BR102022018921A2 - METHOD AND SYSTEM FOR MONITORING THE HEALTH OF AN ELECTROMECHANICAL ACTUATOR - Google Patents
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Abstract
Trata-se de um método (100) descrito no presente documento para monitorar a saúde de um atuador eletromecânico “EMA” (10) que compreende: gerar uma curva de perfil de referência que é representativa de uma demanda exigida de uma característica mensurável do EMA. O método compreende as etapas de definir (130) os limites de tolerância superior e inferior da dita curva de perfil de referência, medir (150) a dita característica da dita EMA e gerar um perfil de curva medido com base na dita medição; determinar (160) se a curva de perfil medida gerada está dentro dos limites de tolerância superior e inferior da dita curva de perfil de referência e se a dita curva de perfil medida gerada não está dentro dos limites de tolerância superior e inferior, fornecer uma indicação de que o dito EMA é não saudável. It is a method (100) described in the present document for monitoring the health of an electromechanical actuator "EMA" (10) comprising: generating a reference profile curve that is representative of a required demand of a measurable characteristic of the EMA . The method comprises the steps of defining (130) the upper and lower tolerance limits of said reference profile curve, measuring (150) said characteristic of said EMA and generating a measured curve profile based on said measurement; determining (160) whether the generated measured profile curve is within the upper and lower tolerance limits of said reference profile curve and whether the generated said measured profile curve is not within the upper and lower tolerance limits, providing an indication that said EMA is unhealthy.
Description
[001] Este pedido se refere ao monitoramento da saúde de um atuador elétrico.[001] This application refers to monitoring the health of an electric actuator.
[002] Motores elétricos e acionamentos são usados para acionar atuadores em aeronaves. Infelizmente, entretanto, falhas inesperadas e falta de segurança podem dificultar o uso potencial massivo de atuadores eletromecânicos (EMAS) que são usados em atuadores de controle de voo. Há, portanto, a necessidade de sistemas e métodos aprimorados para o monitoramento de falhas em atuadores de aeronaves.[002] Electric motors and drives are used to drive actuators in aircraft. Unfortunately, however, unexpected failures and lack of security can hamper the potential mass use of electromechanical actuators (EMAS) that are used in flight control actuators. There is, therefore, a need for improved systems and methods for monitoring failures in aircraft actuators.
[003] Um método para monitorar a saúde de um atuador eletromecânico é descrito no presente documento. O método compreende as etapas de gerar uma curva de perfil de referência que é representativa de uma demanda exigida de uma característica mensurável do EMA que está sendo monitorada para uma carga e condição ambiental conhecidas. O método compreende ainda as etapas de definir os limites de tolerância superior e inferior da curva de perfil de referência e medir aquelas características reais do EMA e gerar uma segunda curva que é um perfil de curva medido com base nessas medições. O método compreende ainda as etapas de comparar os perfis de curva e determinar se a curva de perfil medida gerada está dentro dos limites de tolerância superior e inferior da curva de perfil de referência. Se a curva de perfil medida gerada não estiver dentro dos limites superior e inferior, o método compreende a etapa de indicar que o EMA exige atenção.[003] A method for monitoring the health of an electromechanical actuator is described in this document. The method comprises the steps of generating a reference profile curve that is representative of a required demand of a measurable EMA characteristic being monitored for a known load and environmental condition. The method further comprises the steps of defining the upper and lower tolerance limits of the reference profile curve and measuring those actual EMA characteristics and generating a second curve which is a measured curve profile based on these measurements. The method further comprises the steps of comparing the profile curves and determining whether the generated measured profile curve is within the upper and lower tolerance limits of the reference profile curve. If the generated measured profile curve is not within the upper and lower limits, the method comprises the step of indicating that the EMA requires attention.
[004] Em alguns exemplos, o EMA ainda pode ser considerado saudável, mas pode exigir atenção, pois sua capacidade é reduzida e pode continuar a reduzir ao longo do tempo.[004] In some instances, the EMA may still be considered healthy, but may require attention as its capacity is reduced and may continue to reduce over time.
[005] Em alguns exemplos, quando o EMA exige atenção, pode ser necessário substituir o EMA ou fazer a manutenção do EMA.[005] In some instances, when the EMA requires attention, it may be necessary to replace the EMA or service the EMA.
[006] Em alguns exemplos, a etapa de indicar que o EMA precisa de atenção pode incluir fornecer um aviso de sinalização a um computador de manutenção.[006] In some examples, the step of indicating that the EMA needs attention may include providing a flag warning to a maintenance computer.
[007] Em alguns exemplos, se a curva de perfil medida gerada estiver dentro dos limites de tolerância superior e inferior, o método se repete.[007] In some examples, if the measured profile curve generated is within the upper and lower tolerance limits, the method is repeated.
[008] Em alguns exemplos, a característica mensurável e a característica medida podem compreender um ou mais dentre velocidade em relação ao tempo, corrente em relação ao tempo, tensão em relação ao tempo ou velocidade em relação à posição.[008] In some examples, the measurable characteristic and the measured characteristic may comprise one or more of velocity versus time, current versus time, voltage versus time, or velocity versus position.
[009] Em alguns exemplos, o método pode compreender a etapa de armazenar a dita curva de perfil de referência em uma memória de um computador.[009] In some examples, the method may comprise the step of storing said reference profile curve in a computer memory.
[0010] Em alguns exemplos, o método pode compreender a definição de uma frequência e/ou condições de teste nas quais futuros testes de saúde devem ser realizados.[0010] In some examples, the method may comprise defining a frequency and/or test conditions under which future health tests should be performed.
[0011] Em alguns exemplos, o método pode ser realizado por um computador.[0011] In some examples, the method can be performed by a computer.
[0012] Um sistema para monitorar a saúde de um atuador eletromecânico também é descrito no presente documento, sendo que o dito sistema é configurado para realizar qualquer uma das etapas do método discutidas no presente documento.[0012] A system for monitoring the health of an electromechanical actuator is also described in this document, said system being configured to perform any of the method steps discussed in this document.
[0013] A Figura 1 é um esquema dos componentes básicos de um EMA.[0013] Figure 1 is a schematic of the basic components of an EMA.
[0014] A Figura 2 retrata um gráfico que mostra a velocidade em relação ao tempo para um EMA saudável.[0014] Figure 2 depicts a graph showing velocity versus time for a healthy EMA.
[0015] A Figura 3 retrata um gráfico que mostra a velocidade em relação ao tempo para um EMA não saudável.[0015] Figure 3 depicts a graph showing velocity versus time for an unhealthy EMA.
[0016] A Figura 4 retrata um gráfico que mostra a velocidade em relação ao tempo para um EMA saudável.[0016] Figure 4 depicts a graph showing velocity versus time for a healthy EMA.
[0017] A Figura 5 retrata um primeiro gráfico que mostra a velocidade em relação ao tempo para um EMA não saudável.[0017] Figure 5 depicts a first graph showing velocity versus time for an unhealthy EMA.
[0018] A Figura 6 retrata um segundo gráfico que mostra a velocidade em relação ao tempo para um EMA não saudável.[0018] Figure 6 depicts a second graph that shows velocity versus time for an unhealthy EMA.
[0019] A Figura 7 retrata um novo método para determinar a integridade de um EMA, com o uso de sensores existentes que normalmente são encontrados em um EMA.[0019] Figure 7 depicts a new method for determining the health of an EMA, using existing sensors that are typically found in an EMA.
[0020] Embora as figuras identificadas acima apresentem uma ou mais modalidades da presente divulgação, outras modalidades também são contempladas, conforme observado na discussão. Em todos os casos, esta divulgação apresenta a invenção a título de representação e não de limitação. Deve ser entendido que inúmeras outras modificações e modalidades podem ser planejadas por aqueles versados na técnica, que se enquadram no escopo e no espírito dos princípios da invenção. As figuras não podem ser desenhadas em escala e as aplicações e modalidades da presente invenção podem incluir características e componentes não mostrados especificamente nos desenhos.[0020] While the figures identified above show one or more embodiments of the present disclosure, other embodiments are also contemplated, as noted in the discussion. In all cases, this disclosure presents the invention by way of representation and not limitation. It should be understood that numerous other modifications and embodiments can be devised by those skilled in the art, which fall within the scope and spirit of the principles of the invention. The figures cannot be drawn to scale and applications and embodiments of the present invention may include features and components not specifically shown in the drawings.
[0021] São descritos no presente documento exemplos de novos sistemas e métodos que são configurados para utilizar dados que já estão atualmente disponíveis em uma aeronave, para controlar o motor elétrico de tal forma que tenha capacidade de avaliar a saúde do atuador eletromecânico (EMA) sem a necessidade de quaisquer sensores adicionais.[0021] Examples of new systems and methods are described in this document that are configured to use data that are currently available in an aircraft, to control the electric motor in such a way that it is able to assess the health of the electromechanical actuator (EMA) without the need for any additional sensors.
[0022] A Figura 1 mostra um esquema dos componentes básicos de um EMA 10, como aqueles ditos no presente documento. O EMA 10 compreende um conversor de energia 20 que está conectado a um motor elétrico 30: Em algum exemplo, uma caixa de engrenagens 40 é alimentada pelo motor e a caixa de engrenagens 40 aciona, então, um parafuso 50. Em alguns exemplos, este pode ser um fuso de esferas, entretanto, outros tipos de parafusos, como parafuso de rolo, parafuso acme, por exemplo, podem ser usados alternativamente, conforme é conhecido na técnica. Outras configurações de EMAs são conhecidas na técnica, por exemplo, aquelas que não têm caixas de engrenagens, e a figura 1 fornece um exemplo de um dos muitos tipos diferentes de EMAs.[0022] Figure 1 shows a schematic of the basic components of an
[0023] Quando em uso, o motor elétrico 30 do EMA 10 é iniciado e o motor precisa acelerar para atingir a velocidade necessária. Isso pode ser observado na figura 2, em que a velocidade é mostrada em função do tempo para um EMA saudável 10. Conforme pode ser observado nessa figura, o motor acelera inicialmente até atingir uma velocidade de 8000 rotações por minuto (rpm). Uma vez atingida a demanda de velocidade, a velocidade é mantida, conforme também mostrado na figura 2, até que eventualmente, quando o EMA 10 estiver sendo desativado, a velocidade desacelera novamente para 0.[0023] When in use, the electric motor 30 of the EMA 10 is started and the motor needs to accelerate to reach the required speed. This can be seen in figure 2, where speed is shown as a function of time for a
[0024] Conforme pode ser observado na figura 2, para um EMA saudável, a velocidade medida do motor corresponde à demanda de velocidade do EMA. Para um EMA não saudável, ou pelo menos um EMA que precisa de atenção, entretanto, a velocidade medida pode não atender à demanda de velocidade do motor, resultando em uma discrepância conforme mostrado no gráfico da figura 3.[0024] As can be seen in figure 2, for a healthy EMA, the measured motor speed corresponds to the EMA speed demand. For an unhealthy EMA, or at least an EMA that needs attention, however, the measured speed may not meet the engine speed demand, resulting in a discrepancy as shown in the graph in figure 3.
[0025] Um EMA não saudável, ou pelo menos um EMA que precisa de atenção, como o representado na figura 3, pode resultar devido a um aumento do arrasto dentro do EMA, talvez devido a uma falha de rolamento, ineficiência do parafuso ou eficiência da caixa de engrenagens, etc. causas não listadas aqui também podem resultar em maior arrasto dentro do EMA.[0025] An unhealthy EMA, or at least an EMA that needs attention like the one depicted in figure 3, may result due to increased drag within the EMA, perhaps due to bearing failure, screw inefficiency, or efficiency of the gearbox, etc. Causes not listed here may also result in increased drag within the EMA.
[0026] Um EMA não saudável, ou pelo menos um EMA que precisa de atenção, pode, portanto, ser definido como um EMA que está experimentando um certo nível de arrasto. Tal arrasto pode ser arrasto mecânico ou arrasto magnético. Como pode ser observado nas figuras 2 e 3, nesse caso, a velocidade medida não corresponde à demanda de velocidade do motor, ou pelo menos não corresponde dentro de certas faixas de tolerância.[0026] An unhealthy EMA, or at least an EMA that needs attention, can therefore be defined as an EMA that is experiencing a certain level of drag. Such drag can be either mechanical drag or magnetic drag. As can be seen in figures 2 and 3, in this case, the measured speed does not correspond to the motor speed demand, or at least it does not correspond within certain tolerance ranges.
[0027] Ao fornecer um método e sistema configurados para comparar a velocidade medida do motor com uma curva de demanda de velocidade do motor, é possível determinar se o EMA está ou não saudável ou não saudável (e experimentando arrasto), ou exige pelo menos atenção antes que se torne não saudável. Nesse exemplo, os novos sistema e método, portanto, usam um sensor de velocidade de motor existente para determinar se um EMA é saudável ou não.[0027] By providing a method and system set up to compare measured engine speed to an engine speed demand curve, it is possible to determine whether or not the EMA is healthy or unhealthy (and experiencing drag), or requires at least attention before it becomes unhealthy. In this example, the new system and method therefore use an existing engine speed sensor to determine whether an EMA is healthy or unhealthy.
[0028] Em outro exemplo, o método ou sistema pode usar um sensor de corrente existente para determinar se um EMA está saudável ou não.[0028] In another example, the method or system can use an existing current sensor to determine whether an EMA is healthy or not.
[0029] A Figura 4 mostra um EMA saudável. Como pode ser observado no gráfico que mostra a velocidade em relação ao tempo, a velocidade medida corresponde à demanda de velocidade. Conforme pode ser observado no gráfico ao lado, a corrente medida também corresponde à demanda atual.[0029] Figure 4 shows a healthy EMA. As can be seen in the graph showing speed against time, the measured speed corresponds to the speed demand. As can be seen in the graph on the side, the measured current also corresponds to the current demand.
[0030] Em uma situação em que o modo de operação está em degradação, mas, por exemplo, devido à adição de carga de atrito, as medições de corrente em relação à demanda ficarão comprometidas. Isso pode ocorrer devido a uma redução na tensão de alimentação, um aumento de forças desequilibradas devido a uma falha de rolamento ou um curto-circuito dos enrolamentos do motor.[0030] In a situation where the operating mode is degraded, but, for example, due to the addition of frictional load, current measurements in relation to demand will be compromised. This can occur due to a reduction in the supply voltage, an increase in unbalanced forces due to a bearing failure, or a short circuit of the motor windings.
[0031] Isso é mostrado nas figuras 5 e 6, nas quais são representadas as medições de dois EMAs que estão experimentando carga de atrito adicional. Ambos os EMAs estão passando por arrasto e, portanto, são classificados como EMAs não saudáveis ou pelo menos EMAs que precisam de atenção. Pode ser observado tanto no primeiro quanto no segundo gráficos de cada figura que há uma discrepância entre a demanda medida da velocidade e da corrente e a demanda da velocidade ou corrente. Uma comparação de uma corrente medida e uma velocidade medida pode, portanto, também fornecer evidências de um EMA que está experimentando arrasto.[0031] This is shown in figures 5 and 6, in which the measurements of two EMAs that are experiencing additional frictional load are represented. Both EMAs are undergoing drag and are therefore classified as unhealthy EMAs or at least EMAs in need of attention. It can be seen in both the first and second graphs of each figure that there is a discrepancy between the measured demand for speed and current and the demand for speed or current. A comparison of a measured current and a measured velocity can therefore also provide evidence of an EMA that is experiencing drag.
[0032] Em uma modalidade alternativa, o sensor que está sendo usado para monitorar a saúde do EMA pode compreender um sensor de voltagem. Quando o EMA experimenta arrasto, as leituras de tensão medidas serão diferentes de uma curva de demanda de tensão, indicando, desse modo, um EMA não saudável, ou pelo menos um EMA que precisa de atenção.[0032] In an alternative embodiment, the sensor being used to monitor the health of the EMA may comprise a voltage sensor. When the EMA experiences drag, measured voltage readings will differ from a voltage demand curve, thereby indicating an unhealthy EMA, or at least an EMA that needs attention.
[0033] Outros sensores que já são fornecidos em um EMA podem ser usados alternativamente.[0033] Other sensors that are already supplied in an EMA can be used alternatively.
[0034] Embora cada um desses sensores possa ser usado individualmente para determinar se um EMA está saudável ou não, a combinação dos resultados desses sensores também pode ser usada para identificar com mais precisão e eficiência um EMA não saudável ou um EMA que precisa de atenção.[0034] While each of these sensors can be used individually to determine whether an EMA is healthy or unhealthy, the combination of results from these sensors can also be used to more accurately and efficiently identify an unhealthy EMA or an EMA that needs attention .
[0035] Para um determinado EMA, o limite de corrente do inversor é definido para superar essa demanda nas piores condições. Por exemplo, as piores condições podem ser consideradas quando a temperatura está fria e, portanto, o arrasto pode ser mais alto, o que significa que há uma condição de carga mais exigente. Em contrapartida, em uma condição ideal, a velocidade medida do motor se alinhará com a demanda.[0035] For a given EMA, the inverter current limit is defined to overcome this demand in the worst conditions. For example, the worst conditions can be considered when the temperature is cold and therefore the drag can be higher, which means there is a more demanding load condition. By contrast, in an ideal condition, the measured engine speed will line up with the demand.
[0036] Um novo método para determinar a integridade de um EMA com o uso de sensores existentes que são normalmente encontrados em um EMA é mostrado na figura 7. Esse exemplo é descrito em relação ao uso de um sensor de velocidade e posição. Normalmente, para um EMA, a posição em relação ao tempo é medida. Ao medir tanto a posição em relação ao tempo quanto a velocidade em relação ao tempo, é possível construir a partir dessas duas curvas a curva que indica a velocidade em relação à posição. O método também pode, entretanto, ser realizado da mesma maneira com o uso de um sensor de corrente ou sensor de tensão, conforme descrito acima.[0036] A new method for determining the integrity of an EMA using existing sensors that are normally found in an EMA is shown in figure 7. This example is described in relation to the use of a velocity and position sensor. Typically, for an EMA, the position over time is measured. By measuring both position versus time and velocity versus time, it is possible to construct from these two curves the curve that indicates velocity versus position. The method can, however, also be carried out in the same way with the use of a current sensor or voltage sensor, as described above.
[0037] Os novos sistemas e métodos descritos no presente documento compreendem o uso de um perfil de velocidade de demanda em relação à posição de referência para investigar a integridade do sistema. Para isso, o sistema pode ser configurado para realizar as etapas do método 100 de gerar 110 uma curva de velocidade em relação à posição para um novo atuador eletricamente acionado. Essa curva de velocidade em relação à posição é usada posteriormente como curva de referência para monitorar e determinar a integridade do EMA. O método pode ainda compreender armazenar 120 a curva de referência em uma memória como referência. O método pode ainda compreender 130 limites que definem a curva além da qual uma bandeira de manutenção deve ser levantada. Ou seja, a curva deve ter limites de tolerância superiores e inferiores definidos. O método pode ainda compreender 140 definindo a frequência na qual futuros testes de saúde precisam ser realizados bem como as condições de teste. Ou seja, o método pode definir uma média, frequência e condição para medir a demanda de velocidade do sistema considerando condições de carga etc. que impactariam a curva na realidade. As tolerâncias máximas e mínimas que são aceitáveis devem ser consideradas. O método pode ainda compreender 150 medir a velocidade real do motor em relação à demanda de movimento para uma condição definida. O método pode ainda compreender 160 determinar se a curva gerada está dentro da curva de referência calculada definida para uma determinada condição de trabalho. Se a resposta for não, o método realiza a etapa 170 de fornecer um aviso de sinalização em um computador de manutenção e monitoramento contínuo. Se a resposta for sim, então, o método pode compreender a etapa 180 de não fazer nada. O método pode, então, repetir novamente a partir de 110.[0037] The new systems and methods described in this document comprise the use of a demand velocity profile in relation to the reference position to investigate the integrity of the system. To this end, the system can be configured to perform the steps of method 100 of generating 110 a velocity versus position curve for a new electrically driven actuator. This velocity versus position curve is later used as a reference curve to monitor and determine the health of the EMA. The method may further comprise storing 120 the reference curve in a memory as a reference. The method may further comprise 130 thresholds that define the curve beyond which a maintenance flag must be raised. That is, the curve must have defined upper and lower tolerance limits. The method may further comprise 140 defining the frequency at which future health tests need to be performed as well as the test conditions. That is, the method can define an average, frequency and condition to measure the system speed demand considering load conditions etc. that would impact the curve in reality. The maximum and minimum tolerances that are acceptable must be considered. The method may further comprise measuring the actual speed of the motor against the motion demand for a defined condition. The method may further comprise 160 determining whether the generated curve is within the defined calculated reference curve for a given working condition. If the answer is no, the method performs step 170 of providing a flag warning on an ongoing maintenance and monitoring computer. If the answer is yes, then the method may comprise step 180 of doing nothing. The method can then repeat again from 110.
[0038] Os exemplos descritos no presente documento permitem um aumento no monitoramento da integridade de EMAs que podem fornecer aviso prévio de falhas que se aproximam e que reduzem a interrupção de aeronaves em solo (AOG) e despacho. Ao aprimorar a capacidade de detecção de um componente com potencial de falha antes que ele falhe, é possível reduzir o AOG, pois o cliente pode planejar a substituição do hardware antes da falha do componente. Os exemplos também têm capacidade de utilizar o hardware de sistema existente sem a necessidade de detecção adicional.[0038] The examples described in this document allow for increased health monitoring of EMAs that can provide early warning of approaching failures and that reduce disruption to aircraft on the ground (AOG) and dispatch. By improving the ability to detect a potentially failing component before it fails, it is possible to reduce the AOG as the customer can plan for hardware replacement before the component fails. The examples are also capable of utilizing existing system hardware without the need for additional detection.
[0039] Embora a invenção tenha sido descrita com referência a uma modalidade exemplificativa (ou a modalidades exemplificativas), será entendido por aqueles versados na técnica que várias alterações podem ser feitas e equivalentes podem ser substituídos por elementos da mesma sem se afastar do escopo da invenção. Além disso, muitas modificações podem ser feitas para adaptar uma situação ou material particular aos ensinamentos da invenção sem se afastar do escopo essencial da mesma. Portanto, pretende-se que a invenção não seja limitada à modalidade particular divulgada (ou às modalidades particulares divulgadas), mas que a invenção inclua todas as modalidades que se enquadram no escopo das reivindicações anexas.[0039] Although the invention has been described with reference to an exemplary embodiment (or exemplary embodiments), it will be understood by those skilled in the art that various changes can be made and equivalents can be substituted for elements thereof without departing from the scope of the invention. Furthermore, many modifications can be made to adapt a particular situation or material to the teachings of the invention without departing from the essential scope thereof. Therefore, it is intended that the invention not be limited to the particular disclosed embodiment (or the particular disclosed embodiments), but that the invention include all embodiments that fall within the scope of the appended claims.
Claims (8)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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EP21275146.5 | 2021-10-05 |
Publications (1)
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BR102022018921A2 true BR102022018921A2 (en) | 2023-05-23 |
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