CN105035309A - 用于飞行器操纵面的致动器系统 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种致动器系统(1)、位置伺服链(2)、电飞行控制系统(7)、包括电飞行控制系统(7)的飞行器以及一种用于控制构成致动器系统(1)的一部分的致动器(4)的方法。致动器系统(1)包括致动器(4)、致动器(4)的控制单元(5)、接收元件(17)和限制单元(18)，其中，致动器(4)被配置成根据接收的致动命令而产生操纵面上的力，控制单元(5)被配置成计算致动器(4)的致动命令，接收元件(17)用于接收由致动器(4)产生的力的当前值，限制单元(18)被配置成根据力的当前值而减少控制单元(5)的控制权限以及将致动器(4)的力限制到预定的设定点值。

Description

用于飞行器操纵面的致动器系统
技术领域
本发明涉及一种用于飞行器操纵面的致动器系统以及用于控制这样的致动器系统中的致动器的方法。
背景技术
已知的是，飞行器尤其运输机的电飞行控制系统控制能够产生操纵面运动(例如绕轴旋转)的致动器以驾驶飞机，操纵面诸如是升降舵、航向舵或副翼。
本发明应用于意在致动这样的飞行器操纵面的致动器。该致动器可以是液压动力伺服控制。该致动器还可以是尤其EHA(“电静液致动器”)类型的电静液致动器或者尤其EBHA(“电气备用液压致动器”)类型的电气备用液压致动器。
然而，操纵面致动器应当在不被损坏并且不损坏其所作用或所安装的结构的情况下符合性能需求(速度和力以应对施加在相关操纵面上的空气动力力)。
由于其技术，这样的致动器能够局部地产生比其操作所需的最高水平更多的力。因此存在的风险是，其上安装有致动器的结构受到比尺寸设计水平更大的力。因此，为了保护该结构，致动器通常配备有用于控制力的无源机械装置，即限制由致动器产生的力的PRV(减压阀)类型的过压阀。
然而，利用这样的装置，由致动器产生或占用的力取决于致动器的速度。因此，由于取决于致动器的速度，当由致动器产生或占用的力大于可以由相关结构支持的力时，无源力控制装置是不足够的。
由致动器产生或占用的过大力可以尤其通过致动器的控制故障、与另一面接触、装载另一致动器或其他外部环境来产生。
发明内容
本发明涉及一种用于飞行器操纵面的致动器系统，本发明的目的是克服上述缺点。
为此，根据本发明，所述致动器系统包括：
-至少一个致动器，其被配置成根据接收的致动命令而产生力；以及
–用于致动器的控制单元，其被配置成一方面接收操纵面的位置指示和控制信号，以及另一方面借助所述控制信号和所述位置指示来计算致动命令，所述致动命令被传送到所述致动器，
值得注意的是，其包括用于接收由致动器产生的力的当前值的接收元件，并且控制单元包括被配置成限制和控制由致动器产生的力的限制单元，所述限制单元包括：
-第一单元，其被配置成根据力的所述当前值减少控制单元的控制权限；以及
-第二单元，其被配置成将致动器的力限制到预定设定点值。
因此，借助本发明，限制单元使得能够以主动方式限制和控制由致动器产生的(或占用的)力，同时在必要的情况下减少控制权限，并且如下文详细说明的那样将力限制到预定设定点值，从而能够克服上述缺点。因此获得了设置有这样的致动器的致动器系统：该致动器能够符合性能要求而不会受到损坏以及不损坏其所作用或所安装的结构。
在本发明的框架内，出于简化的原因，由致动器“产生”的力可以与由致动器产生的(或造成的)力以及由致动器占用的力相对应。
在优选的实施方式中，(限制单元的)第一单元包括：
-被配置成根据从接收元件接收的、力的所述当前值和预定增益表来计算增益值的计算元件；以及
-被配置成在将(如此修改的)致动命令传送到所述致动器之前将所述增益施加到所述致动命令的计算元件。
此外，有利地，(限制单元的)第二单元包括：
-第一计算元件，用于将从接收元件接收的力的当前值与所述设定点值进行比较；
-第二计算元件，用于如果力的所述当前值大于所述设定点值则计算修正项；以及
-第三计算元件，用于在将(如此修改的)致动命令传送到所述致动器之前将修正项施加到所述致动命令。
此外，在特定的实施方式中，所述致动器系统还包括激活单元，激活单元包括：
-辅助接收元件，其被配置成接收与能够关联于所述致动器的至少一个运动有关的至少一个参数的当前值；
-验证元件，其被配置成至少借助所述当前值验证是否满足至少一个激活条件；以及
-激活元件，其被配置成当所述至少一个激活条件被满足时激活第一和第二单元。
此外，有利地，所述致动器系统还包括至少一个传感器，其被配置成测量由致动器产生的当前力和传送相应的当前值。
本发明还涉及用于飞行器尤其运输机的操纵面(副翼、方向舵、升降舵等)的位置的伺服链。该伺服链包括：
-所述操纵面，该操纵面是可移动的，并且该操纵面的位置由至少一个致动器调节；
-至少一个位置传感器，其测量所述操纵面的有效位置并且发送与该有效位置相对应的位置指示；
-所述致动器，其被配置成根据接收的致动命令产生力以调节操纵面的位置；以及
-致动器的控制单元，其被配置成一方面接收控制信号和所述位置指示，以及另一方面借助所述控制信号和所述位置指示计算致动命令，所述致动命令被传送到所述致动器，
值得注意的是，所述致动器和所述控制单元构成如上述的致动器系统的一部分。
本发明还涉及一种飞行器的电飞行控制的系统，所述系统包括用于为飞行器的至少一个操纵面产生控制信号的至少一个控制单元，以及至少一个用于如上述的该操纵面的位置的伺服链。
本发明还涉及一种飞行器，尤其运输机，其包括如上文所述的致动器系统、伺服链和/或电飞行控制系统。
此外，本发明还涉及一种用于控制构成飞行器操纵面的致动器系统的一部分的致动器的方法，所述操纵面是可移动的并且其位置通过由致动器产生的力来调节，所述致动器被配置成根据接收的致动命令产生力。
根据本发明，所述方法包括以下步骤：
-接收操纵面的位置指示和控制信号；以及
-借助所述控制信号和所述位置指示计算致动命令，所述致动命令被传送到所述致动器，
值得注意的是，其还包括接收由致动器产生的力的当前值的步骤，以及限制和控制由致动器产生的力的限制步骤，该限制步骤包括：
-根据力的所述当前值减少用于致动致动器的控制权限；以及
-将致动器的力限制到预定设定点值。
在优选的实施方式中，所述方法包括以下激活步骤：
-接收与能够关联于致动器的至少一个运动有关的至少一个参数的当前值；
-至少借助该当前值来验证是否满足至少一个激活条件；以及
-如果所述至少一个激活条件被满足则激活(或触发)限制步骤的实施。
附图说明
附图将阐明可以体现本发明的方式。在这些附图中，相同的附图标记表示相似的元件。
图1是根据本发明的致动器系统的特定实施方式的示意图；
图2示意性地示出了应用本发明的电飞行控制系统；
图3示意性地示出了构成图1的致动器系统的一部分的装置；
图4是能够解释由致动器系统实现的功能的图。
具体实施方式
图1中示意性示出的说明本发明的致动器系统1旨在致动(也就是说移动，尤其转动)飞行器(未示出)尤其运输机的操纵面3(图2)，以尤其驾驶飞行器。
该致动器系统1包括：
-致动器4，其被配置成根据接收的致动命令以常用准方式产生力；以及
-致动器4的控制单元5，其被配置成：
·一方面，接收操纵面3的位置指示和控制信号，以及
·另一方面，借助所述控制信号和所述位置指示计算致动命令，所述致动命令经由链路6被传送到所述致动器4。
致动器系统1构成(图2中所示的)位置伺服链2的一部分。操纵面3(例如副翼、扰流器、升降舵、方向舵等)通过伺服链2在位置上被伺服。
以常用方式，该伺服链2构成飞行器的电飞行控制系统7的一部分，并且包括：
-所述操纵面3(图2中部分示出)，如图2中双箭头B所示，操纵面3通过偏离是可移动的，并且操纵面3相对于飞行器的结构的位置由致动器4调节；
-所述致动器4，其例如通过作用在操纵面3上的杆8、根据通过链路6接收的至少一个致动命令来调节所述操纵面3的位置；
-至少一个传感器9，其测量所述操纵面3的有效位置。为此，这可以是与操纵面3直接相关联的、例如RVDT(旋转可变差动传感器)类型的传感器9，和/或未示出的、例如LVDT(线性可变差动传感器)类型的传感器，传感器9例如测量致动器4的杆8的移动；以及
-控制单元5，其例如构成飞行控制计算机的一部分。
该控制单元5：
-通过链路11，从常用控制单元10接收控制信号。该控制单元10是用于产生控制信号的常用单元并且包括例如能够由飞行器驾驶员致动的控制杆以及惯性传感器。
-通过链路13、经由模拟或数字类型的输入来接收指示由传感器或传感器9测量的有效位置的位置指示；
-借助集成计算组件12、以常用方式制定操纵面3的致动命令。该计算组件12包含针对该制定的驾驶规则和用途，尤其是从所述控制单元10接收的控制信号(例如涉及驾驶员在控制杆上的动作)，以及从传感器9接收的位置指示；以及
-通过链路6、经由模拟或数字类型的输出，将(以伺服控制形式的)该致动命令传送到致动器4的控制装置(例如伺服阀或电机)。
如图1所示，计算组件12以常用形式包括：
-计算元件14，其计算通过链路11接收的控制信号和通过链路13接收的位置指示之间的差值；
-计算元件15，其将该差值乘以增益；以及
-计算元件16，其过滤由计算元件15提供的结果。
计算元件16产生表示致动命令的电流。
计算部件12因此通过链路11接收(电)控制信号并且将该电控制信号转换成致动命令，例如用于致动器4的电机的(速度)设定点值。
电飞行控制的系统7包括用于为至少一个操纵面3产生控制信号的至少一个控制单元10，以及该操纵面3的至少一个位置伺服链2。
根据本发明，所述致动器系统1还包括用于接收由致动器4产生的力的当前值的元件(链路17)。
此外，根据本发明，控制单元5包括被配置成限制和控制由致动器4产生的力的限制单元18。如图3所示，该限制单元18包括：
-单元20，其被配置成根据力的所述当前值减少控制单元5的控制权限；以及
-单元21，其被配置成将致动器4的力限制到设定点值。
所述致动器系统1还包括至少一个传感器19，传感器19被配置成测量由致动器4产生的当前力并且(经由链路17)传送相应的当前值。该传感器19可以例如是压电传感器或LVDT(线性可变差动传感器)类型的传感器。
因此，致动器系统1具有限制单元18，限制单元18能够以主动方式在操纵面3上限制和控制由致动器4产生的力，同时如有需要减少控制权限，以及同时将力限制到预定设定点值。因此获得了设置有致动器4的致动器系统1，致动器4使得能够符合性能要求而不会受到损坏并且不损坏其所作用或所安装的结构。
此外，如图3所示，限制单元18的单元20包括：
-计算元件22，其被配置成根据预定的(记录的)增益表以及经由链路17接收的力的所述当前值来计算增益G的值；以及
-计算元件23，其被配置成将(由计算元件22产生的)增益G施加到经由计算组件12的链路25接收的致动命令。
计算元件23将表示(由计算部件12产生的)致动命令的值乘以增益G。
根据如图4所示的预定值E1和E2以及(经由链路17接收的)力的当前值E，增益G(或减少系数)表现出在1和小于1的值V1(该值V1可能等于0但不一定)之间的值。
因此：
-只要力的值E小于或等于第一预定值E1，则增益等于1，也就是说，经由链路25接收(且乘以1)的致动命令保持不变；
-当力的值E从第一值E1变化到(大于值E1的)第二预定值E2时，增益G从1变化到小于1的值V1(如图4所示，该值V1可能等于0，但不一定)。在图4的示例中该变化是线性的。其还可以表现出另一形式。在这种情况下，致动命令被所述增益G减少；以及
-如果力的当前值E大于或等于值E2，则增益G为0，也就是说，致动命令变为0。
根据经验、尤其通过计算此后通过试验提炼的理论值，确定值E1和E2以及这些值E1和E2之间的曲线G的演变。
此外，如图3所示，限制单元18的单元21包括：
-计算元件26，用于将由致动器4产生的力的当前值与(通过链路29接收的)力的所述设定点值进行比较并且用于如果当前值大于设定值则计算修正项；以及
-计算元件30，用于将所述修正项施加到从单元20的计算元件23接收的所述致动命令。
计算元件30将修正项增加到所接收的致动命令。
该修正项：
-为0，只要力的当前值小于或等于设定值；以及
-当力的当前值大于设定值时，变为负(或正，这取决于所使用的符号协定)以将致动器4的力限制到设定点值。
通过链路29接收并且例如被存储在致动器系统1的存储器中的所述力设定点值，适合于所设想的应用。优选地，其是根据经验、尤其通过计算此后通过试验提炼的理论值来确定的。
在特定实施方式中，如图3所示，计算元件26包括用于计算力的当前值和力的设定值之间的差值的装置27以及修正和限制装置28。
此外，如图2和图3所示，致动器系统1还包括激活单元31，激活单元31包括：
-接收元件(链路32)，用于接收与能够关联于所述致动器4的运动有关的至少一个参数的当前值。激活单元31还可以包括用于测量该参数的测量元件；
-验证元件33，其被配置成借助经由链路32接收的所述当前值、验证是否满足至少一个激活条件(否则，非激活情况获胜)；以及
-激活元件34和35，其经由链路36连接到验证元件33并且被配置成当所述至少一个激活条件被满足时激活单元20和21。
激活元件34和35是开关装置，其由验证元件33经由链路36控制。更确切地：
-激活元件34将计算装置23的第二输入：
·在非激活情况下，带到值1(使得由计算组件12计算的并且经由链路25在第一输入处接收的致动命令保持不变)；以及
·在激活情况下，带到计算元件26的输出；以及
-激活元件35将计算装置30的第二输入：
·在非激活情况下，带到值0(使得计算元件23的第一输入处接收的致动命令保持不变)；以及
·在激活情况下，带到计算元件26的输出。
其当前值经由链路32接收的、与能够关联于所述致动器4的运动有关的参数，可以是测量操纵面3的运动或致动器4的杆8的运动或任何其他结构元件的运动(或表示运动的)的参数，其运动(或移动)与操纵面3的、由致动器4产生的运动有关。这可以例如是检测飞行器襟翼的运动的参数，其移动由通过致动器4移动的扰流器(操纵面3)所跟随。
此外，所述致动器4可以是液压动力伺服控制。致动器4还可以是尤其EHA(“电静液致动器”)类型的电静液致动器，其以通常方式包括电子模块、电机、水力泵、过压阀、液压升降龙骨墩和液压油缸。电子模块中的本地伺服将控制电流转换成利用由飞行器提供的电力来驱动水力泵的电机的速度设定点。泵随后本地产生水力以移动液压油缸。当致动器4以电模式工作，致动器4还可以是EBHA(“电气备用液压致动器”)类型的电气备用液压致动器。该EBHA致动器是混合致动器，其包括EHA类型的电静液致动器和常用水力伺服控制的特性。在标称情况下(无故障)，EBHA致动器作为标准伺服控制而工作。另一方面，在影响水力模式的故障的情况下，该EBHA致动器转到电模式并且作为EHA致动器而工作。
致动器系统1的限制单元18因此使得能够在交互力大于可由相关结构支持的力的情况下限制和控制致动器4的力。该限制单元18嵌套在用于操纵面3的位置控制环中。限制单元18执行两个功能，即：
-减少位置伺服环的控制权限；以及
-制定将致动器4的力调节到设定点值的新的控制。
在本发明的框架内，包含限制单元18的控制单元5可以构成致动器4的一部分或可以集成到计算机尤其飞行控制计算机中。
本发明可以应用于各种飞行操纵面致动器，并且尤其应用于运输机的扰流器的致动器。
已知的是，在运输机上，在襟翼的展开期间或收回期间，相关的扰流器跟随襟翼以保持襟翼前缘与其后缘之间的缝隙。然而，一个或一系列故障可以使扰流器与襟翼接触并且因此在襟翼收回期间在结构中产生相当大的力。这些力如果不被管理则会对结构产生损害。在这样的应用中，限制单元18的目标因此是减少位置伺服环的控制权限(其将扰流器(操纵面3)带到错误位置)以及根据致动器4的力制定新的控制，并且这将允许扰流器(操纵面3)的扩展，同时将力调节到设定点值。

Claims (8)

1.一种用于飞行器的操纵面的致动器系统，所述系统(1)包括：
-至少一个致动器(4)，其被配置成根据接收的致动命令而产生力；以及
-所述致动器(4)的控制单元(5)，其被配置成一方面接收所述操纵面(3)的位置指示和控制信号，以及另一方面借助所述控制信号和所述位置指示来计算致动命令，所述致动命令被传送到所述致动器(4)，
所述系统包括至少一个传感器(19)和接收元件(17)，所述传感器(19)被配置成测量由所述致动器(4)产生的当前力并且传送相应的当前值，所述接收元件(17)用于接收由所述致动器(4)产生的所述力的当前值，并且其中，所述控制单元(5)包括被配置成限制和控制由所述致动器(4)产生的力的限制单元(18)，所述限制单元(18)包括：
-第一单元(20)，其被配置成根据所述力的当前值来减少所述控制单元(5)的控制权限；以及
-第二单元(21)，其被配置成将所述致动器(4)的力限制到预定的设定点值，
其中，所述第一单元(20)包括：
-被配置成根据预定增益表以及从所述接收元件(17)接收的所述力的当前值来计算增益值的计算元件(22)；以及
-被配置成在将所述致动命令传送到所述致动器(4)之前将所述增益施加到所述致动命令的计算元件(23)。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第二单元(21)包括：
-第一计算元件(26)，用于将从所述接收元件(17)接收的所述力的当前值与所述设定点值进行比较；
-第二计算元件(26)，用于如果所述力的当前值大于所述设定点值则计算修正项；以及
-第三计算元件(30)，用于在将所述致动命令传送到所述致动器(4)之前将所述修正项施加到所述致动命令。
3.根据权利要求1和2中的任一项所述的系统，还包括激活单元(31)，所述激活单元(31)包括：
-辅助接收元件(32)，其被配置成接收与能够关联于所述致动器(4)的至少一个运动有关的至少一个参数的当前值；
-验证元件(33)，其被配置成至少借助所述当前值来验证是否满足至少一个激活条件；以及
-激活元件(34，35)，其被配置成在所述至少一个激活条件被满足时激活所述第一单元(20)和所述第二单元(21)。
4.一种用于飞行器的操纵面的位置伺服链，所述伺服链(2)包括：
-所述操纵面(3)，其是能够移动的，并且其位置由至少一个致动器(4)调节；
-至少一个位置传感器(9)，其测量所述操纵面(3)的有效位置并且发送与该有效位置相对应的位置指示；
-所述致动器(4)，其被配置成根据接收的致动命令而产生力，以调节所述操纵面(3)的位置；以及
-所述致动器(4)的控制单元(5)，其被配置成一方面接收控制信号和所述位置指示，以及另一方面借助所述控制信号和所述位置指示来计算致动命令，所述致动命令被传送到所述致动器(4)，
其中，所述致动器(4)和所述控制单元(5)构成如权利要求1至3中的任一项所述的致动器系统(1)的一部分。
5.一种飞行器的电飞行控制的系统，所述系统(7)包括用于为所述飞行器的至少一个操纵面(3)产生控制信号的至少一个控制单元(10)以及用于该操纵面(3)的至少一个位置伺服链，其中，所述伺服链(2)是如权利要求4所述的伺服链。
6.一种飞行器，其包括如权利要求5所述的电飞行控制的系统(7)。
7.一种用于控制构成飞行器的操纵面(3)的致动器系统(1)的一部分的致动器(4)的方法，所述操纵面(3)是能够移动的并且其位置通过由所述致动器(4)产生的力来调节，所述致动器(4)被配置成根据接收的致动命令而产生力，所述方法包括以下步骤：
-接收所述操纵面(3)的位置指示和控制信号；以及
-借助所述控制信号和所述位置指示来计算致动命令，所述致动命令被传送到所述致动器(4)，
所述方法还包括接收由所述致动器(4)产生的力的当前值的步骤以及限制和控制由所述致动器(4)产生的力的限制步骤，所述限制步骤包括：
-根据所述力的所述当前值来减少用于致动所述致动器(4)的控制权限；以及
-将所述致动器(4)的力限制到预定的设定点值。
8.根据权利要求7所述的方法，其包括激活步骤，该激活步骤包括：
-接收与能够关联于所述致动器(4)的至少一个运动有关的至少一个参数的当前值；
-至少借助所述当前值来验证是否满足至少一个激活条件；以及
-如果所述至少一个激活条件被满足，则激活限制步骤的实施。
CN201510169338.4A 2014-04-16 2015-04-10 用于飞行器操纵面的致动器系统 Active CN105035309B (zh)

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