Termin & Ort

02.09. - 04.09.2019

Berlin

Teilnahmegebühr

1.400,00 EUR
1.350,00 EUR DGLR-Mitglieder

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Leitung

Alexander Köthe
Alexander Köthe

Kontakt

weiterbildung(at)dglr.de
+49 228 28615729

Flugregelung

Auslegung und praktische Umsetzung von Flugreglungen für unbemannte Flächenflugzeuge

Kursbeschreibung

Unbemannte Luftfahrzeuge werden in Forschung und Industrie für vielfältigste Aufgaben eingesetzt. Aktuell dominieren Copter aufgrund ihrer einfache Handhabung und der sehr präzise arbeitenden, bereits vorinstallierten Flugregelung. Für das Abfliegen von längeren Strecken oder bei längerer gewünschter Einsatzzeit haben Flächenflugzeuge, bedingt durch ihr physikalisches Prinzip der Auftriebserzeugung, deutliche Vorteile gegenüber Copter. Die Flugregelung von Flächenflugzeugen und die Verarbeitung von Sensordaten sind mit modernen Steuerungssystemen wie dem Pixhawk oder dem Ardupilot problemlos möglich. Nichtsdestotrotz können anspruchsvolle Missionen nur dann effektiv erfüllt werden, wenn passende Flugregler verwendet werden, welche die Charakteristika der Regelstrecke mit berücksichtigen. Dieser Kurs vermittelt den Aufbau und die Analyse eines flugmechanischen Modells für ein unbemanntes Flugzeug. Darauf basierend werden die Flugregler ausgelegt, mit denen automatisch eine vorher definierte Trajektorie abgeflogen werden kann. Zudem wird vermittelt, wie die Regler anschließend auf moderne Flugsteuerungssysteme integriert werden können.

Zielgruppe

Der Kurs richtet sich an Ingenieure und Wissenschaftler, die Flächenflugzeuge als Drohnen einsetzen wollen. Erste Erfahrungen im Bereich der Flugemechanik und/oder Regelungstechnik sind vorteilhaft, aber nicht zwingend notwendig. Eine solide Wissensbasis in der Beschreibung und Behandlung dynamischer System sollte aber vorhanden sein. Kenntnisse der Flugregelung werden nicht vorausgesetzt.

Inhalte

  • Streckenbeschreibung unbemannter Flugzeuge
    Um ein unbemanntes Luftfahrzeug regeln zu können, ist zuerst eine Modellierung der Flugdynamik notwendig. Hierzu werden Methoden vorgestellt, mit denen ein aerodynamisches Modell, sowie Massen- und Schubmodell aufgebaut werden können und in die Bewegungsdifferentialgleichungen integriert werden. Dadurch entsteht eine nichtlineare Flugsimulation, die anschließend linearisiert wird, um damit die dynamischen Eigenschaften des Flugzeuges für verschiedene Flugzustände zu ermitteln und zu bewert
  • Messverfahren
    Oftmals stehen bei unbemannten Flugzeugen nur „Low Cost“ Sensoren zur Verfügung, die eine begrenzte Anzahl von Flugzustandsparametern liefern. Für die Flugregelung ist es wichtig konsolidierte Signale, gefilterte Messsignale oder weitere Messgrößen zu erhalten. Hierzu werden Konzepte wie die komplementäre Filterung und die Strapdown Inertial Navigation eingeführt.
  • Regler zur manuellen Flugbahnführung
    Unbemannte Flugzeuge werden vom Piloten über eine Fernbedienung gesteuert. Dabei ist der Empfänger im Flugzeug meist mit den Servo Motoren gekoppelt. Durch das Zwischenschalten eines Regelungssystems können die Flugeigenschaften verbessert und somit die manuelle Steuerung durch den Piloten erleichtert werden. Dadurch lassen sich auch schwierig zu steuernde Flugzeuge durch den Piloten sicher beherrschen.
  • Regler zur automatischen Flugbahnführung
    Neben der manuellen Bahnführung kann ein unbemanntes Flugzeug auch automatisch eine Trajektorie abfliegen. Hierzu werden zuerst Konzepte vorgestellt, bei denen der Flugregler das Flugzeug um alle drei Achsen stabilisiert und eine Lageregelung ermöglicht. Zudem wird ein Konzept zur Regelung der Geschwindigkeit eingeführt. Auf diesen „Basisautopiloten“ können weitere Flugregler aufgesetzt werden, die das Abfliegen von bestimmten Wegpunkten ermöglichen (Navigationsregler).
  • Implementierung der Flugregler
    Nach dem modellbasierten Entwurf der Regler müssen diese mit dem Flugzeug interagieren. Hierzu stehen verschiedene Systeme wie Pixhawk, Ardupilot oder eine Raspberry PI Lösung zur Verfügung. Zur Integration auf diesen Systemen ist die Kodierung der Reglermodule notwendig. Hierbei sind Software-Aspekte zu beachten. Zudem ermöglichen diese Systeme auch eine Interaktion mit Bodenstationen.
  • Rechtliche Aspekte
    Nicht alles, was die Flugreglung ermöglicht, kann auch überall eingesetzt werden. Vorallem der automatische Flug ist mit Auflagen und Limitationen besonders in der Bundesrepublik  Deutschland verbunden. Diese rechtlichen Aspekte sollen den Teilnehmer vermittelt werden, um einen rechtlich abgesicherten Betrieb der Flugzeuge zu ermöglichen.

    Methode

    Nach Darlegung eines theoretischen Fundamentes werden alle Inhalte durch die Teilnehmer selbst praktisch umgesetzt. Hierzu ist ein Laptop notwendig auf dem die kostenfreie Software SciLab/XCOS installiert sein muss. Die entwickelten Modelle und Rechen-Skripte können im Nachgang zum Kurs auch mit Matlab umgesetzt werden. Das Kurs-Material wird hierzu Ausführungen enthalten. Die Implementierung der Regler wird praktisch auf dem PixHawk und einer Raspberry PI Lösung (Smart FC) demonstriert. Eine Beschaffung dieser Hardware durch die Kursteilnehmer ist vor dem Kurs ist nicht notwendig.

    Kursdauer: 3 Tage

    Abschluss

    Jeder Teilnehmer erhält ein Zertifikat zum Kurs.

    Leitung

    Alexander Köthe, M.Sc.,  Technische Universität Berlin

    Veranstaltungsort

    Novotel Berlin Mitte
    Fischerinsel 12
    10179 Berlin
    Web: www.accorhotels.com/de/hotel-3278-novotel-berlin-mitte/index.shtml

    Tel.: 030 206740
    Fax: 030 20674111

    Kurs-Leistungen

    • Kursmaterial (Hand-out der Präsentationen)
    • Teilnahmezertifikat der DGLR
    • Kaffeepause am Vormittag mit Obst
    • Mittagessen
    • Kaffeepause am Nachmittag mit Kuchen
    • Tagungsgetränke im Raum

    Ansprechpartner

    Denitsa Nikolova
    weiterbildung(at)dglr.de
    +49 228 28615729