FR2936067A1 - Procede et dispositif de detection de pannes oscillatoires dans une chaine d'asservissement en position d'une gouverne d'aeronef - Google Patents

Abstract

- Le dispositif de détection (1) comporte des moyens (19) pour estimer une position de référence de la gouverne, à l'aide d'un modèle dans lequel on injecte à chaque itération une valeur résiduelle de l'itération précédente, et des moyens (21, 23) pour détecter une panne oscillatoire à l'aide de cette position de référence.

Description

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'aéronef ; 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 15 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- 20 rée et d'un ordre de commande calculé par le pilote automatique ou 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 com- posants électroniques qui sont susceptibles, en rnode défaillant, d'engen- 25 drer un signal parasite qui peut faire osciller la gouverne asservie. Un phé- nomène de ce type est appelé "panne oscillatoire". Une autre cause pos- sible de l'oscillation est le dysfonctionnement ou la rupture d'une pièce mécanique de l'actionneur. 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'action- neur, elle a pour effet : d'engendrer des charges importantes sur la structure de l'aéronef, ce qui rend nécessaire un renforcement de cette structure, si un dispositif dédié ne permet pas de détecter cette panne ; 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, des dommages sur la structure 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 : 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 généra- lement une couverture restreinte, en ne réalisant le plus souvent qu'une détection des oscillations engendrées par un composant particulier de la chaîne d'asservissement. Le brevet FR-2 893 911 permet de remédier au moins partielle-ment à ces inconvénients. II concerne un procédé, qui est robuste et qui est applicable à tout type d'aéronef à commandes de vol électriques, pour détecter une panne oscillatoire dans une chaîne d'asservissement en position d'une gouverne de l'aéronef, en particulier d'un avion de transport, ledit procédé permettant de détecter une panne Dscillatoire d'une amplitude minimale en un nombre de périodes limitées, et ceci quelle que soit la fréquence de cette panne oscillatoire. Selon ce brevet FR-2 893 911, on réalise à cet effet, de façon automatique et répétitive, la suite d'étapes successives suivante : a) on estime, à l'aide d'un ordre de commande de gouverne qui alimente un modèle de l'actionneur, une position théorique correspondant à une position de référence de ladite gouverne 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 le 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, l'amplitude et la phase suivent une loi uniforme (c'est-à-dire ne présentent pas de valeurs privilégiées). Ce brevet FR-2 893 911 prévoit donc de comparer le fonctionne-ment 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 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. Par conséquent, grâce au procédé de détection de ce brevet FR-2 893 911, on est en mesure de détecter, dans la chaîne d'asservissement surveillée, toute panne oscillatoire d'une amplitude minimale donnée en un nombre de périodes donné. La présente a pour objet de perfectionner le procédé de détection de ce brevet FR-2 893 911 afin d'optimiser ses performances, en particulier pour pouvoir détecter des niveaux de panne plus faibles en un temps de confirmation plus faible également. La présente invention concerne donc un procédé de détection d'au moins une panne oscillatoire dans au moins une chaîne d'asservissement de position (du type précité) d'au moins une gouverne d'un aéronef, en particulier d'un avion de transport, dont les performances sont optimisées, c'est-à-dire qui permet de détecter des niveaux de panne très faibles en un temps de confirmation réduit. Cette chaîne d'asservissement est du type 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 d'actionnement (de commande) de la gouverne, transmis audit actionneur, à partir cle ladite position effec- tive mesurée et d'un ordre calculé par le pilote automatique ou à partir de l'action du pilote sur un manche de commande et de l'état inertiel de l'aéronef. A cet effet, selon l'invention, ledit procédé selon lequel on réalise, de façon automatique et itérative, 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 ; 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, l'amplitude et la phase suivent une loi uniforme, est remarquable en ce qu'à l'étape a), à chaque itération, on estime ladite position théorique, à l'aide, de plus, d'au moins une valeur auxiliaire correspondant à la valeur résiduelle formée à l'étape b) de l'itération précédente, que l'on a multipliée par un gain.

Ainsi, grâce à l'invention, on réinjecte dans le modèle d'actionneur la différence entre la position vraie et la position estimée (c'est-à-dire la valeur résiduelle), multipliée par un gain, afin d'accélérer la convergence de l'estimation et de rejeter au moins partiellement l'effet des perturbations externes et des erreurs de modélisation, et ainsi produire une valeur résiduelle de plus faible amplitude, ce qui permet d'augmenter les performances du procédé de détection de pannes oscillatoires. On augmente par conséquent les performances de la surveillance des pannes oscillatoires, à la fois en terme de détection et de robustesse. Ceci contribue notamment à une optimisation globale d'un aéronef, en particulier au niveau de l'agencement structurel de ce dernier. En outre, le procédé conforme à l'invention évite de recourir à des capteurs ou à des jauges spécifiques pour estimer le(s) paramètre(s) du modèle de l'actionneur et n'a donc pas d'impact négatif sur le bilan de masse. Dans un premier mode de réalisation, ledit modèle de l'actionneur comprend une fonction non linéaire, et à l'étape a), pour une itération quelconque : on fait la somme de l'ordre de commande de gouverne pour cette itéra- tion actuelle et de ladite valeur auxiliaire de l'itération précédente ; et on applique la fonction non linéaire à cette somrne. Dans un second mode de réalisation, en complément ou en va-riante dudit premier mode de réalisation, à l'étape a), on ajoute ladite va-leur auxiliaire de l'itération précédente à l'expression obtenue par l'application de ladite fonction non linéaire à l'ordre de commande de gouverne pour l'itération actuelle. En outre, ledit gain peut notamment : être constant ; ou être non linéaire et varier en fonction du temps.

Par ailleurs, dans un mode de réalisation particulier : on détermine la valeur d'au moins un paramètre auxiliaire ; on compare cette valeur à une valeur de seuil prédéterminée ; et on sélectionne ledit gain en fonction de cette comparaison, parmi au moins deux valeurs de gain différentes.

La présente invention concerne également un dispositif de détection automatique 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 ne présentent pas de valeurs privilégiées.

Selon l'invention, ledit dispositif de détection du type comportant : des premiers moyens pour estimer, de façon itérative, à l'aide de l'ordre de commande de gouverne et d'un modèle, 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 prédé- terminée ; • réaliser un comptage de tous les dépassemenl:s successifs et alternés 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, est remarquable en ce qu'il comporte, de plus, des moyens de rebouclage pour former et injecter dans lesdits premiers moyens au moins une valeur auxiliaire correspondant à la valeur résiduelle formée par lesdits deuxièmes moyens à l'itération précédente, qui a été multipliée par un gain, et en ce que lesdits premiers moyens sont formés de manière à estimer ladite position théorique à l'aide, de plus, de ladite valeur auxiliaire. 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 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. Les figures 3 à 6 montrent schématiquement des modes de réalisation différents de moyens d'estimation d'un dispositif de détection conforme à l'invention. 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, .poiler, 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 : 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 posi- tion par rapport à la structure de l'aéronef est -églée 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 gouverne 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 û un calculateur 10, par exemple un calculateur de commandes de vol : • qui reçoit des informations de commande de moyens 1 1 , par l'intermédiaire 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 ac- tionné 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 (par exemple 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 qu'il subit) reçues desdits moyens Il ; • 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 analogique ; • qui calcule à partir des informations précédentes (ordre de commande de gouverne et position effective mesurée) ledit ordre d'actionne- ment, 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 fo type analogique. Tous les éléments de cette chaîne d'asservissement 2 qui contien- nent des composants électroniques, et notamment: les capteurs 8, 9, l'en- trée analogique 14, la sortie analogique 15, ..., sont sources de pannes oscillatoires, c'est-à-dire de pannes qui sont susceptibles d'engendrer un 15 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- 20 présenté sur la figure 2 : ù des moyens 19 précisés ci-dessous pour déterrniner, de façon itérative, 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, et à l'aide d'un mo- 25 dèle d'actionneur, 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 x(k) 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 ;'c(k) (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 r(k) 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 : • comparer cette valeur résiduelle r(k) à au moins une valeur de seuil S prédéterminée ; • réaliser un comptage de tous les dépassements qui sont à la fois suc- cessifs et alternés de ladite valeur de seuil S par ladite valeur résiduelle r(k) ; 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 fonction- nement 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 me- sure de détecter, dans la chaîne d'asservissement 2 surveillée, toute panne oscillatoire d'une amplitude minimale donnée en un nombre de périodes donné. En outre, le dispositif 1 conforme à l'invention permet de détecter tous les modes de défaillance oscillatoire existant dans la chaîne d'asservissement 2 de type précité, et il est applicable à tout type d'aéro- nef. Dans un mode de réalisation préféré, ladite unité de traitement 23 qui peut transmettre les informations précitées par l'intermédiaire d'une liaison 26 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 décomposer la valeur résiduelle reçue, en une pluralité de bandes de fréquences, ce qui permet de traiter des valeurs résiduelles débruitées et de définir une pluralité de fenêtres temporelles correspondantes, dans les-quelles est ensuite réalisé le comptage par l'intermédiaire des moyens 25.

Selon l'invention, pour augmenter les performances de détection, ainsi que la robustesse dudit dispositif de détection 1, ce dernier comporte, de plus, des moyens 30 qui sont reliés per l'intermédiaire de liai-sons 31 et 32 respectivement à la sortie desdits moyens 21 et auxdits moyens 19 et qui sont formés de manière à réinjecter dans le modèle d'actionneur (qui est un modèle comportemental de la gouverne 3 couplée à l'actionneur 5, et qui est excité en entrée par l'ordre de commande de gouverne) la différence entre la position vraie et la position estimée (c'est-à-dire la valeur résiduelle), multipliée par un gain, afin d'accélérer la convergence de l'estimation et de rejeter au moins partiellement l'effet des perturbations externes et des erreurs de modélisation, et ainsi produire une valeur résiduelle de plus faible amplitude. Lesdits moyens 19 réinjectent donc dans le modèle d'actionneur la différence (multipliée par un gain) entre la position vraie et la position estimée, pour accélérer la convergence de l'estimation et rejeter au moins partiellement l'effet des perturbations externes et des erreurs de modélisation, ce qui réduit l'écart de modèle (et les bruits exogènes), tout en assurant la stabilité, ce qui permet d'augmenter les performances du dispositif 1 de détection de pannes oscillatoires. On augmente par conséquent les performances de la surveillance des pannes oscillatoires, à la fois en terme de détection et de robustesse. Ceci contribue notamment à une optimisation globale d'un aéronef, en particulier au niveau de l'agencement structurel de ce dernier. Excepté les moyens 30, le dispositif de détection 1 conforme à la présente invention reprend toutes les caractéristiques du dispositif de dé- tection divulgué par le brevet FR-2 893 911 précité. Aussi, pour des rai-sons de simplification et de compréhension du présent texte, ces caractéristiques qui font partie de la présente invention n'ont pas été davantage décrites ici et un renvoi est effectué à ce brevet FR-2 893 911 pour leur description détaillée. Le modèle utilisé par lesdits moyens 19 a pour expression : VO(t) F(t) (1) V(t) (OPd Pc) ù ù S = .\/APref dans laquelle : V est la vitesse de la tige 6 de l'actionneur 5, calculée à l'aide de ce 10 modèle. Par intégration de cette vitesse, on obtient ladite position théorique de la gouverne 3 ; t représente le temps ; F représente l'ensemble des efforts qui s'exercent sur la gouverne 3 et l'actionneur 5 ; 15 VO est la vitesse commandée par le calculateur 10, qui représente l'ordre de commande de gouverne précité ; APd est la pression d'alimentation différentielle aux bornes de l'actionneur 5 (en bars) ; Pc est la pression d'ouverture des clapets d'isolation de l'actionneur 5 20 (en bars) ; S est la section du piston (tige 6) de l'actionneur 5 (en cm2) ; et APref est une pression de référence (en bars). L'ensemble F des efforts exercés peut comporter plusieurs termes. Dans le cadre de la présente invention, on retient les deux termes princi-25 eaux de l'expression suivante : F = Faero+Ka.V2 dans laquelle : Faero représente l'ensemble des efforts aérodynamiques qui s'exercent sur la gouverne 3 ; et Ka.V2 représente, dans le cas de deux actionneurs 5 par gouverne 3, l'effort provoqué par l'actionneur adjacent en mode amorti. Ka repré- sente le coefficient d'amortissement de la servo-commande adjacente en mode amorti, dans le cas d'au moins deux actionneurs 5 par gouverne 3. Le modèle (1) peut donc s'écrire : V(t) = VO(t) Faero + Ka.V(t)2 JOP ref S avec : AP = APd û Pc En isolant le terme de vitesse V(t) , le modèle peut s'écrire de la fa-con suivante : AP- Faero V(t) = VO(t) S APref + Ka.VO(t)2 i S Soit 0 le vecteur de paramètres suivant 0 = (01, 02, 03) = (AP, Faero, Ka), le modèle (3) devient alors : (2) (3) 1 e1- e2 2 S APref + 03.VO(t)2 S v(t) = vo(t) (4) Les paramètres S et APref sont des constantes, et les paramètres AP, Faero et Ka évoluent en fonction du temps. En particulier, OP est, par exemple, fonction de la température du fluide hydraulique et du nombre de consommateurs (actionneurs) sur le circuit hydraulique. Faero dépend d'un grand nombre de variables, par exemple de la pression dynamique (donc de la vitesse de l'aéronef), du nombre de Mach, de la configuration des becs et des volets, et de l'incidence locale de la gouverne 3. Quant à Ka, il est principalement fonction de la température du fluide hydraulique. Le vecteur 0 précité évolue donc en fonction du temps. Or, dans le brevet FR-2 893 911, ce vecteur est considéré comme constant. Cette simplification qui est réalisée dans ce brevet antérieur est source d'erreur. L'objet de la présente invention permet de prendre en compte cette erreur en la rebouclant et donc de produire une valeur résiduelle plus faible. Ainsi, le dispositif 1 conforme à l'invention peut-il éviter d'avoir à recourir 1 o à des capteurs ou à des jauges spécifiques pour estimer les paramètres du modèle d'actionneur. Le dispositif 1 n'a donc pas d'impact négatif sur le bilan de masse. Par exemple, sans l'estimation conforme à l'invention, il pourrait être nécessaire d'installer un capteur spécifique pour mesurer la température du fluide hydraulique et ainsi estimer l'évolution de Ka en 15 fonction du temps. Comme les paramètres varient en fonction du temps, on peut écrire le modèle (4) de la manière suivante : 01(t) û S OP ref + 03(t) .VO(t) 2 S 02(t) 2 V(t) = VO(t) (5) 20 De manière générale, un système dynamique peut être décrit par des éléments u(t), x(t) et y(t), avec u(t) une consigne d'asservissement (à savoir les lois de pilotage dans la présente invention), y(t) la sortie mesurée (à savoir la position mesurée de la gouverne 3), et x(t) l'état du système (variable interne dans la représentation d'état). Dans la présente in- 25 vention, l'état du système est la position (vraie) de la gouverne 3. Le mo- dèle (5) décrit ci-dessus devient donc : S _ y(t) = x(t) + -bruit d' observation La position mesurée de la gouverne 3 est la position vraie entachée d'un bruit d'observation (lié à l'instrumentation).

VO correspond à la vitesse commandée par le calculateur 10 et représente donc l'objectif de "vitesse" que l'on cherche à atteindre. Elle correspond à la conversion en mm/s de l'estimée du courant i(t) émis par le calculateur 10 vers l'actionneur 5. On a donc l'expression suivante :

VO(t) = Kci.i(t) = KciK(u(t) û y(t)) dans laquelle : û K est le gain de l'asservissement ; û u(t) û y(t) représente l'erreur d'asservissement ; et - Kci est le gain qui permet la conversion du courant i en vitesse V, simple pente ou multi-pentes, avec des saturations.

Finalement, la dynamique de l'évolution de l'état s'écrit : 02(t) 2 APref + 03(t)(KciK(u(t) û y(t))}' (7) S Pour passer du modèle physique (5) au modèle d'état (7), la pre-20 mière équation du modèle (7) doit traduire uniquement la dynamique de l'évolution d'état et l'on doit remplacer y(t) par x(1:). La deuxième équation concerne uniquement la mesure. Le modèle d'état s'écrit donc : OPref + 83(t)VO(t)2 (nt) - s 02(t) 2 16 (6) x(t) = KciK(u(t) û y(t)) S y(t) = x(t) + bruit d' observation

01(t) û APref + 03(t)(KciK(u(t) ù x(t)))2 2 (8) S Comme on peut le voir sur les figures 3 à 6, lesdits moyens 19 comprennent notamment : des moyens 33 qui comportent une fonction f non linéaire qui représente le modèle de l'actionneur 5. Ces moyens 33 utilisent en entrée, par l'intermédiaire de la liaison 20, l'ordre de commande de gouverne u(k) engendré par le moyen de calcul 12, et par l'intermédiaire d'une liaison 34 (qui est reliée à la liaison 29), une valeur z(k -1) qui repré- sente la position théorique de l'itération précédente ; et des moyens 37 qui calculent ladite position théorique x(k) de l'itération k actuelle, en réalisant une intégration de la valeur x(k) obtenue desdits moyens 33. Selon l'invention, comme précisé ci-dessous, le dispositif 1 corn- porte, de plus, des moyens 30 : qui, à chaque itération, prélèvent à la sortie des moyens 21, par l'intermédiaire de la liaison 31 qui est reliée à la liaison 24, la valeur résiduelle ; qui multiplient cette valeur résiduelle par un gain, à l'aide d'un moyen de calcul 38 ; et qui réinjectent la valeur auxiliaire (obtenue par la multiplication de la va-leur résiduelle par ce gain) dans lesdits moyens 19 dans le but d'accélérer la convergence de l'estimation et ainsi produire à l'itération suivante une valeur résiduelle de plus faible amplitude. 01(t) û 02(t) X(t) = KciK(u(t) ù x(t)) S y(t) = x(t) + bruit d' observation Dans un premier mode de réalisation présenté sur la figure 3, la liaison 41 (faisant partie de la liaison générale 32) pour réinjecter la valeur auxiliaire dans les moyens 19 est reliée à un moyen de calcul 39 : qui est monté entre les moyens 33 et 37 ; qui fait la somme, d'une part, de la valeur engendrée par lesdits moyens 33 et reçue par l'intermédiaire d'une liaison 40 et, d'autre part, de la-dite valeur auxiliaire reçue par la liaison 41 ; et qui transmet cette somme par l'intermédiaire d'une liaison 42 auxdits moyens 37.

Dans ce premier mode de réalisation, la valeur résiduelle multipliée par le gain L est donc réinjectée à la sortie du modèle (de fonction f) des moyens 33. Ce premier mode de réalisation est représenté par les équations suivantes : *(t) = f(z(t), u(t)) + L(x(t) û z(t)) y(t) = X(t) Pour l'analyse de la stabilité et de la convergence, on définit l'erreur d'estimation suivante : X(t) = x(t) - X(t) L'équation d'erreur dynamique s'écrit alors, : x(t) = f(x(t), u(t)) û f(x(t), u(t)) û L(x(t) û x(t)) En utilisant le théorème de la valeur moyenne, on arrive à : 3-((t) = û'L _ df(x(t), u(t)) i '7(t) ôx(t) Z(t) où z(t) est inconnu mais compris dans l'intervalle ]x(t);x(t)[ En outre, dans un second mode de réalisation représenté sur la fi- gure 4, la liaison 47 (des moyens 30) qui est destinée à réinjecter la valeur auxiliaire dans les moyens 19, est amenée à l'entrée des moyens 33, au niveau d'un moyen de calcul 46. Ce moyen de calcul 46 fait la somme de l'ordre de commande de gouverne (reçu par la liaison 20) et de la valeur auxiliaire calculée par des moyens 45 et reçue par la liaison 47, et il injecte cette somme, par l'intermédiaire d'une liaison 48, en entrée desdits moyens 33. Dans ce second mode de réalisation, la valeur auxiliaire est donc injectée sur la commande du système, en entrée du modèle qui est intégré dans les moyens 33 (qui sont reliés directement par l'intermédiaire d'une liaison 44 auxdits moyens 37).

Ce second mode de réalisation est représenté par les équations suivantes : Z(t) = f(x(t), u(t) + L(y(t) ù ÿ(t))) S/(t) = X(t) L'erreur d'estimation est à présent réinjectée sur la commande du système en entrée du modèle. L'équation d'erreur dynamique s'écrit dans ce cas :

x(t) = f(x(t), u(t)) ù f(x(t), u(t) + L(x(t) ù x(t))) En utilisant le théorème de la valeur moyenne, on a : z(t) = af(x(t), u(t)) z(t) (1 + L)7(t) ax(t) On note que, par rapport au premier mode de réalisation, le gain affecte de façon plus importante l'erreur dynamique. Le gain résultant est 20 plus important et le système réagit donc plus vite. Dans le cas du modèle non linéaire de l'actionneur, la stabilité est prouvée et garantie, quelle que soit la valeur des paramètres du modèle. Lorsque Faero =0, l'étude de stabilité est faite en analysant le terme ôf(x(t),u(t)IIx_Z commun à l'expression des deux erreurs dynamiques. 25 Pour le premier mode de réalisation, on peut montrer que : ax(t) X(t) < e-(L+KciK )X(0) avec : ( KaKci2K2(u ù z) 0 <Il 1ù SAPref + KaKci2K2(u ù z)2, AP APref + KaKci2K2(u ù z)2 S On constate donc la stabilité. La vitesse de convergence peut être ajustée en modifiant le gain L. Pour le deuxième mode de réalisation, on peut montrer que : 7.(t) < e-KciKN(L+1) X (0) On constate également la stabilité. Dans ce cas, on peut égale- ment jouer sur la vitesse de convergence en ajustant L. Comparé au premier mode de réalisation, le gain L a plus de poids, car il intervient dans un coefficient multiplicateur. Lorsque Faero ~ 0, il est montré que la dynamique de convergence de l'erreur d'estimation est représentée par la somme de deux termes : x(t) = A(u, t)x + B(u, x, t)Faero La stabilité asymptotique est toujours imposée par le premier terme (variant dans le temps), le deuxième terme représentant une entrée exogène (ou forcée) qui affecte uniquement la taille de la valeur résiduelle. Par ailleurs, dans une variante de réalisation particulière, représen- tée sur la figure 5, on combine les caractéristiques des deux modes de réalisation des figures 3 et 4. Dans cette variante de réalisation de la figure 5, on injecte l'erreur d'estimation, à savoir ladite valeur auxiliaire, à la fois sur la commande et sur la vitesse estimée. Cette variante de réalisation permet de traiter séparément les aspects de robustesse et de perfor- mance, en jouant de façon adéquate sur les gains utilisés par les moyens 38 et 45.

On notera que dans le cadre de la présente invention, un gain qui est utilisé est généralement non linéaire et varie dans le temps. II peut également être choisi constant, ce qui permet de simplifier la réalisation et l'implémentation des moyens utilisés.

En outre, ledit gain peut résulter de l'optimisation d'une fonction de coût qui dépend de performances particulières considérées, notamment en termes de robustesse et de rapidité de détection. Dans un autre mode de réalisation, il est également possible d'utiliser deux ou plusieurs gains en prenant en compte une condition par- ticulière. A titre d'exemple, dans la variante de réalisation de la figure 6, lesdits moyens 30 comportent : des moyens de calcul 50 et 51 qui présentent des gains différents et qui calculent donc chacun des valeurs auxiliaires différentes, qui sont disponibles à leur sortie via des liaisons 53 et 54 (qui peuvent être re- liées à une liaison 55 qui est amenée en entrée des moyens 46) ; des moyens de commutation 52 qui relient la liaison 55, soit à la liaison 53, soit à la liaison 54, en fonction d'un ordre de commande reçu de moyens de commande 56 par l'intermédiaire d'une liaison 57 ; et lesdits moyens de commande 56 qui reçoivent (ou déterminent) la va- leur d'un paramètre auxiliaire, qui comparent cette valeur à une valeur de seuil prédéterminée, et qui envoient un ordre aux moyens de commutation 52 en fonction de cette comparaison. A titre d'exemple, les-dits moyens de commande 56 peuvent utiliser comme paramètre auxiliaire : la dynamique de la commande (qui est comparée à une valeur quel- conque, par exemple à 20°/s) ; et/ou un point du domaine de vol ; et/ou • la fréquence du signal de commande.

Claims (9)

1. REVENDICATIONS1 . 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), procédé selon lequel on réalise, de façon automatique et itérative, 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 supé- rieur à un nombre prédéterminé, on détecte une panne oscillatoire qui représente un signal périodique de type sinusoïdal, caractérisé en ce qu'à l'étape a), à chaque itération, on estime ladite position théorique, à l'aide, de plus, d'au moins une valeur auxiliaire corres- pondant à la valeur résiduelle formée à l'étape b) de l'itération précédente, que l'on a multipliée par un gain.
2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit modèle de l'actionneur (5) comprend une fonction non linéaire, et en ce qu'à l'étape a), pour une itération quelconque : on fait la somme de l'ordre de commande de gouverne pour cette itéra- tion actuelle et de ladite valeur auxiliaire de l'itération précédente ; et on applique ladite fonction non linéaire à cette somme.
3. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit modèle de l'actionneur (5) comprend une fonc- tion non linéaire, et en ce qu'à l'étape a), pour une itération quelconque, on ajoute ladite valeur auxiliaire de l'itération précédente à l'expression obtenue par l'application de ladite fonction non linéaire à l'ordre de commande de gouverne pour l'itération actuelle.
4. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit gain est constant.
5. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit gain est non linéaire et varie en fonction du temps.
6. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que : on détermine la valeur d'au moins un paramètre auxiliaire ; on compare cette valeur à une valeur de seuil prédéterminée ; et on sélectionne ledit gain en fonction de cette comparaison, parmi au moins deux valeurs de gain différentes.
7. 7. Dispositif de détection automatique 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'aé- ronef 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), ledit dispositif (1) comportant : des premiers moyens (19) pour estimer, de façon itérative, à l'aide du-dit ordre de commande de gouverne et d'un modèle, 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 ; réaliser un comptage de tous les dépassements successifs et alternés 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, caractérisé en ce qu'il comporte, de plus, des moyens de rebouclage (30, 31, 32) pour former et injecter dans lesdits premiers moyens (19) au moins une valeur auxiliaire correspondant à la valeur résiduelle formée par lesdits deuxièmes moyens (21) à l'itération précédente, qui a été multipliée par un gain, et en ce que lesdits premiers moyens (19) sont formés de manière à estimer ladite position théorique à l'aide, de plus, de ladite valeur auxiliaire.
8. 8. Système de commandes de vol électriques d'un aéronef, ledit système (4) comportant au moins un moyen (11) 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. 9) qui mesure la position effective de ladite gouverne (3) ; et 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'asservis- sement (2), tel que celui spécifié sous la revendication 7.