FR2893911A1 - Procede et dispositif de detection de pannes oscillatoires dans une chaine d'asservissement en position d'une gouverne d'aeronef - Google Patents

Abstract

- Procédé et dispositif de détection de pannes oscillatoires dans une chaîne d'asservissement en position d'une gouverne d'aéronef.- Le dispositif de détection (1) comporte des moyens (19) pour estimer, à l'aide d'un ordre de commande de gouverne, une position théorique correspondant à une position de référence de la gouverne, des moyens (21) pour calculer la différence entre cette position théorique et une position effective mesurée par un capteur de manière à former une valeur résiduelle, et des moyens (23) pour comparer cette valeur résiduelle à une valeur de seuil et réaliser un comptage des dépassements de cette valeur de seuil afin de détecter une panne oscillatoire.

Description

1 La présente invention concerne un procédé et un dispositif de détection

de pannes oscillatoires dans au moins une chaîne d'asservissement en position d'une gouverne d'aéronef, ainsi qu'un système de commandes de vol électriques comportant un tel dispositif de détection.

La présente invention s'applique à une chaîne d'asservissement : qui est destinée à asservir en position tous types de gouverne d'aéronef, tels que des ailerons, des spoilers ou une gouverne de profondeur par exemple ; qui fait partie d'un système de commandes de vol électriques de l'aéro- nef ; et qui comporte : • ladite gouverne qui est mobile, et dont la position par rapport à l'aéronef est réglée par au moins un actionneur ; • ledit actionneur qui règle la position de ladite gouverne, en fonction d'au moins un ordre d'actionnement reçu ; • au moins un capteur qui mesure la position effective de ladite gouverne ; et • un calculateur qui élabore un ordre d'actionnement de la gouverne, transmis audit actionneur, à partir de ladite position effective mesu- rée et d'un ordre de commande calculé à partir de l'action du pilote sur un manche de commande et de l'état inertiel de l'aéronef. On sait qu'une telle chaîne d'asservissement comporte des composants électroniques qui sont susceptibles, en mode défaillant, d'engendrer un signal parasite qui peut faire osciller la gouverne asservie. Un phénomène de ce type est appelé "panne oscillatoire". 2

On sait de plus que, lorsqu'une telle panne oscillatoire présente une fréquence qui est située à l'intérieur de la bande passante de l'actionneur, elle a pour effet : d'engendrer des charges importantes sur la structure de l'aéronef, ce qui rend nécessaire un renforcement de cette structure ; d'engendrer des charges excessives en cas d'excitation d'un des modes propres de vibration de l'aéronef (phénomène de résonance, couplage aéroélastique), ce qui peut entraîner, dans le cas extrême, la destruction de l'aéronef ; d'accélérer la fatigue du ou des actionneurs utilisés ; et de réduire le confort des passagers de l'aéronef. La couverture complète de telles pannes oscillatoires nécessiterait des renforcements de structures de l'aéronef trop coûteux. En pratique, l'aéronef est conçu pour absorber des pannes oscillatoires d'une certaine amplitude, en fonction de la fréquence. Aussi, des surveillances doivent être mises en place pour garantir que les vibrations de l'aéronef restent à l'intérieur d'une enveloppe prédéterminée en amplitude/fréquence. Toutefois, les solutions usuelles pour réaliser une telle surveillance présentent une forte dépendance par rapport : ù au matériel utilisé ; - au type de loi de pilotage de l'aéronef (fonction de la souplesse ou non de ce dernier) ; - au système d'acquisition et de génération du calculateur ; et - aux modes de panne dudit calculateur.

Par conséquent, à une famille particulière d'aéronefs correspond à chaque fois une solution usuelle particulière, qui ne présente pas de garantie d'être applicable à une autre famille d'aéronefs, existante ou future. De plus, les solutions de surveillance usuelles présentent généralement une couverture restreinte, en ne réalisant le plus souvent qu'une 3

détection des oscillations engendrées par un composant particulier de la chaîne d'asservissement. La présente invention a pour objet de remédier à ces inconvénients. Elle concerne un procédé, qui est particulièrement robuste et qui est applicable à tout type d'aéronef à commandes de vol électriques, pour détecter au moins une panne oscillatoire dans au moins une chaîne d'asservissement en position d'au moins une gouverne de l'aéronef, en particulier d'un avion de transport, ledit procédé permettant de détecter une panne oscillatoire d'une amplitude minimale en un nombre de périodes li- mitées, et ceci quelle que soit la fréquence de cette panne oscillatoire. A cet effet, selon l'invention, ledit procédé de détection d'au moins une panne oscillatoire dans au moins une chaîne d'asservissement en position d'au moins une gouverne d'un aéronef, ladite chaîne d'asservissement faisant partie d'un système de commandes de vol électriques de l'aéronef et comportant : ladite gouverne qui est mobile, et dont la position par rapport à l'aéronef est réglée par au moins un actionneur ; ledit actionneur qui règle la position de ladite gouverne, en fonction d'au moins un ordre d'actionnement reçu ; au moins un capteur qui mesure la position effective de ladite gouverne ; et un calculateur qui élabore un ordre de commande de gouverne, qui reçoit ladite position effective mesurée et qui en déduit un ordre d'actionnement qui est transmis audit actionneur, est remarquable en ce que l'on réalise, de façon automatique et répétitive, la suite d'étapes successives suivante : a) on estime, à l'aide dudit ordre de commande de gouverne qui alimente un modèle dudit actionneur, une position théorique correspondant à une position de référence de ladite gouverne en l'absence de panne ; 4

b) on calcule la différence entre ladite position théorique estimée à l'étape a) et la position effective mesurée par ledit capteur de manière à former une valeur résiduelle ; et c) on compare cette valeur résiduelle à au moins une valeur de seuil prédé- terminée, on réalise un comptage de tous les dépassements successifs et alternés de ladite valeur de seuil prédéterminée par ladite valeur résiduelle, et, dès que le nombre résultant dudit comptage devient supérieur à un nombre prédéterminé, on détecte une panne oscillatoire qui représente un signal périodique de type sinusoïdal, dont la fréquence, 70 l'amplitude et la phase suivent une loi uniforme (c'est-à-dire ne présen- tent pas de valeurs privilégiées). Ainsi, grâce à l'invention, on compare le fonctionnement réel de la chaîne d'asservissement surveillée (qui est illustré par la position effective mesurée), à un fonctionnement idéal attendu hors panne (qui est illustré 15 par ladite position théorique), ce qui permet de mettre en évidence toute panne oscillatoire lorsqu'elle survient. Cette comparaison est effectuée en calculant une valeur résiduelle précisée ci-dessous. Par conséquent, grâce à l'invention, on est en mesure de détecter, dans la chaîne d'asservissement surveillée, toute panne oscillatoire d'une 20 amplitude minimale donnée en un nombre de périodes donné, comme précisé ci-dessous. De plus, cette détection est particulièrement robuste, puisqu'elle ne provoque pas de fausses alarmes en principe. En outre, le procédé conforme à l'invention permet de détecter tous les modes de défaillance existant dans une chaîne d'asservissement, 25 et il est applicable à tout type d'aéronef. Dans un mode de réalisation particulier, à l'étape c), avant de réaliser le comptage, on décompose ladite valeur résiduelle, par exemple à l'aide d'au moins un filtre numérique récursif, en au moins une bande de fréquences de manière à optimiser le comptage en traitant une valeur ré- siduelle débruitée, de filtrer les très basses fréquences pour lesquelles on ne souhaite pas réaliser de détection. Ceci permet d'éliminer tous les signaux parasites en dehors de ladite bande de fréquences pour améliorer la robustesse du procédé conforme à l'invention. De préférence, on dé- compose ladite valeur résiduelle en une pluralité de bandes de fréquences différentes. Le comptage s'effectue dans une fenêtre temporelle limitée, afin de ne pas accumuler des dépassements de seuils parasites transitoires et afin de ne pas compter les oscillations basses fréquences qui sont détectées par d'autres procédés usuels. Ce mode de réalisation particulier permet d'optimiser la détection d'une panne oscillatoire, en réalisant le traitement de la valeur résiduelle uniquement dans une ou plusieurs fenêtres temporelles dans lesquelles les dépassements de valeur de seuil sont représentatifs d'une panne oscilla- i 5 toire recherchée. De plus, par cette décomposition en bandes de fréquences, il est également possible de prévoir des niveaux de panne différents en fonction de la bande de fréquences. Cette dernière caractéristique per-met d'améliorer la robustesse du procédé de détection conforme à l'invention. 20 Dans un premier mode de réalisation simplifié, à l'étape a), pour estimer la position théorique à un instant courant n, on utilise un modèle simplifié qui intègre une vitesse qui résulte de la conversion en vitesse d'un courant i(n) qui est déterminé à partir de l'expression suivante : i(n) = K.[o(n) û s(n-1)] 25 clans laquelle : - K est un gain d'asservissement prédéterminé ; - o(n) est une position correspondant audit ordre de commande de gouverne ; et 6

s(n-1) est la position théorique estimée à un instant n-1 précédant l'instant courant n. En outre, dans un second mode de réalisation préféré, à l'étape a), pour estimer la position théorique, on intègre une vitesse v qui est cal- culée à partir des expressions suivantes : [v = vc.Cp [Cp = J(AP ù Pc ù [(Fa + Ka.v2) / Sa )) / A Pref dans lesquelles : ù vc est une vitesse commandée par ledit calculateur ; ù AP est une pression d'alimentation différentielle aux bornes de l'action- neur ; Pc est une pression d'ouverture de clapets d'isolation de l'actionneur ; Fa représente des forces aérodynamiques appliquées sur la gouverne ; Ka.v2 représente un effort particulier, précisé ci-dessous, qui est engendré par l'actionneur ; Sa représente la surface d'une section transversale d'un piston de l'actionneur ; et APref représente une valeur de pression prédéterminée. Par ailleurs, avantageusement, à l'étape c) on réalise le comptage : dans le cas d'une panne liquide précisée ci-dessous, autour d'une valeur nulle ; et dans le cas d'une panne solide également précisée ci-dessous, autour d'une valeur correspondant à l'opposé de la valeur de la position théorique déterminée à l'étape a). Bien entendu, en prévoyant simultanément les deux types de comptage précédents, on est en mesure de détecter tous types de pannes, à la fois des pannes liquides et des pannes solides.

En outre, avantageusement, en cas de détection d'une panne oscillatoire à l'étape c), on peut également déterminer de plus : - la nature (solide, liquide) de cette panne oscillatoire ; et/ou - la fréquence de ladite panne oscillatoire.

La présente invention concerne également un dispositif de détection d'au moins une panne oscillatoire dans au moins une chaîne d'asservissement en position (du type précité) d'au moins une gouverne (aileron, spoiler, gouverne de profondeur, gouverne de direction) d'un aéronef, en particulier d'un avion de transport. Comme indiqué précédemment, dans le cadre de la présente invention, on considère qu'une panne oscillatoire est un signal périodique de type sinusoïdal, dont la fréquence, l'amplitude et la phase suivent une loi uniforme, c'est-à-dire n'ont pas de valeurs privilégiées. Selon l'invention, ledit dispositif de détection est remarquable en ce qu'il comporte : des premiers moyens pour estimer, à l'aide dudit ordre de commande de gouverne, une position théorique correspondant à une position de référence de ladite gouverne en l'absence de panne ; des deuxièmes moyens pour calculer la différence entre ladite position théorique estimée par lesdits premiers moyens et la position effective mesurée par ledit capteur de manière à former une valeur résiduelle ; et des troisièmes moyens pour : • comparer cette valeur résiduelle à au moins une valeur de seuil prédéterminée ; réaliser un comptage de tous les dépassements successifs et alter- nés dudit seuil prédéterminé par ladite valeur résiduelle ; et • détecter une panne oscillatoire dès que le nombre résultant dudit comptage devient supérieur à un nombre prédéterminé.

Dans un mode de réalisation particulier, lesdits troisièmes moyens comportent des moyens de filtrage, de préférence des filtres numériques récursifs, par exemple des filtres de Tchebychev d'ordre 4, pour décomposer ladite valeur résiduelle en au moins une bande de fréquences de manière à optimiser le comptage en traitant une valeur résiduelle débruitée, de filtrer les très basses fréquences pour lesquelles on ne souhaite pas réaliser de détection. Ceci permet d'éliminer tous les signaux parasites en dehors de ladite bande de fréquences pour améliorer la robustesse du dispositif de détection conforme à l'invention.

En outre, dans un mode de réalisation particulier, lesdits troisièmes moyens comportent une unité de comptage comprenant à la fois : un premier élément de comptage pour réaliser un comptage relatif à des pannes liquides ; et un second élément de comptage pour réaliser un comptage relatif à des pannes solides. Ce dernier mode de réalisation particulier permet donc de détecter à la fois des pannes liquides et des pannes solides. La présente invention concerne également un système de commandes de vol électriques d'un aéronef, du type comportant : au moins un moyen usuel (comprenant par exemple un manche de commande) pour engendrer un ordre de commande de gouverne pour au moins une gouverne de l'aéronef ; et au moins une chaîne d'asservissement en position de cette gouverne, de type précité.

Selon l'invention, ce système de commandes de vol électriques est remarquable en ce qu'il comporte, de plus, au moins un dispositif de détection de pannes oscillatoires, tel que décrit précédemment. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques 9

désignent des éléments semblables. La figure 1 illustre schématiquement une chaîne d'asservissement en position d'une gouverne d'aéronef, qui comporte un dispositif de détection conforme à l'invention.

La figure 2 est le schéma synoptique d'un dispositif de détection conforme à l'invention. La figure 3 est un graphique illustrant schématiquement une dé-composition en bandes de fréquences, mise en oeuvre par des moyens de filtrage d'un dispositif de détection conforme à l'invention.

Les figures 4 et 5 sont des schémas illustrant deux types de panne, à savoir respectivement une panne liquide et une panne solide. La figure 6 est un graphique permettant de mettre en évidence un comptage particulier mis en oeuvre par un dispositif de détection conforme à l'invention.

La figure 7 est le schéma synoptique d'un mode de réalisation particulier d'un dispositif de détection conforme à l'invention, qui permet de détecter simultanément des pannes liquides et des pannes solides. Les figures 8 et 9 sont les schémas synoptiques de deux modes de réalisation différents de moyens de traitement qui font partie d'un dis- positif de détection conforme à l'invention et qui sont destinés à détermi- ner des positions théoriques. Le dispositif 1 conforme à l'invention et représenté schématique-ment sur la figure 2 est destiné à détecter au moins une panne oscillatoire dans au moins une chaîne 2 d'asservissement en position (représentée sur la figure 1) d'au moins une gouverne 3 (aileron, spoiler, gouverne de pro-fondeur, gouverne de direction) d'un aéronef, en particulier d'un avion de transport. De façon usuelle, cette chaîne d'asservissement 2 fait partie d'un système de commandes de vol électriques 4 de l'aéronef et comporte : 10

ladite gouverne 3 qui est mobile, en étant susceptible d'être braquée comme illustré par une flèche double E sur la figure 1, et dont la position par rapport à la structure de l'aéronef est réglée par au moins un actionneur usuel 5 ; ledit actionneur 5 qui règle la position de ladite gouverne 3, par exemple par l'intermédiaire d'une tige 6 qui agit sur cette dernière, en fonction d'au moins un ordre d'actionnement reçu par l'intermédiaire d'une liaison 7 ; au moins un capteur 8, 9 qui mesure la position effective de ladite gou- verne 3. A cet effet, il peut s'agir d'un capteur 8 qui est directement associé à la gouverne 3 et/ou d'un capteur 9 qui mesure par exemple le déplacement de la tige 6 de l'actionneur 5 ; et un calculateur 10, par exemple un calculateur de commandes de vol : • qui reçoit des informations de commande de moyens Il, par l'inter- médiaire d'une liaison 11A. Ces moyens 1 1 sont des moyens usuels de génération d'informations de commande et comportent, par exemple, un manche de commande qui est susceptible d'être actionné par un pilote de l'aéronef et des capteurs inertiels ; • qui élabore de façon usuelle un ordre de commande de gouverne, à l'aide d'un moyen de calcul intégré 12 qui contient des lois de pilotage et qui utilise pour cette élaboration des informations de commande (action du pilote sur le manche de commande, paramètres qui indiquent la position de l'aéronef autour de son centre de gravité, facteurs de charges q u ' i l subit) reçues desdits moyens 1 1 ; qui reçoit la position effective mesurée par le ou les capteurs 8 et 9, par l'intermédiaire d'une liaison 13, via une entrée 14 de type ana-logique ; qui calcule à partir des informations précédentes (ordre de commande de gouverne et position effective mesurée) ledit ordre 11

d'actionnement, à l'aide d'un moyen de calcul 17 intégré tenant compte d'un gain prédéterminé ; et qui transmet cet ordre d'actionnement à une servovalve 18 de l'actionneur 5, par l'intermédiaire de la liaison 7 via une sortie 15 de type analogique. Tous les éléments de cette chaîne d'asservissement 2 qui contiennent des composants électroniques, et notamment les capteurs 8, 9, l'entrée analogique 14, la sortie analogique 15, ..., sont sources de pannes oscillatoires, c'est-à-dire de pannes qui sont susceptibles d'engendrer un signal électrique parasite qui peut faire osciller la gouverne 3. Ledit système de commandes de vol électriques 4 comporte, en plus de ladite chaîne d'asservissement 2, le dispositif 1 conforme à l'in- vention qui est destiné à détecter toute panne oscillatoire du type précité. Pour ce faire, ledit dispositif de détection 1 comporte, comme re- présenté sur la figure 2 : des moyens 19 précisés ci-dessous pour déterminer, à l'aide de l'ordre de commande de gouverne engendré par ledit moyen de calcul 12 et reçu par l'intermédiaire d'une liaison 20 qui est par exemple reliée à la sortie dudit moyen de calcul 12, une position théorique qui correspond à une position de référence de la gouverne 3 en l'absence de panne oscillatoire et qui est conforme audit ordre de commande de gouverne ; un moyen de calcul 21 pour calculer la différence entre la position effective de la gouverne 3 (qui est mesurée par le capteur 8, 9 et qui est reçue par l'intermédiaire d'une liaison 22 qui est par exemple reliée à ladite liaison 13) et la position théorique (qui est déterminée par ledit moyen 19 et qui est reçue par l'intermédiaire d'une liaison 29) de manière à former une valeur résiduelle précisée ci-dessous ; et une unité de traitement 23 qui est reliée par l'intermédiaire d'une liaison 24 audit moyen de calcul 21 et qui comporte des moyens 25 pour : 12

• comparer cette valeur résiduelle à au moins une valeur de seuil S prédéterminée ; • réaliser un comptage de tous les dépassements qui sont à la fois successifs et alternés de ladite valeur de seuil S par ladite valeur ré- siduelle ; et • détecter une panne oscillatoire dès que le nombre résultant dudit comptage devient supérieur à un nombre prédéterminé. Ainsi, le dispositif 1 conforme à l'invention compare le fonctionnement réel de la chaîne d'asservissement 2 surveillée (qui est illustré par la position effective mesurée de la gouverne 3), à un fonctionnement idéal attendu hors panne (qui est illustré par ladite position théorique calculée de la gouverne 3), ce qui permet de mettre en évidence toute panne oscillatoire lorsqu'elle survient. Par conséquent, ledit dispositif 1 est en mesure de détecter, dans la chaîne d'asservissement 2 surveillée, toute panne oscillatoire d'une amplitude minimale donnée en un nombre de périodes donné, comme précisé ci-après. De plus, cette détection est particulièrement robuste, puisqu'elle ne provoque pas de fausses alarmes. En outre, le dispositif 1 conforme à l'invention permet de détecter tous les modes de défaillance existant dans la chaîne d'asservissement 2 de type précité, et il est applicable à tout type d'aéronef. Dans un mode de réalisation préféré, ladite unité de traitement 23 comporte, de plus, des moyens de filtrage 27 qui sont reliés par l'intermédiaire d'une liaison 28 auxdits moyens 25 et qui sont destinés à dé- composer la valeur résiduelle reçue, en une pluralité de bandes de fréquences B1, B2, B3, ce qui permet de traiter des valeurs résiduelles dé-bruitées et de définir une pluralité de fenêtres temporelles correspondantes, dans lesquelles est ensuite réalisé le comptage par l'intermédiaire des moyens 25. Ceci est représenté schématiquement sur la figure 13

3 qui illustre un gain G en fonction de la fréquence F et montre schématiquement les différentes bandes de fréquences B1, B2, B3. Pour ce faire, lesdits moyens de filtrage 27 comportent de préférence des filtres numériques récursifs, appelés Rll (à savoir "Réponse lm- pulsionnelle Infinie"), qui sont plus sélectifs que des filtres non récursifs. Dans un mode de réalisation particulier, on utilise comme filtres numériques récursifs des filtres de Tchebychev d'ordre 4, qui permettent une bonne atténuation en fréquence nulle et assurent ainsi qu'une panne à moyenne non nulle est bien détectée par les moyens de comptage 25.

L'atténuation dans les bandes filtrées est importante, ce qui permet de débruiter correctement la valeur résiduelle. De plus, l'atténuation en bande passante est faible, ce qui assure une bonne conservation du signal. A titre d'illustration, on peut choisir de décomposer la valeur résiduelle calculée par le moyen de calcul 21, en trois bandes de fréquences B1, B2 et B3 telles que : û la bande B1 présente des fréquences F de 0,5 à 1 Hz ; - la bande B2 présente des fréquences F de 1 à 3 Hz ; et - la bande B3 présente des fréquences F de 3 à 5 Hz. Lesdits moyens de filtrage 27 permettent également d'éviter une comptabilisation des dépassements de seuils transitoires et de filtrer de très basses fréquences pour lesquelles on ne souhaite pas réaliser de détections. A cet effet, on définit des fenêtres temporelles, en dehors des-quelles les dépassements de valeurs de seuil ne sont plus pris en compte. De plus, on peut adapter la taille de chaque fenêtre temporelle à la fré- quence de chaque début de bande. Plus on monte vers les hautes fréquences, plus la taille de la fenêtre temporelle correspondante est réduite, et plus les transitoires sont rapidement éliminés. Un autre avantage de la décomposition en bandes de fréquences B1 à B3 est que l'on peut fixer des niveaux de panne différents, en fonction de la fréquence, ce qui 14

correspond à une réalité au niveau des charges sur la structure de l'aéronef. A titre d'illustration, il peut être requis de détecter des pannes de 1 entre 1 et 3 Hz, et des pannes de 2 en dehors de cette bande de fréquences.

En outre, la décomposition en bandes de fréquences B1 à B3 per-met de conserver uniquement les composantes fréquentielles d'intérêt, de sorte que les traitements sont réalisés sur des valeurs résiduelles qui ne sont pas perturbées par des fréquences parasites. De tout ce qui précède, il est évident que lesdits moyens de fil- 1 o trage 27 contribuent à la robustesse du dispositif de détection 1 conforme à l'invention. Dans le cadre de la présente invention, on considère qu'une panne oscillatoire est un signal périodique de type sinusoïdal, dont la fréquence, l'amplitude et la phase suivent une loi uniforme, c'est-à-dire ne présentent 15 pas de valeurs privilégiées. On sait que sur une chaîne d'asservissement 2, on peut rencontrer deux types de pannes : ù des pannes dites "liquides", tel que représenté sur la figure 4 ; et - des pannes dites "solides", tel que représenté sur la figure 5. 20 Une panne liquide vient s'ajouter au signal circulant dans la chaîne d'asservissement 2, alors qu'une panne solide se substitue à ce signal. Sur les figures 4 et 5, on a représenté : sur la partie gauche : • la position effective P1 de la gouverne 3 sur laquelle apparaît une 25 panne oscillatoire PO à un instant t0 ; et • la position théorique P2 de la gouverne 3 ; et sur la partie droite, la valeur résiduelle VR correspondante. Comme on peut le voir sur la figure 4, dans le cas d'une panne liquide, avant l'apparition de cette panne (c'est-à-dire avant un instant t0), 15

la valeur résiduelle VR est constituée uniquement du bruit de modélisation. A partir de l'instant t0, le signal de panne est mélangé au bruit. Dans le cas d'une panne solide, comme représenté sur la figure 5, à partir de l'instant t0, la valeur résiduelle VR est constituée du signal de panne PO qui est mélangé à l'opposé de la position théorique P2 de la gouverne 3, puisque la valeur résiduelle VR correspond à la différence entre la position effective P1 et la position théorique P2. Comme indiqué précédemment, les moyens 25 ont pour objet de détecter une panne oscillatoire sur la valeur résiduelle VR en comptant les oscillations. Pour ce faire, lesdits moyens 25 comptabilisent les dépassements successifs et alternés d'une valeur de seuil S correspondant à l'amplitude minimale que l'on souhaite détecter. Comme précisé ci-dessous, lesdits moyens 25 réalisent le comptage : û dans le cas d'une panne liquide, autour d'une valeur nulle, comme représenté sur la figure 6 ; et û dans le cas d'une panne solide, autour d'une valeur correspondant à l'opposé de la valeur de la position théorique déterminée par les moyens 19. On comptabilise ainsi les demi-périodes d'oscillation, comme illus- tré sur la figure 6 sur laquelle les demi-périodes DP comptabilisées sont illustrées par des points noirs. Lorsque l'on atteint le nombre de périodes voulu, à savoir trois dans l'exemple de la figure 6 (c'est-àdire six demi-périodes à partir du premier dépassement de seuil), les moyens 25 indiquent la présence d'une panne oscillatoire, par exemple en faisant passer une valeur binaire correspondante de 0 à 1 . On notera que si s1 (n) est la valeur de la position effective P1 de la gouverne 3, mesurée par le(s) capteur(s) 8, 9, et s2(n) est la valeur de la position théorique P2 déterminée par les moyens 19, la valeur r(n) de la valeur résiduelle VR s'écrit hors panne : 16

r(n) = s1 (n) ù s2(n) Dans le cas d'une panne liquide p(n), la valeur résiduelle s'écrit : r(n) = s1 (n) + p(n) ù s2(n) r(n) = e(n) + p(n) avec p(n) le signal de panne, en général une sinusoïde, et e(n) un bruit, essentiellement le bruit de modélisation (dû à l'imperfection du modèle utilisé). On trouve également le bruit du capteur 8, 9, mais sa puissance est très faible. Si le modèle est suffisamment précis, le bruit est de faible puissance et de moyenne nulle. La panne peut comporter une composante continue, mais elle sera éliminée par le filtrage. La panne peut donc être détectée par un comptage d'oscillations autour de 0, c'est-à-dire par rapport à + S et ùS comme représenté sur la figure 6. Dans le cas d'une panne solide, la position s1 (n) mesurée par le(s) capteur(s) 8, 9 ne correspond qu'à la panne p(n), et la valeur résiduelle r(n) s'écrit alors : r(n) = p(n) û s2(n) Dans ce cas, le signal de panne est mélangé à l'opposé de la position théorique estimée s2(n) et un comptage autour de 0 ne permet pas de réaliser la détection. En revanche, un comptage autour de ùs2(n) permet de détecter les oscillations de p(n). Dans un mode de réalisation préféré représenté sur la figure 7, lesditsmoyens 25 comportent une unité de comptage 32 comprenant un premier élément de comptage 30 pour réaliser un comptage d'oscillations relatives à des pannes liquides et un second élément de comptage 31 pour réaliser un comptage d'oscillations relatives à des pannes solides. Dans ce mode de réalisation préféré, lesdits moyens 27 réalisent une décomposition en trois bandes de fréquences de sorte que les éléments de comptage 30 et 31 sont reliés respectivement par l'intermédiaire de trois liaisons 17

28A, 28B et 28C (formant la liaison 28) auxdits moyens 27. De plus, les-dits moyens 25 comportent également : û une porte logique OU 33 qui est reliée, par l'intermédiaire de liaisons 34A, 34B et 34C (associées respectivement auxdites bandes de fré- quences), audit élément de comptage 30 ; une porte logique OU 35 qui est reliée, par l'intermédiaire de liaisons 36A, 36B et 36C (associées respectivement auxdites bandes de fréquences), audit élément de comptage 31 ; et une porte logique OU 37 qui est reliée respectivement par l'intermé- diaire de liaisons 38 et 39 auxdits portes logiques OU 33 et 35. En comportant simultanément les deux éléments de comptage 30 et 31 précités, le dispositif 1 conforme à ce mode de réalisation préféré est en mesure de détecter tous types de pannes, à la fois des pannes liquides et des pannes solides.

Dans un mode de réalisation particulier, ladite unité de traitement 23 comporte également des moyens (non représentés spécifiquement) pour, en cas de détection d'une panne oscillatoire, déterminer de plus la nature (solide, liquide) de cette panne oscillatoire, ainsi que sa fréquence. Dans le cadre de la présente invention, lesdits moyens 19 destinés à déterminer la position théorique de la gouverne 3, peuvent être réalisés de différentes manières. Dans un premier mode de réalisation simplifié représenté sur la figure 8, lesdits moyens 19 comportent : -- un moyen de calcul 41 qui calcule la différence entre la position carres- pondant audit ordre de commande de gouverne, qui est reçue par l'intermédiaire de la liaison 20, et la position théorique qui est déterminée à l'instant précédant l'instant courant et qui est prélevée au niveau de la liaison 29 ; 18

- un moyen de calcul 42 qui multiplie la valeur reçue du moyen de calcul 41 par un gain d'asservissement prédéterminé K, pour obtenir une va-leur de courant ; un moyen 43 qui réalise une limitation en courant ; un moyen 44 qui convertit en vitesse le courant déterminé par le moyen de calcul 42 et limité par le moyen 43 ; et un moyen de calcul 45 qui réalise l'intégration de la vitesse reçue dudit moyen 44, pour obtenir ladite position théorique à l'instant courant qui est transmise par la liaison 29. 1 0 Par conséquent, dans ce premier mode de réalisation simplifié représenté sur la figure 8, pour déterminer la position théorique à un instant courant n, lesdits moyens 19 intègrent une vitesse qui résulte de la conversion en vitesse d'un courant i(n) qui est déterminé à partir de l'ex-pression suivante : 15 i(n) = K.[o(n) - s(n-1)] dans laquelle : K est ledit gain d'asservissement prédéterminé ; o(n) est la position correspondant audit ordre de commande de gouverne ; et 20 s(n-1) est la position théorique déterminée à un instant n-1 précédant l'instant courant n. Par ailleurs, dans un second mode de réalisation préféré qui est représenté sur la figure 9, lesdits moyens 19 comportent : - un moyen de calcul 47 pour déterminer une valeur de courant, de la 25 manière précisée ci-dessous en référence à la figure 8 ; un moyen de calcul 48 qui calcule le carré d'une vitesse v ; un moyen de calcul 49 qui multiplie cette vitesse au carré par un coefficient Ka prédéterminé d'amortissement en mode amorti. La sortie de ce moyen de calcul 49 fournit donc un produit Ka.v2 qui représente l'effort 19

engendré par l'actionneur 5 dans un mode amorti. On notera que la chaîne d'asservissement 2 comporte généralement deux actionneurs 5 (qui sont montés en parallèle) par gouverne 3 (aileron, profondeur, éventuellement direction), à savoir un premier actionneur 5 qui pilote la gouverne 3 et qui est en mode dit actif et un deuxième actionneur 5 qui se trouve dans un état dit amorti et qui suit le mouvement provoqué par l'actionneur actif. Si une panne est détectée sur la chaîne de commande qui asservit le premier actionneur 5, celui-ci est positionné en mode amorti et c'est l'actionneur 5 en attente, initialement en mode amorti, qui bascule en mode actif et qui prend la main ; un moyen de calcul 50 qui fait la somme entre, d'une part, la sortie du moyen de calcul 49, et, d'autre part, la sortie d'un multiplicateur 51 qui multiplie un paramètre obtenu d'un moyen 52, par le signe (déterminé par un moyen 53) du courant de sortie du moyen de calcul 47, de ma- nière à obtenir un paramètre Fa correspondant aux forces aérodynamiques appliquées sur la gouverne 3 ; un moyen de calcul 54 qui divise la sortie du moyen de calcul 50 par un paramètre Sa qui représente la surface d'une section transversale du piston 6 de l'actionneur 5 ; un moyen de calcul 55 qui soustrait la sortie du moyen de calcul 54, ainsi qu'un paramètre Pc représentant une pression d'ouverture de clapets d'isolation de l'actionneur 5, qui est reçu d'un moyen 56, à un paramètre AP qui représente une pression d'alimentation différentielle aux bornes de l'actionneur 5 et qui est reçu d'un moyen 57 ; un moyen de calcul 58 qui divise la sortie du moyen de calcul 55 par un paramètre APref qui représente une valeur de pression prédéterminée ; un moyen de calcul 59 qui calcule la racine carrée de la sortie du moyen de calcul 58 ; 20

un moyen de calcul 60 qui multiplie la sortie du moyen de calcul 59 par une vitesse obtenue par la conversion (mise en oeuvre par un moyen de calcul 61) du courant issu du moyen de calcul 47 ; et un moyen de calcul 62 qui réalise l'intégration de la vitesse disponible à la sortie du moyen de calcul 60 de manière à obtenir ladite position théorique qui est transmise par la liaison 29. Par conséquent, dans ce second mode de réalisation représenté sur la figure 9, pour déterminer la position théorique, lesdits moyens 19 intègrent une vitesse v qui est calculée à partir des expressions suivan- tes : v = vc.Cp Cp = J(AP ù Pc ù [(Fa + Ka.v2) / Sa ]) / A Pref avec vc une vitesse commandée obtenue à partir du courant issu du moyen de calcul 47. Le dispositif de détection 1 conforme à l'invention permet donc de détecter, dans la chaîne d'asservissement 2, des pannes oscillatoires d'une amplitude minimale donnée en un nombre de périodes donné. A titre d'illustration, ledit dispositif de détection 1 peut être formé de manière à pouvoir détecter des pannes de 1 au niveau de la gouverne 3, en trois périodes, sur un domaine fréquentiel qui va de 0,2 à 5 Hz.

Claims (13)

REVENDICATIONS

1. Procédé de détection d'au moins une panne oscillatoire dans au moins une chaîne d'asservissement (2) en position d'au moins une gouverne (3) d'un aéronef, ladite chaîne d'asservissement (2) faisant partie d'un système (4) de commandes de vol électriques de l'aéronef et comportant : ladite gouverne (3) qui est mobile, et dont la position par rapport à l'aéronef est réglée par au moins un actionneur (5) ; ledit actionneur (5) qui règle la position de ladite gouverne (3), en fonc- tion d'au moins un ordre d'actionnement reçu ; - au moins un capteur (8, 9) qui mesure la position effective de ladite gouverne (3) ; et un calculateur (10) qui élabore un ordre de commande de gouverne, qui reçoit ladite position effective mesurée et qui en déduit un ordre d'ac- tionnement qui est transmis audit actionneur (5), caractérisé en ce que l'on réalise, de façon automatique et répétitive, la suite d'étapes successives suivante : a) on estime, à l'aide dudit ordre de commande de gouverne qui alimente un modèle dudit actionneur (5), une position théorique correspondant à une position de référence de ladite gouverne (3) en l'absence de panne ; b) on calcule la différence entre ladite position théorique estimée à l'étape a) et la position effective mesurée par ledit capteur (8, 9) de manière à former une valeur résiduelle ; et c) on compare cette valeur résiduelle à au moins une valeur de seuil prédéterminée, on réalise un comptage de tous les dépassements successifs et alternés de ladite valeur de seuil prédéterminée par ladite valeur résiduelle, et, dès que le nombre résultant dudit comptage devient supérieur à un nombre prédéterminé, on détecte une panne oscillatoire qui 22 représente un signal périodique de type sinusoïdal, dont la fréquence, l'amplitude et la phase suivent une loi uniforme.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'à l'étape c), avant de réaliser le comptage, on dé- compose ladite valeur résiduelle en au moins une bande de fréquences (B1, B2, B3) de manière à optimiser le comptage en traitant une valeur résiduelle débruitée, de filtrer les très basses fréquences pour lesquelles on ne souhaite pas réaliser de détection.

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on décompose ladite valeur résiduelle en une pluralité de bandes de fréquences (B1, B2, B3) différentes.

4. Procédé selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que, pour décomposer la valeur résiduelle en au moins une bande de fréquences (B1, B2, B3), on utilise au moins un filtre numé- rique récursif.

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'à l'étape a), pour estimer la position théorique à un instant courant n, on intègre une vitesse qui résulte de la conversion en vitesse d'un courant i(n) qui est déterminé à partir de l'expression sui- vante : i(n) = K.[o(n) ù s(n-1)] dans laquelle : K est un gain d'asservissement prédéterminé ; o(n) est une position correspondant audit ordre de commande de gou- verne ; et s(n-1) est la position théorique estimée à un instant n-1 précédant l'instant courant n.

6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'à l'étape a), pour estimer la position théorique, on intègre une vitesse v qui est calculée à partir des expressions suivantes : ~v = vc.Cp Cp = j(AP-Pc-[(Fa+Ka.v2)/Sa])/4Pref dans lesquelles : ù vc est une vitesse commandée par ledit calculateur (10) ; OP est une pression d'alimentation différentielle aux bornes de l'actionneur (5) ; Pc est une pression d'ouverture de clapets d'isolation de l'actionneur (5) ; Fa représente des forces aérodynamiques appliquées sur la gouverne (3) ; Ka.v2 représente un effort particulier engendré par l'actionneur (5) ; Sa représente la surface d'une section transversale d'un piston (6) de l'actionneur (5) ; et àPref représente une valeur de pression prédéterminée.

7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'à l'étape c), on réalise le comptage autour d'une va-leur nulle.

8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'à l'étape c), on réalise le comptage autour d'une va-leur correspondant à l'opposé de la valeur de la position théorique déterminée à l'étape a).

9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, en cas de détection d'une panne oscillatoire à l'étape c), on détermine de plus la nature de cette panne oscillatoire. 24

10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, en cas de détection d'une panne oscillatoire à l'étape c), on détermine de plus la fréquence de cette panne oscillatoire.

11. Dispositif de détection d'au moins une panne oscillatoire dans au moins une chaîne d'asservissement (2) en position d'au moins une gouverne (3) d'un aéronef, ladite chaîne d'asservissement (2) faisant partie d'un système (4) de commandes de vol électriques de l'aéronef et comportant : ladite gouverne (3) qui est mobile, et dont la position par rapport à l'aéronef est réglée par au moins un actionneur (5) ; ledit actionneur (5) qui règle la position de ladite gouverne (3), en fonction d'au moins un ordre d'actionnement reçu ; au moins un capteur (8, 9) qui mesure la position effective de ladite gouverne (3) ; et un calculateur (10) qui élabore un ordre de commande de gouverne, qui reçoit ladite position effective mesurée et qui en déduit un ordre d'actionnement qui est transmis audit actionneur (5), caractérisé en ce qu'il comporte : des premiers moyens (19) pour estimer, à l'aide dudit ordre de commande de gouverne, une position théorique correspondant à une position de référence de ladite gouverne (3) en l'absence de panne ; des deuxièmes moyens (21) pour calculer la différence entre ladite position théorique estimée par lesdits premiers moyens (19) et la position effective mesurée par ledit capteur (8, 9) de manière à former une va-leur résiduelle ; et des troisièmes moyens (23) pour : • comparer cette valeur résiduelle à au moins une valeur de seuil prédéterminée ; 25 • réaliser un comptage de tous les dépassements successifs et alter- nés dudit seuil prédéterminé par ladite valeur résiduelle ; et • détecter une panne oscillatoire dès que le nombre résultant dudit comptage devient supérieur à un nombre prédéterminé.

12. Dispositif selon la revendication Il, caractérisé en ce que lesdits troisièmes moyens (23) comportent des moyens de filtrage (27) pour décomposer ladite valeur résiduelle en au moins une bande de fréquences (B1, B2, B3) de manière à optimiser le comptage en traitant une valeur résiduelle débruitée, de filtrer les très bas- ses fréquences pour lesquelles on ne souhaite pas réaliser de détection. 1 3 . Dispositif selon l'une des revendications 1 1 et 12, caractérisé en ce que lesdits troisièmes moyens (23) comportent une unité de comptage (32) comprenant : un premier élément de comptage (30) pour réaliser un comptage relatif à des pannes liquides ; et un second élément de comptage (30) pour réaliser un comptage relatif à des pannes solides. 14. Système de commandes de vol électriques d'un aéronef, ledit système (4) comportant au moins un moyen (Il) pour engendrer un ordre de commande de gouverne pour au moins une gouverne (3) de l'aéronef et au moins une chaîne d'asservissement (2) en position de cette gouverne (3), qui comprend : ladite gouverne (3) qui est mobile, et dont la position par rapport à l'aéronef est réglée par au moins un actionneur (5) ; ledit actionneur (5) qui règle la position de ladite gouverne (3), en fonction d'au moins un ordre d'actionnement reçu ; au moins un capteur (8, 9) qui mesure la position effective de ladite gouverne (3) ; et 26 - un calculateur (10) qui élabore ledit ordre de commande de gouverne, qui reçoit ladite position effective et qui en déduit un ordre d'actionnement qui est transmis audit actionneur (5), caractérisé en ce qu'il comporte, de plus, au moins un dispositif (1) de détection d'au moins une panne oscillatoire dans ladite chaîne d'asservissement (2), tel que celui spécifié sous l'une quelconque des revendications 11 à

13. 15. Aéronef, caractérisé en ce qu'il comporte un système (4) de commandes de vol électriques, tel que celui spécifié sous la revendication14.