SISTEMA DE CONTROL DE UN VEHÍCULO Y PROCEDIMIENTO QUE USA LA ASIGNACIÓN DE CONTROL Y LA COMPENSACIÓN DE FASE.

Un sistema de control de vehículo para un vehículo, que comprende un asignador de control (220) para asignar una demanda de control recibida proporcionando señales de control del accionador que derivan de dicha demanda de control hacia una pluralidad de accionadores,

dicho sistema además comprende medios de retroalimentación (210, 230, 225, 235, 240) que comprenden una unidad de estimación del comportamiento (230) para formar y para retroalimentar mediante un bucle de retroalimentación una señal de retroalimentación representativa de una diferencia entre un comportamiento del vehículo deseado representador por un vector de señal de demanda de control (u) y un comportamiento del vehículo estimado que resultaría de dichas señales del accionador en condiciones de desplazamiento normales, la señal de retroalimentación está dispuesta para modificar dicho vector de señal de demanda de control formando un vector de señal de demanda de control modificado (u') de modo que el vector de señal de demanda de control modificado (u'), en el caso de que el vector de señal de demanda de control (u) represente una demanda de control más grande que los límites del rendimiento del vehículo en condiciones normales, vendrá a representar una demanda de control dentro de dichos límites de rendimiento cuando las señales de retroalimentación tienen efecto, caracterizado porque dicho vehículo comprende una unidad de eficiencia de control (215) que mantiene y actualiza la información con respecto a dicha eficiencia de los accionadores de dicho vehículo, y donde dicha unidad de estimación del comportamiento (230) utiliza información de dicha unidad de eficiencia de control (215) para calcular el comportamiento del vehículo estimado

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E07102162.

Solicitante: SAAB AB.

Nacionalidad solicitante: Suecia.

Dirección: C/O SAAB AB, TDAF-BG FANJUNKAREGATAN 135 58216 LINKOPING SUECIA.

Inventor/es: SUNDQVIST,BENGT-GORAN.

Fecha de Publicación: .

Fecha Solicitud PCT: 12 de Febrero de 2007.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • G05B13/02A1

Clasificación PCT:

  • G05B13/04 FISICA.G05 CONTROL; REGULACION.G05B SISTEMAS DE CONTROL O DE REGULACION EN GENERAL; ELEMENTOS FUNCIONALES DE TALES SISTEMAS; DISPOSITIVOS DE MONITORIZACION O ENSAYOS DE TALES SISTEMAS O ELEMENTOS (dispositivos de maniobra por presión de fluido o sistemas que funcionan por medio de fluidos en general F15B; dispositivos obturadores en sí F16K; caracterizados por particularidades mecánicas solamente G05G; elementos sensibles, ver las subclases apropiadas, p. ej. G12B, las subclases de G01, H01; elementos de corrección, ver las subclases apropiadas, p. ej. H02K). › G05B 13/00 Sistemas de control adaptativos, es decir, sistemas que se regulan a sí mismos para obtener un rendimiento óptimo siguiendo un criterio predeterminado (G05B 19/00 tiene prioridad; aprendizaje automático G06N 20/00). › que implican el uso de modelos o de simuladores.

Países PCT: Austria, Bélgica, Suiza, Alemania, Dinamarca, España, Francia, Reino Unido, Grecia, Italia, Liechtensein, Luxemburgo, Países Bajos, Suecia, Mónaco, Portugal, Irlanda, Eslovenia, Finlandia, Rumania, Chipre, Lituania, Letonia, Ex República Yugoslava de Macedonia, Albania.

PDF original: ES-2370806_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Sistema de control de un vehículo y procedimiento que usa la asignación de control y la compensación de fase. La presente invención se refiere al campo del control del vehículo. En particular, se refiere a los procedimientos y aparatos para mejorar el rendimiento y la estabilidad en un sistema de control donde el tiempo que deriva de una salida de un subsistema es limitado, dando por resultado que una entrada no pueda ser cumplida. En particular, se refiere a estos procedimientos y aparatos para mejorar los sistemas de control que se proporcionan con algún tipo de asignación de control. Antecedentes En la teoría y práctica del control, un sistema de control de un vehículo puede verse como un sistema que realiza dos etapas separadas subsiguientes; una primera etapa que comprende calcular una demanda de control basada en los comandos del operador y las señales de retroalimentación y tomando en consideración los requerimientos de estabilidad y rendimiento; y una segunda etapa que comprende calcular y distribuir las señales del accionador hacia los accionadotes disponibles, basado en la demanda de control, de modo que dicha demanda de control será liberada. Una explicación más detallada se puede encontrar por ejemplo en Härkegård, O; Backstepping and Control Allocation with Applications to Flight Control. Linköping University 2003. Páginas 105-107. La figura 1 muestra un diagrama de bloque que ilustra las trayectorias de señal en un diseño del sistema de control de vuelo de la técnica anterior basado en esta división en dos etapas separadas. Cuando se desarrolla este tipo de proceso del sistema de control se pueden construir acoplamientos de retroalimentación utilizando cualquier procedimiento de diseño adecuado como es por ejemplo PID (Controlador Proporcional Integral Derivativo), minimización cuadrática lineal (LQ), linealización exacta (NDI), procedimientos adaptativos, etc.). El problema de la distribución no debe considerarse, cuando se diseñan software/ hardware que realizan esta primera etapa. El diseño del software/ hardware que realiza la segunda etapa se puede realizar entonces sin tener que considerar las leyes de control reales que se utilizan. En la segunda etapa, la distribución de la demanda de control se lleva a cabo distribuyendo hacia los accionadores disponibles las señales de control que, cuando hayan tenido su efecto sobre dichos accionadotes disponibles, cumple dicha demanda de control sobre el vehículo. Esto puede lograrse mediante una variedad de procedimientos disponibles. Cualquier función fija (no variable), en el caso lineal una matriz, se puede utilizar. En este caso la distribución no podrá adaptarse a la efectividad variable de los diferentes accionadotes a través del envolvente del sistema controlado. Además están disponibles procedimientos que se adaptan a la efectividad de los accionadores (superficies de control en el caso del avión) y además redistribuye el control requerido si alguno de los accionadores debe caer o alcanzar su limitación en posición o velocidad Estos procedimientos usualmente optimizan el rendimiento del accionador utilizando la efectividad dada de cada accionador, bajo las restricciones dadas, utilizando alguna norma (2norm, 1norm o norma infinita). Además en el sistema de la figura 1, una unidad de asignación de control 115 toma dicha demanda de control y asigna y distribuye la señal del accionador hacia los accionadores disponibles de un vehículo 120. Durante esta asignación y distribución, la unidad de asignación de control 115 considera cada aptitud del accionador para crear un cierto tipo de efecto control, y modifica la distribución en consecuencia. Esta asignación y distribución hace posible manejar, independientemente del rendimiento total del sistema, el rendimiento variable del accionador, por ej., eficiencia del timón, pero además la posición del accionador y las limitaciones de velocidad, y además los defectos en los accionadotes. Estos defectos pueden incluir pérdida, es decir, la superficie de control se mueve libremente, y cierre, es decir, la superficie de control se queda atascada en una posición arbitraria. Los procedimientos para controlar la asignación y distribución de una demanda de control, se divulgan por ejemplo en la disertación doctoral "Backstepping and Control Allocation with Applications to Flight Control" páginas 105 a 186 de Ola Härkegård, mencionada anteriormente. Los sistemas de asignación de control de la técnica anterior tienen la tendencia de crear una pérdida de fase indeseable, cuando dichos sistemas de asignación de control junto con los accionadores disponibles no pueden más cumplir con la demanda de control actual. La pérdida de fase no considerada en un sistema regulador es muy indeseable. Con un operador en el bucle de control, el operador puede experimentar el sentimiento de estar desconectado del sistema. Al utilizar el vocabulario del diseño del avión esto se denomina piloto en las oscilaciones del bucle y son temidas tanto por los pilotos como por los diseñadores. El documento WO 99/09461 de Buck divulga un procedimiento y un aparato para la compensación de fase en un sistema de control del vehículo. El documento describe de qué manera un limitador de velocidad del accionamiento de la superficie de control se combina con la tecnología de avance de fase para manejar la pérdida de fase durante la limitación de velocidad del accionamiento. Sin embargo, esta solución toma un accionador por vez. De este modo, existe la necesidad de un procedimiento y un aparato para realizar la compensación de fase en un sistema con 2 E07102162 28-10-2011   múltiples accionadotes, donde los requerimientos de control se pueden redistribuir dentro de un grupo de accionadores. La patente US 5.528.119 de Rundqwist et al., divulga un procedimiento y un dispositivo para ejecutar la compensación de fase en un vehículo accionado por motor sin asignación de control. El documento WO 01/82007 de Johnson & Calise divulga un sistema de control adaptativo que tiene una unidad de conversión. El documento maneja el control adaptativo y más específicamente permite la selección de las entidades que se eligen para evitar la adaptación. Sumario de la invención De este modo existe la necesidad de evitar la creación de una pérdida de fase indeseable, cuando dichos sistemas de asignación de control junto con los accionadotes disponibles no pueden más cumplir con la demanda de control corriente. Al hacer esto, el inventor se ha dado cuenta que sería apropiado proporcionar un sistema regulador que tenga muchos accionadotes con alguna clase de conocimiento de la eficiencia corriente de los accionadotes para poder estimar el resultado de un conjunto de señales a dichos accionadotes, para mejorar posteriormente la supresión de la pérdida de fase no deseada. De esta manera el sistema maneja mejor la pérdida de fase no deseada debido a las limitaciones del accionador. Con referencia a la figura 2, la presente invención en forma general se refiere a un sistema de control para recibir las señales de entrada k, las cuales pueden estar representadas mediante un vector de entrada u, y para proporcionar las señales de salida m, las cuales pueden estar representadas mediante un vector de salida x. El sistema proporciona las señales de salida m basado en las señales de entrada k modificadas u, relacionadas con dichas señales de entrada k, las señales de salida m son adecuadas para alimentar los accionadotes m. El sistema de control además está provisto con medios para computar dichas señales de salida m de modo que cuando dichas señales de salida m son efectuadas por dichos accionadotes m, los accionadores dan lugar a cambios en el estado de actitud del vehículo, dicho estado cumplirá con una demanda de control expresada por ej., como un estado de actitud demandado descripto mediante las señales de entrada k cuando esto está dentro de los límites del rendimiento de los accionadores, y para cumplir con ellos hasta una mínima extensión, manteniendo el vehículo controlable, cuando las señales de entrada k describen un estado de actitud demandado fuera de los límites de rendimiento de los accionadores. Los medios además se proporcionan para formar un comportamiento de movimiento estimado y, por ej., un estado de actitud estimada que comprende las señales de actitud estimadas k. Los medios además se proporcionan para formar las señales k, e1 ek, representadas por el vector de error , como la diferencia entre las señales de entrada k modificadas u y dichas señales de comportamiento de movimiento estimadas k, y1 yk. Los medios además se proporcionan para amplificar y compensar la fase de dichas señales k de error e formando las señales de error k modificadas d1 dk representadas por el vector de error modificado d (). Los medios además se proporcionan para... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un sistema de control de vehículo para un vehículo, que comprende un asignador de control (220) para asignar una demanda de control recibida proporcionando señales de control del accionador que derivan de dicha demanda de control hacia una pluralidad de accionadores, dicho sistema además comprende medios de retroalimentación (210, 230, 225, 235, 240) que comprenden una unidad de estimación del comportamiento (230) para formar y para retroalimentar mediante un bucle de retroalimentación una señal de retroalimentación representativa de una diferencia entre un comportamiento del vehículo deseado representador por un vector de señal de demanda de control (u) y un comportamiento del vehículo estimado que resultaría de dichas señales del accionador en condiciones de desplazamiento normales, la señal de retroalimentación está dispuesta para modificar dicho vector de señal de demanda de control formando un vector de señal de demanda de control modificado (u) de modo que el vector de señal de demanda de control modificado (u), en el caso de que el vector de señal de demanda de control (u) represente una demanda de control más grande que los límites del rendimiento del vehículo en condiciones normales, vendrá a representar una demanda de control dentro de dichos límites de rendimiento cuando las señales de retroalimentación tienen efecto, caracterizado porque dicho vehículo comprende una unidad de eficiencia de control (215) que mantiene y actualiza la información con respecto a dicha eficiencia de los accionadores de dicho vehículo, y donde dicha unidad de estimación del comportamiento (230) utiliza información de dicha unidad de eficiencia de control (215) para calcular el comportamiento del vehículo estimado. 2. El sistema de control del vehículo de acuerdo con la reivindicación 1 en el que el sistema está provisto con una entrada para recibir el vector de señal de demanda de control u y una salida para producir las señales de control del accionador, y donde dicho bucle de retroalimentación para calcular y retroalimentar la señal de retroalimentación representativa de una diferencia entre el vector de señal de demanda de control y un comportamiento del vehículo estimado además comprende un medio de función de transferencia (235, 240), y dicho medio de función de transferencia (235, 240) comprende filtros asintomáticamente estables. 3. El sistema de control del vehículo de acuerdo con la reivindicación 2 en el que dicho asignador de control (220) está concebido para formar un vector de señal del comando del accionador (x), donde dicho medio de retroalimentación comprende una unidad de multiplicación de matriz (230) para formar un vector de señal del comportamiento estimado (y), la salida de dicha unidad de multiplicación de matriz (230) se conecta a una entrada de una primera unidad totalizadora (225) para formar un vector de señal de diferencia de movimiento (), una salida de dicha unidad totalizadora (225) se conecta a una unidad de amplificación (235), una salida desde la unidad de amplificación (235) se conecta a una entrada de una unidad de filtro (240) para formar un vector de señal de diferencia de movimiento por alteración de fase (), una salida de dicha unidad de filtro (240) se conecta a una entrada de una segunda unidad totalizadora (210) para formar un vector de señal de demanda de control modificado (u) como una diferencia entre un vector de señal de demanda de control (u) y dicho vector de señal de diferencia de movimiento por alteración de fase (), la salida de dicha segunda unidad totalizadora (210) se conecta a la entrada de la primera unidad totalizadora (225) y a una entrada del asignador de control (220). 4. El sistema de control del vehículo de acuerdo con la reivindicación 3 en el que dicho sistema comprende una unidad de matriz de eficiencia de control (215) y una unidad de multiplicación de matriz (230) que utiliza una matriz de eficiencia de control (B) de la unidad de matriz de eficiencia de control (215) para formar un vector de señal de comportamiento estimado (y) mediante la multiplicación por matriz del vector de señal del comando del accionador (x) y la matriz de eficiencia de control (B). 5. El sistema de control del vehículo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la asignación de control se realiza mediante un procedimiento de asignación de control seleccionado de un grupo de procedimientos de asignación de control que consiste en el procedimiento de asignación de control basado en la optimización, el procedimiento de asignación de control directo y el procedimiento de asignación de control de cadena tipo margarita. 6. El sistema de control del vehículo de acuerdo con las reivindicaciones 3 a 5 en el que dicha unidad de filtro (240) comprende un número de filtros de bajo paso asintomáticamente estables para filtrar cada componente de dicho vector de señal de entrada a la unidad de filtro (240). 7. El sistema de control del vehículo de acuerdo con las reivindicaciones 3 a 5 en el que dicha unidad de filtro (240) comprende un número de filtros de bajo paso de primer orden para filtrar cada componente de un vector de señal de entrada a la unidad de filtro (240). 8. Un procedimiento para controlar un vehículo que tiene una pluralidad de accionadores que comprenden las siguientes etapas: - obtener una demanda de control representativa de un comportamiento vehicular deseado; - asignar accionadores, es decir, distribuir los comandos del accionador basado en dicha demanda de control por medio de un procedimiento de asignación de control. E07102162 28-10-2011   - formar un comportamiento vehicular estimado basado en los comandos del accionador en las condiciones de desplazamiento normales; - formar una diferencia de comportamiento entre la demanda de control y el comportamiento vehicular estimado; - filtrar la diferencia de comportamiento que forma una diferencia de comportamiento filtrada; - retroalimentar la diferencia de comportamiento filtrada para modificar la demanda de control que forma una demanda de control modificada; - utilizar la demanda de control modificada como base para asignar accionadores; caracterizado por la etapa de - formar un comportamiento vehicular estimado basado en los comandos del accionador involucra el uso de información desde una unidad de eficiencia de control que mantiene y actualiza la información con respecto a la eficiencia de los accionadores del vehículo bajo las condiciones de desplazamiento normales. 9. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 8, en el que las etapas se detallan a continuación: - obtener (305) un vector de la señal de demanda de control (u); - obtener (310) un vector de señal de diferencia de movimiento por alteración de fase (); - formar (315) un vector de señal de demanda modificado (u) sustrayendo el vector de señal de la diferencia de movimiento por alteración de fase () - del vector de señal de demanda de control (u); - obtener (320) una matriz de eficiencia de control (B); - formar (325) un vector de señal de comando del accionador (x) realizando la asignación de control basado en el vector de señal de demanda modificado (u) y sobre la matriz de eficiencia de control (B); - controlar el vehículo alimentando los accionadores con el vector de señal del comando del accionador.(x); - formar (335) un vector de señal del comportamiento estimado (y) multiplicando por matriz el vector de señal del comando del accionador (x) con la matriz de eficiencia de control (B); - formar (340) un vector de señal de diferencia de movimiento () sustrayendo el vector de señal de demanda de control modificado (u) del vector de señal del comportamiento estimado (y); - formar (345) el vector de señal de diferencia de movimiento por alteración de fase () amplificando y filtrando el vector de señal de diferencia de movimiento (); - retroalimentar (315) el vector de señal de diferencia de movimiento por alteración de fase (); 10. El procedimiento para controlar un vehículo de acuerdo con la reivindicación 8, en el que la asignación de control se realiza mediante un procedimiento de asignación de control seleccionado de un grupo de procedimientos de asignación de control que consiste en el procedimiento de asignación de control basado en la optimización, el procedimiento de asignación de control directo y el procedimiento de asignación de control de cadena tipo margarita. 11 E07102162 28-10-2011   12 E07102162 28-10-2011   13 E07102162 28-10-2011   14 E07102162 28-10-2011   E07102162 28-10-2011   16 E07102162 28-10-2011

 

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