Core Concepts
Ein Heli-Quad-Fluggerät mit variabler Propellersteigung und profiliertem Propellerblatt kann auch bei vollständigem Ausfall eines Antriebs eine volle Lageregelung aufrechterhalten.
Abstract
Das Heli-Quad-Fluggerät ist ähnlich aufgebaut wie ein herkömmlicher Quadrocopter, hat aber variable Propellersteigung und profilierte Propellerblätter. Dadurch kann es auch bei vollständigem Ausfall eines Antriebs eine volle Lageregelung aufrechterhalten.
Der Schlüssel dazu ist der Einsatz von profilierter Propellergeometrie, die im Vergleich zu symmetrischen Profilen ein deutlich höheres Drehmoment erzeugt. Dies ermöglicht es, den Ausfall eines Antriebs durch die drei verbleibenden Antriebe zu kompensieren.
Es wurde ein intelligentes, fehlertolerantes Regelungskonzept entwickelt, das aus einer äußeren Positionsregelung, einer inneren Lagewinkelregelung und einem neuronalen Netzwerk zur Steuerallokation besteht. Das neuronale Netzwerk approximiert die nichtlineare Beziehung zwischen Steuereingängen und Antriebskommandos.
Hochgenaue Software-in-the-Loop-Simulationen zeigen, dass das Heli-Quad auch bei vollständigem Ausfall eines Antriebs eine Positionsregelung ähnlich wie im Normalbetrieb aufrechterhalten kann. Die maximale tolerierbare Verzögerung bei der Fehlererkennung und -isolierung wurde empirisch auf 180 ms bestimmt.
Stats
Die Heli-Quad-Konstruktion ermöglicht eine maximale Nutzlast von etwa 50 Gramm bei einem Gesamtgewicht unter 1 Kilogramm.
Quotes
"Der Schlüssel zum Erreichen der vollen Lageregelung auch bei Ausfall eines Antriebs ist der Einsatz von profilierter Propellergeometrie, die ein deutlich höheres Drehmoment erzeugt als symmetrische Profile."
"Hochgenaue Software-in-the-Loop-Simulationen zeigen, dass das Heli-Quad auch bei vollständigem Ausfall eines Antriebs eine Positionsregelung ähnlich wie im Normalbetrieb aufrechterhalten kann."