CN108780307B - 致动器设备以及相关联的计算器装置 - Google Patents

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Abstract

致动设备(10)包括与单独的控制电路和监视电路相关联的两个致动器。控制和监视板(31,41,131,141)。计算器(20,120)。

Description

致动器设备以及相关联的计算器装置
发明领域
本发明涉及控制致动器,并且尤其涉及控制关键致动器。
发明背景
飞行器,特别是直升机的飞行控制纳入了越来越多的电致动器,诸如举例而言,用于控制旋翼叶片的间距的电动液压致动器。用于控制该电动液压致动器的设备通常包括纳入控制电子卡和监视电子卡的计算装置。控制电子卡将来自飞行员的指令转换成电设定点,该电设定点经由有线控制电路来发送到致动器。电设定点导致致动器的杆延伸或缩回一确定量。监视电子卡通过有线监视电路连接到传感器以用于感测致动器杆的移动。基于来自控制卡和来自监视卡的信息,计算装置建立伺服控制回路,以便确保命令的正确操作。航空安全标准要求使用不同的资源来用于处理来自命令卡的信息和用于处理来自监视卡的信息。这些要求导致使用具有两个通道的计算装置。第一通道处理来自和去往控制卡的信息,而第二通道处理来自和去往监视卡的信息。这减小了两个卡之一或两个通道之一的故障的严重性。具体地,监视卡将检测控制元件(电路或卡)之一的故障,并且该监视电路的元件之一的故障不会导致丢失对致动器的控制。
为了使装备紧凑,控制卡经常负责控制多个致动器。此类卡一般具有多个处理器,每个处理器连接到专用于一个相应致动器的相应控制电路。监视卡也包括多个处理器,每个处理器连接到专用于一个相应致动器的相应监视电路。
具有这种监视和控制架构的控制设备被发现是可靠的,但是它们在开发、制造、以及维护它们元件中的每个元件方面表现出大量投资。用于开发和制造每张卡的累积时间要求部署昂贵的解决方案,以便满足飞机制造商关于反应性的要求。
发明目的
本发明的目的是减小开发、制造、和/或维护致动器设备的成本。
发明内容
为此,提供了一种致动器设备,其包括:至少第一致动器和第二致动器,该第一致动器和第二致动器设置有用于将它们分别连接到第一和第二控制电路以及连接到第一和第二监视电路的装置;以及具有两个独立的计算通道的计算装置,该计算装置包括:
设置有第一控制模块和设置有第一监视模块的第一控制和监视卡,以及设置有第二控制模块和设置有第二监视模块的第二控制和监视卡,这些卡基本相同。根据本发明,第一和第二控制模块分别被连接到第一和第二控制电路。第一监视模块被连接到第二监视电路,而第二监视模块被连接到第一监视电路。
因此,取代控制卡与监视卡并联地布置,执行不同的控制和监视功能的单个卡被使用两次,并且不会损害该设备的操作安全性。结果,仅需要开发一个卡,因此使得与具有两个不同卡的控制和监视架构相比,有可能将开发所需的资源减半。需要供制作计算装置的组件的单个制造单元,从而达成规模经济以及调动较少的生产资源。最后,简化了维护,因为不再需要存储控制卡以及监视卡两者,而仅需要存储单个卡。由于训练涉及单个卡,因此可以更快速和更有效地训练用于维护系统的代理。同样,需要较少量的特定工具。
术语“基本相同”或“相同”指定共同的硬件和软件基础。例如,仅在它们接收的组件的起源方面不同的两个卡在本申请的含义中是“基本相同”或“相同”的。在一对卡中的一张卡上存在或不存在对于操作而言不关键的元件,诸如举例而言,连接器、通风、和/或指示灯、或有线或无线通信模块的蜂鸣器不妨碍这些卡在本发明的含义中“基本相同”。
本发明还提供一种控制和监视卡,其中控制模块具有第一微控制器,并且其中监视模块包括第二微控制器。
有利地,控制和监视卡具有单个可编程逻辑电路,该逻辑电路被重新配置成提供第一逻辑阵列和第二逻辑阵列,第一逻辑阵列和第二逻辑阵列被分离并且分别对应于控制模块和对应于监视模块。
这种卡使得有可能使用单个现场可编程门阵列(FPGA)来执行该卡的命令功能和监视功能两者。除了在部署速度方面通过使用FPGA可获得的优势之外,在单个FPGA内创建两个分离的电路改进了该卡的可靠性。术语“分离”在本文中用于表示在没有交互的情况下的严格物理分离。
本发明还提供了一种具有两个独立计算通道的计算装置,第一计算通道设置有用于连接到第一控制电路和第一监视电路的装置,第二计算通道设置有用于连接到第二控制电路和第二监视电路的装置,该计算装置包括:
-设置有第一控制模块和设置有第一监视模块的第一控制和监视卡,以及设置有第二控制模块和设置有第二监视模块的第二控制和监视卡,这些卡基本相同;
-第一控制模块和第二控制模块用于分别连接到第一控制电路和连接到第二控制电路;
-第一监视模块用于连接到第二监视电路;以及
-第二监视模块用于连接到第一监视电路。
在阅读了下面的对本发明的特定、非限制性实施例的描述之后,本发明的其他特征及优点将变得显而易见。
附图简述
参见附图,在附图中:
-图1是本发明的致动器设备的图解视图;
-图2是本发明的计算装置的第一实施例的图解视图;
-图3是本发明的电子卡的第一实施例的图解视图;
-图4是本发明的电子卡的第二实施例的图解视图;以及
-图5是本发明的计算装置的第二实施例的图解视图。
发明详细描述
参照图1和图2,直升机——给定了整体参照标记1——包括致动器设备10,该致动器设备10包括计算装置20,该计算装置20具有连接到飞行控制器2的两个独立计算通道30和40。计算装置20被连接到第一电致动器50,以用于藉由第一控制电路51和第一监视电路52来调节主旋翼3的节距。计算装置20也被连接到第二电致动器60,以用于藉由第二控制电路61和第二监视电路62来调节抗扭旋翼4的节距。
第一计算通道30包括第一控制和监视卡31,其设置有第一控制模块32和第一监视模块33。
第二计算通道40包括第二控制和监视卡41,其设置有第二控制模块42和第二监视模块43。在该示例中,卡31和41是相同的。
参照图3,卡31包括接收第一微控制器71和第二微控制器72的印刷电路70。第一微控制器71通过印刷电路轨道73连接到两个模数转换器(ADC)连接器74和75并且还连接到RJ45连接器76。第二微控制器72通过印刷电路轨道77连接到两个ADC连接器78和79并且还连接到RJ45连接器80。相应的印刷电路轨道81和82为第一和第二微控制器71和72电气地供电。由第一微控制器71、其连接器74、75、和76以及其电源81一起构成的单元形成第一控制模块32。由第二微控制器72、其连接器78、79、和80以及其电源82一起构成的单元形成第一监视模块33。模块32和33是独立的,并且它们之间不共享任何连接。
第一控制模块32通过35引脚连接器34连接到第一控制电路51。第二控制模块42通过35引脚连接器44连接到第二控制电路61。
第一监视模块33通过35引脚连接器35连接到第二监视电路62。第二监视模块43通过35引脚连接器45连接到第二监视电路52。
当直升机1的飞行员在飞行控制器2上动作以便修改主旋翼3的节距时,第一卡31的第一控制模块32将电设定点53发送到第一控制电路51。随后,第一致动器50的杆开始移动。第一致动器50的杆的移动被测量并且以电信号54的形式来传送,该电信号54经由第一监视电路52来传递到第二卡41的第二监视电路43。随后,在第一致动器50的杆到达与由飞行员施加到飞行控制器2的指令相对应的位置时,计算装置20执行伺服控制循环并停止发送电设定点53。因此,计算装置20的第一通道30负责控制第一电致动器50,而计算装置20的第二通道40负责监视该电致动器50。
类似地,计算装置20的第二通道40的第二卡41的第二控制模块42负责控制第二致动器60。计算装置20的第一通道30的第一卡31的第一监视模块33负责监视第二致动器60。
因此获得了包括两个相同的通道30和40的计算装置20,同时仍然保留了针对给定致动器的控制功能与监视功能之间的不对称性。控制功能与监视功能之间的独立性是通过以下事实来达成的:对于给定致动器,这些功能不在计算装置20的相同通道上。随后,计算装置20满足关于独立和分离的功能的要求,从而使得有可能使用两个相同的卡31和41,两个相同的卡31和41与具有专用于控制的一个卡和专用于监视的另一个卡的计算装置相比,具有减少的开发、制造和维护成本。
在以下第二实施例的描述中,与上述那些元件相同或类似的元件被给予递增了一百的数字附图标记。
参照图4,第一控制和监视卡131包括:常规的可编程逻辑电路84——也称为FPGA;连接到可编程逻辑电路84的电源85;以及连接器174至176和178至180。可编程逻辑电路84包括可配置电路层86和静态随机存取存储器(SRAM)阵列层(未示出)。逻辑电路84的外围设置有输入/输出块87。在本发明中,可编程逻辑电路84被配置成提供第一控制逻辑阵列88和第一监视逻辑阵列89。该配置通过将布局和布线工具用于组织层86的各逻辑块来执行。如在图4中所示,可编程逻辑电路84被水平边界90分离成两个等效部分,互连均不通过该水平边界90。位于边界90上方的部分对应于第一控制逻辑阵列88,而位于边界90下方的部分对应于第二监视逻辑阵列89。该分离不需要任何物理操作并且出现在对可编程逻辑电路84的重新配置中,如存储在存储器阵列层中那样。输入/输出块87随后被细分成第一输入/输出块集合87.1和第二输入/输出块集合87.2,这些集合分别连接到第一控制逻辑阵列88和第二监视逻辑阵列89。两个逻辑阵列88和89涉及可编程逻辑电路84的不同块,并且此分离是在可编程逻辑电路84的初始配置期间建立的。
连接器174至176被连接到第一输入/输出块集合87.1,而连接器178至180被连接到第二输入/输出块集合87.2。可编程逻辑电路84是以如下方式来配置的:第一控制逻辑电路88执行与电致动器150的控制模块132相对应的操作,而第一监视逻辑阵列89执行与电致动器160的监视模块133相对应的操作。第一输入/输出块集合87.1和第二输入/输出块集合87.2分别被连接到连接器134和135。
参照图5,计算装置120拥有两个通道130和140,它们分别包括第一控制和监视卡131和与卡131相同的第二控制和监视卡141。
计算装置120被连接到第一电致动器150,以用于藉由第一控制电路151和第一监视电路152来调节主旋翼3的节距。计算装置120也被连接到第二电致动器160,以用于藉由第二控制电路161和第二监视电路162来调节抗扭旋翼4的节距。
以与卡131类似的方式,第二卡141包括可编程逻辑电路94,该可编程逻辑电路94被分离成分别被连接到第一输入/输出块集合97.1和第二输入/输出块集合97.2的第二控制逻辑阵列98和第二监视逻辑阵列99。第一输入/输出块集合97.1和第二输入/输出块集合97.2分别被连接到连接器144和145。
每个卡131和141还具有用于连接到飞行控制102的装置。
第一卡131的第一控制逻辑阵列88通过连接器134连接到第一控制电路151。第二控制逻辑阵列98通过连接器144连接到第二控制电路161。
第一监视逻辑阵列89通过连接器135连接到第二监视电路162。第二监视逻辑阵列99通过连接器145连接到第一控制电路52。
因此获得了包括两个相同的通道30和40的计算装置120,同时仍然保留了给定致动器的控制功能与监视功能之间的不对称性。控制功能与监视功能之间的独立性是通过以下事实来达成的:对于给定致动器,这些功能不在计算装置120的相同通道上。因此,计算装置120满足对于要独立和分离的功能的要求,以便在使用两个基本相同的卡131和141(与包括两个不同的卡的计算装置相比,对于两个基本相同的卡131和141而言,开发、制造和维护成本被减小了)时,能够获得减小的临界性。
当然,本发明不限于所描述的实施例,而是覆盖落在由所附权利要求限定的本发明的范围内的任何变型。
具体而言:
-尽管在这些示例中,致动器是用于调节旋翼节距的电动液压控制致动器,但是本发明同样适用于其他类型的致动器,诸如举例而言,用于展开起落架、用于打开舱门、用于控制风门、或用于移动副翼或襟翼的致动器、或者实际上是液压或气动的致动器;
-尽管在这些示例中,每个微控制器具有两个ADC连接器和一个RJ45连接器,但是本发明同样适用于其他类型的控制单元,诸如举例而言,与随机存取存储器(RAM)和/或只读存储器(ROM)可任选地相关联的微处理器、或者具有其他类型连接器的微控制器;
-尽管在这些示例中,计算装置藉由35引脚连接器来连接到控制或监视电路,但是本发明同样适用于将计算装置连接到控制和监视电路的其他方式,诸如举例而言,具有某个其他数目的引脚的连接器、或者用于串联或并联连接的连接器;
-尽管在这些示例中,致动器是通过有线连接来连接到控制和监视电路的,但是本发明同样适用于将致动器连接到控制和监视电路的其他方式,诸如举例而言,无线连接或经由单个现场总线的连接;
-尽管在这些示例中,可编程逻辑电路是FPGA类型的,但是本发明同样适用于其他类型的可编程逻辑电路,诸如举例而言,设置有闪存存储器的可擦除可编程逻辑器件(EPLD)、或者使用可熔互连的可编程阵列逻辑(PAL);以及
-尽管在这些示例中,本发明与致动两个致动器相关联地进行描述,但是本发明同样适用于致动两个以上致动器。

Claims (4)

1.一种致动器设备(10),所述致动器设备(10)包括:至少第一致动器(50)和第二致动器(60),所述第一致动器(50)和所述第二致动器(60)设置有用于将它们分别连接到第一控制电路(51)和第二控制电路(61)以及连接到第一监视电路(52)和第二监视(62)电路的装置;以及具有两个独立的计算通道的计算装置,所述计算装置包括:
设置有第一控制模块(32)和设置有第一监视模块(33)的第一控制和监视卡(31),以及设置有第二控制模块(42)和设置有第二监视模块(43)的第二控制和监视卡(41),所述第一监视和控制卡(31)和所述第二监视和控制卡(41)相同;
所述第一控制模块(32)和所述第二控制模块(42)分别被连接到所述第一控制电路(51)和所述第二控制电路(61);
所述第一监视模块(33)被连接到所述第二监视电路(62);以及
所述第二监视模块(43)被连接到所述第一监视电路(52)。
2.如权利要求1所述的致动器设备,其特征在于,所述每个控制和监视卡(31)中的所述控制模块(32)包括第一微控制器(71),并且其中每个控制和监视卡(31)中的所述监视模块(33)包括与所述第一微控制器不同的第二微控制器(72)。
3.如权利要求1所述的致动器设备,其特征在于,每个控制和监视卡(131)包括单个可编程逻辑电路(84),所述单个可编程逻辑电路(84)被配置成提供分离的、分别与控制模块(132)和与监视模块(133)相对应的第一逻辑阵列(88)和第二逻辑阵列(89)。
4.一种具有两个独立的计算通道(30,40,130,140)的计算器装置(20,120),所述计算通道(30,40,130,140)设置有用于将其连接到至少第一控制电路(51,151)和第二控制电路(61,161)和连接到第一监视电路(52,152)和第二监视电路(62,162)的装置,所述计算器装置(20,120)至少包括:
设置有第一控制模块(32,132)和设置有第一监视模块(33,133)的第一控制和监视卡(31,131),以及设置有第二控制模块(42,142)和设置有第二监视模块(43,143)的第二控制和监视卡(41,141),所述第一控制和监视卡(31,131)和所述第二控制和监视卡(41,141)相同;
所述第一控制模块(32,132)和所述第二控制模块(42,142)用于分别连接到所述第一控制电路(51,151)和连接到所述第二控制电路(61,161);
所述第一监视模块(33,133)用于连接到所述第二监视电路(62,162);以及
所述第二监视模块(43,143)用于连接到所述第一监视电路(52,152)。
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