro de los límites, el limitador de corrección del ángulo de ruta 500 establece la corrección de la ruta 520 deseada al valor del límite 420, 422 más cercano.

El valor de los límites superior e inferior 420, 422 se determina utilizando el ordenador de límites de corrección 400.

La corrección de la ruta 520 deseada se comunica a un ordenador de vuelo 800, que dirige el avión hacia una ruta determinada como la trayectoria deseada del avión.

El controlador de seguimiento de la trayectoria 300 se muestra en la figura 3. En esta realización, el controlador de seguimiento de la trayectoria tiene dos entradas, error de ángulo de ruta 310 y error de distancia de ruta 312. El error

de ángulo de ruta 310 se corresponde con el ángulo 20 que se muestra en la figura 1. El error de distancia de ruta 312 corresponde con la distancia 10 que se muestra en la figura 1.

El controlador 300 puede aplicar cualquier tipo de algoritmo de control, pero es preferentemente un controlador lineal. Normalmente, un controlador lineal no tendría suficiente complejidad para llevar a cabo operaciones de 50 interceptación,... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un procedimiento de dirección de un avión para seguir una ruta predeterminada (4) , que comprende:

calcular una corrección de ruta nominal (320) ; proporcionar un límite superior (420) y un límite inferior (422) para la corrección de ruta nominal, donde el límite superior y el límite inferior se calculan en función de la diferencia entre la posición actual del avión y la ruta predeterminada; establecer una corrección de ruta deseada como:

(i) la corrección de ruta nominal (320) si la ruta nominal está entre el límite superior y el límite inferior;

(ii) el límite superior (420) si la corrección de ruta nominal es mayor que o igual que el límite superior; o

(iii) el límite inferior (422) si la corrección de ruta nominal es menor que o igual que el límite inferior; y

dirigir el avión utilizando la corrección de ruta deseada.

2. El procedimiento de la reivindicación 1, donde la corrección de ruta nominal (320) se calcula utilizando un controlador lineal (300) .

3. El procedimiento de la reivindicación 1 o la reivindicación 2, que comprende además:

monitorizar una ruta actual (2) del avión y una posición actual del avión; determinar una ruta deseada del avión; calcular un error de ángulo de ruta (20) como la diferencia entre la ruta actual (2) del avión y la ruta deseada del

avión; calcular un error de distancia de ruta (10) como la diferencia entre la posición actual del avión y la ruta predeterminada (4) , donde la corrección de ruta nominal (320) se calcula en base al error del ángulo de ruta y al error de distancia de ruta.

4. El procedimiento de la reivindicación 3, donde la etapa de proporcionar un límite superior (420) y un límite inferior

(422) para la corrección de ruta nominal (320) comprende:

proporcionar un ángulo de banda de corrección (410) ; 35 calcular el límite superior como la suma del error de ángulo de ruta y el ángulo de banda de corrección; calcular el límite inferior como el error del ángulo de ruta menos el ángulo de banda de corrección.

5. El procedimiento de la reivindicación 4, donde el ángulo de banda de corrección (410) se calcula en función del error de distancia de ruta (10) calculado.

6. El procedimiento de la reivindicación 5, que comprende además las etapas de:

definir un umbral de distancia (610) , un primer ángulo de banda y un segundo ángulo de banda, siendo el segundo ángulo de banda menor que el primer ángulo de banda;

ajustar el ángulo de banda de corrección (410) para ser el primer ángulo de banda si el error de distancia de ruta es mayor que el umbral de distancia; y ajustar el ángulo de banda de corrección para ser el segundo ángulo de banda si el error de distancia de ruta no es mayor que el umbral de distancia.

7. El procedimiento de la reivindicación 6, donde el primer ángulo de banda es 90°.

8. El procedimiento de la reivindicación 6 o la reivindicación 7, donde el segundo ángulo de banda es 30°.

9. El procedimiento de cualquier reivindicación anterior, donde la corrección de ruta nominal (320) se calcula 55 utilizando un controlador PD o PID.

10. El procedimiento de cualquier reivindicación anterior, donde la corrección de ruta nominal (320) se calcula utilizando un controlador PID que incorpora compensación de enrollado.

11. El procedimiento de la reivindicación 10, donde:

el controlador PID calcula un término proporcional, un término diferencial y un término integral; el controlador PID limita el término integral en dependencia del límite superior y del límite inferior para proporcionar un término integral limitado; y

el controlador PID envía una señal sobre la base de una suma ponderada del término proporcional, el término diferencial, y el término integral limitado.

12. El procedimiento de cualquier reivindicación anterior, donde la corrección de ruta nominal (320) se calcula utilizando un controlador de seguimiento.

13. El procedimiento de cualquier reivindicación anterior, donde el procedimiento se utiliza para dirigir el avión para 5 seguir una ruta predeterminada en un plano lateral.

14. Un avión, que comprende:

una memoria (720) dispuesta para almacenar una ruta predeterminada (4) ; y un ordenador de vuelo (730) 10 dispuesto para dirigir el avión para seguir la ruta predeterminada (4) utilizando el procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13.

15. Un sistema para dirigir un avión para seguir una ruta predeterminada (4) , que comprende:

una memoria (220) dispuesta para almacenar la ruta predeterminada; y un ordenador de vuelo (730) dispuesto para dirigir el avión utilizando el procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, donde el sistema es remoto del avión.