JP2000347705A - 舵面アクチュエータ制御/冗長管理装置 - Google Patents

舵面アクチュエータ制御/冗長管理装置

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JP2000347705A
JP2000347705A JP11155058A JP15505899A JP2000347705A JP 2000347705 A JP2000347705 A JP 2000347705A JP 11155058 A JP11155058 A JP 11155058A JP 15505899 A JP15505899 A JP 15505899A JP 2000347705 A JP2000347705 A JP 2000347705A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】ボーディング方式による舵面アクチュエータ制
御を可能とすると共に、低価格化及びコンパクト化を実
現する。 【解決手段】各舵面アクチュエータ制御装置20a〜2
0nに設けられた演算処理部21は、センサ信号ボーデ
ィング処理部31、アクチュエータ制御演算部32、出
力電流値ボーディング処理部33を備える。アクチュエ
ータ制御演算部32は、アクチュエータ舵角コマンド及
びセンサ信号ボーディング処理部31により選択された
センサ信号に応じた駆動指令を電流アンプ23に出力し
てフォースモータ5a〜5nを駆動する。故障判定部2
2は、出力電流値ボーディング処理部33によりボーデ
ィング処理された出力電流値から故障を判定し、故障し
た系統に機能停止コマンドを電流アンプ23に出力す
る。この電流アンプ23は過半数以上の機能停止コマン
ドが与えられた場合に故障系統を分離する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、航空機におけるフ
ォースモータのフォースサミング方式によりサーボバル
ブ(サーボ弁)を操作するサーボ機構を備えた舵面アク
チュエータ制御/冗長管理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、航空機の舵面アクチュエータ制御
においては、DDV(Direct Drive Valve)方式のアク
チュエータを使用し、複数のコイル駆動力の合力により
コントロールバルブを駆動する冗長構成のフォースサミ
ング方式が用いられている。
【0003】そして、上記フォースサミング方式を用い
てサーボバルブを操作する舵面アクチュエータ制御/冗
長管理装置では、冗長構成をなすそれぞれの制御系統に
おいて、セルフテスト(モデルモニタ)方式により故障
の検出/同定を行ない、故障した制御系統を分離してア
クチュエータ制御を実施している。
【0004】更に、冗長構成をなす各系統の舵面アクチ
ュエータ制御では、電流アンプからフォースモータへ出
力する電流値の各系統間でのばらつきを抑制するため、
電流値のイコライジング機能を作動させている。
【0005】図5は、従来の技術による舵面アクチュエ
ータ制御/冗長管理装置のブロック図を示したものであ
る。同図において、1は舵面2を駆動するサーボバルブ
を含む舵面アクチュエータで、この舵面アクチュエータ
1には多重構成をなす複数のセンサ3a〜3nが設けら
れており、これらのセンサ3a〜3nにより検出される
信号はフィードバック信号として舵面アクチュエータ制
御装置4a〜4nへ送られる。上記舵面アクチュエータ
制御装置4a〜4nは、操縦操作に応じて与えられるア
クチュエータ舵角コマンドAcom 及び上記センサ3a〜
3nからの信号に応じてサーボバルブ駆動用のフォース
モータ5a〜5nを駆動する。
【0006】上記舵面アクチュエータ制御装置4a〜4
nは、それぞれアクチュエータを制御するための第1演
算処理部6、アクチュエータの冗長管理を行なうための
第2演算処理部7及びフォースモータ5a〜5nを駆動
するための電流アンプ8からなっている。
【0007】上記第1演算処理部6は、イコライジング
部10及びアクチュエータ制御演算部11からなり、イ
コライジング部10に自系統及び他系統の電流アンプ8
の出力電流値が入力され、アクチュエータ制御演算部1
1にアクチュエータ舵角コマンドAcom 、対応するセン
サ3a〜3nの検出信号及び上記イコライジング部10
の出力信号が入力される。イコライジング部10は、自
系統及び他系統の出力電流値に基づいて各系統間の電流
値のばらつきを抑制するためのもので、その出力信号を
アクチュエータ制御演算部11に入力する。アクチュエ
ータ制御演算部11は、操縦操作に応じてアクチュエー
タ舵角コマンドAcom が与えられると、センサ3a〜3
nからのフィードバック信号及びイコライジング部10
からの信号を参照し、舵角コマンドに応じた信号を電流
アンプ8に出力してフォースモータ5a〜5nを駆動す
る。また、電流アンプ8の出力値は、自系統及び他系統
第2演算処理部7へ送られる。
【0008】一方、第2演算処理部7は、セルフテスト
(モデルモニタ)方式によるアクチュエータ冗長管理部
12を備え、センサ3a〜3nの検出信号及び電流アン
プ8の出力値に基づいてアクチュエータ制御系の故障検
出/同定/分離を行ない、故障を検出した場合は電流ア
ンプ機能停止コマンドを電流アンプ8に出力し、故障し
た系統におけるフォースモータ5a〜5nの駆動を停止
する。
【0009】上記従来の舵面アクチュエータ制御/冗長
管理装置において、セルフテスト(モデルモニタ)方式
によるアクチュエータ制御系冗長管理を行なう場合に
は、舵面アクチュエータ1におけるセンサ3a〜3nの
精度のばらつきにより電流アンプ8からフォースモータ
5a〜5nへ出力する電流値が各系統間でばらつくた
め、フォースサミングによりサーボバルブを駆動する
際、コイル駆動力が打ち消し合うフォースファイティン
グを起こし、このままではアクチュエータの制御特性及
び消費効率に悪影響を及ぼす可能性があった。
【0010】これを防止するために、アクチュエータ制
御演算部11にイコライジング部10を付加することに
より、各系統間の電流値のばらつきを抑制している。ま
た、セルフテスト(モデルモニタ)方式によるアクチュ
エータ冗長管理を行なう場合には、制御機能を実現する
第1演算処理部6とアクチュエータ制御系の故障検出/
同定/分離を行なう冗長管理機能を実現する第2演算処
理部7を別々に準備する必要があった。これは制御機能
を実現する第1演算処理部6において故障が発生した場
合、アクチュエータ冗長管理部12が故障の影響を受け
ず、確実に故障検出/同定/分離を実施するため、制御
機能とは別に第2演算処理部7を準備する必要があるた
めである。
【0011】また、一般に冗長構成機器の冗長管理を実
施する場合、大別して「セルフテスト(モデルモニタ)
方式」と「ボーディング(多数決)方式」があるが、従
来では次の理由により、セルフテスト(モデルモニタ)
方式が用いられている。
【0012】複数のフォースモータのフォースサミング
方式により1個のサーボバルブ、1個のアクチュエータ
を制御する装置において、ボーディング(多数決)方式
により冗長管理を実施する場合、制御機能演算部や電流
アンプの出力信号等を用いてボーディング処理を行なう
ことになる。しかし、上記したように制御機能にて用い
るセンサ精度のばらつきが存在するため、そのばらつき
が制御機能のフィードバックゲインにより増幅され、出
力信号においては極めて大きな誤差となる。そのため出
力信号のボーディングにより故障した系統の異常データ
を識別することが困難となり、確実に冗長管理を実施す
ることができない可能性があり、信頼性を損なう恐れが
あった。なお、制御機能にて用いるセンサの個数は、装
置の信頼性を確保するために、一般に制御系統と同一個
数の冗長構成とする必要がある。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】上記したように従来の
舵面アクチュエータ制御/冗長管理装置では、電流アン
プ8からフォースモータ5a〜5nへ出力する電流値の
各系統間でのばらつきを抑制するためのイコライジング
機能を付加する必要があり、装置の低価格化、コンパク
ト化を阻害する要因となっている。また、制御機能用の
第1演算処理部6と冗長管理機能用の第2演算処理部7
とを別々に用意する必要があるため、この点からも装置
の低価格化、コンパクト化を阻害する要因となってい
る。
【0014】本発明は上記の課題を解決するためになさ
れたもので、ボーディング方式を用いて舵面アクチュエ
ータ制御を確実に行ない得ると共に、低価格化及びコン
パクト化を実現し得る舵面アクチュエータ制御/冗長管
理装置を提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】第1の発明は、フォース
モータのフォースサミング方式により舵面アクチュエー
タのサーボバルブを操作するサーボ機構を備えた舵面ア
クチュエータ制御/冗長管理装置において、前記舵面ア
クチュエータに設けられた多重構成をなす複数のセンサ
と、前記フォースモータを駆動する電流アンプ及びこの
電流アンプに駆動指令を与える演算処理部を備えた複数
系統の舵面アクチュエータ制御装置と、前記各センサの
検出信号を前記全系統の舵面アクチュエータ制御装置に
フィードバック信号として入力するフィードバック手段
と、前記各演算処理部に設けられ、前記複数のセンサか
らフィードバックされる全センサ信号をボーディング処
理して出力するセンサ信号ボーディング処理部と、操縦
操作に応じて与えられるアクチュエータ舵角コマンドA
com 及び前記センサ信号ボーディング処理部から出力さ
れるセンサ信号に基づいてフォースモータ駆動指令をそ
れぞれ自系統の電流アンプに出力するアクチュエータ制
御演算部と、前記各演算処理部に設けられ、全系統の電
流アンプの出力電流値をボーディング処理して出力する
出力電流値ボーディング処理部と、前記各舵面アクチュ
エータ制御装置に設けられ、自系統及び他系統の出力電
流値ボーディング処理部の出力信号に基づいて故障判定
を行ない、故障を検出した際、故障した系統の電流アン
プに機能停止コマンドを出力する故障判定部とを具備し
たことを特徴とする。
【0016】第2の発明は、上記第1の発明における電
流アンプとして、全系統のうち過半数以上の故障判定部
から機能停止コマンドが入力された場合にシャットダウ
ン処理を実行し、故障系統を分離するように構成したこ
とを特徴とする。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施形態を説明する。図1は、本発明の一実施形態に係
る舵面アクチュエータ制御装置の構成をブロック図であ
る。同図において、1は航空機の舵面2を駆動するサー
ボバルブを含む舵面アクチュエータで、この舵面アクチ
ュエータ1には多重構成をなす複数のセンサ3a〜3n
が設けられている。上記センサ3a〜3nにより検出さ
れる信号は、フィードバック信号としてそれぞれ全系統
の舵面アクチュエータ制御装置20a〜20nへ送られ
る。上記舵面アクチュエータ制御装置20a〜20n
は、操縦操作に応じて与えられるアクチュエータ舵角コ
マンドAcom 及び上記センサ3a〜3nからの信号に応
じてサーボバルブ駆動用のフォースモータ5a〜5nを
駆動する。
【0018】上記舵面アクチュエータ制御装置20a〜
20nは、それぞれアクチュエータを制御するための演
算処理部21、故障判定部22及びフォースモータ5a
〜5nを駆動するための電流アンプ23からなってい
る。上記演算処理部21は、CPUにより構成したもの
で、センサ信号ボーディング処理部31、アクチュエー
タ制御演算部32、及び出力電流値ボーディング処理部
33からなり、センサ信号ボーディング処理部31には
全センサ3a〜3nの検出信号、すなわち自系統のセン
サ信号及び他系統のセンサ信号がフィードバック信号と
して入力される。センサ信号ボーディング処理部31
は、全センサ信号についてのボーディング(多数決)処
理を行なってセンサ信号を選択し、その選択したセンサ
信号をアクチュエータ制御演算部32へ出力する。
【0019】上記アクチュエータ制御演算部32は、操
縦操作に応じて与えらるアクチュエータ舵角コマンドA
com 及び上記センサ信号ボーディング処理部31により
選択されたセンサ信号に応じたアクチュエータ駆動指令
を電流アンプ23に出力し、この電流アンプ23の出力
信号によりフォースモータ5a〜5nを駆動する。ま
た、電流アンプ23の出力値は、自系統及び他系統の出
力電流値ボーディング処理部33へ送られる。この出力
電流値ボーディング処理部33は、全系統の電流アンプ
23の出力電流値についてボーディング処理を行ない、
その選択された出力電流値を自系統及び他系統の各故障
判定部22へ出力する。
【0020】上記故障判定部22は、全系統の電流値ボ
ーデング結果に基づいて故障判定を行ない、故障と判定
した場合には、故障した系統の電流アンプ23に機能停
止コマンドを出力する。すなわち、故障した系統の電流
アンプ23には、全系統の故障判定部22から機能停止
コマンド(シャットダウン信号)が入力される。電流ア
ンプ23は、全系統から与えられる故障判定信号のう
ち、過半数以上の機能停止コマンドが与えられた場合に
機能停止コマンドが有効であると判断し、出力電流をシ
ャットダウン処理して故障系統を分離する。すなわち、
系統間の故障判定の誤差、あるいは、ある系統の故障判
定機能の故障により全系統のシャットダウン信号を誤っ
て出力する場合等、誤信号によるシャットダウンを防止
するために、上記したように全系統から与えられる故障
判定信号のうち、過半数以上の機能停止コマンドが電流
アンプ23に与えられた場合に機能停止コマンドが有効
であると判断するようにしている。
【0021】図2は、センサ信号ボーディング処理部3
1及び出力電流値ボーディング処理部33の3系統デー
タに対する詳細を示すブロック図である。上記センサ信
号ボーディング処理部31及び出力電流値ボーディング
処理部33は、故障信号検出部41及び信号選択部42
からなり、全系統、例えば3系統のセンサ信号あるいは
出力電流値が入力される。故障信号検出部41は、3系
統の入力信号を比較して故障の発生を検出し、故障情報
を信号選択部42に出力するもので、1系統に故障が発
生している場合には故障系統を特定し、2系統に故障が
発生している場合には2故障発生を認識する。
【0022】上記故障信号検出部41は、各系統の値を
比較して差(誤差)を検出し、その誤差が予め設定され
たスレッショルド値内であれば全系統正常と判断し、1
系統のデータが他の2系統のデータと比べて予め設定さ
れたスレッショルド値以上の誤差を有している場合は、
その誤差を有する系統を「故障」と判断する。更に、残
りの2系統のデータが予め設定されたスレッショルド値
以上の誤差を有する場合は、2故障目が発生したことを
認識する。
【0023】そして、信号選択部42は、上記故障信号
検出部41からの故障情報に応じて信号選択動作を行な
うもので、3系統が正常な場合にはその中間値を選択し
て出力し、2系統が正常な場合にはその平均値を計算し
て出力する。
【0024】図3は、上記図2のボーディング処理部に
おける入出力データ例を示したもので、aは第1系統信
号値、bは第2系統信号値、cは第3系統信号値、dは
信号選択値である。また、図3において、時間t0から
t1までのT1区間は3系統が正常、t1以降のT2区
間は第3系統信号値cが異常となり、他の2系統が正常
な場合を示している。3系統が正常なT1区間では、第
1ないし第3系統の中間値が選択され、信号選択値dと
して出力される。そして、時間t1において、第3系統
信号cの異常(故障発生)が認識されると、その後のT
2区間では正常な第1系統信号値aと第2系統信号値b
との平均値が計算され、その平均値が信号選択値dとし
て出力される。
【0025】センサ信号ボーディング処理部31は、全
系統のセンサ3a〜3nの検出信号について上記図3に
示すようにしてボーディング処理し、そのセンサ信号選
択値をアクチュエータ制御演算部32に出力する。ま
た、出力電流値ボーディング処理部33は、全系統の電
流アンプ23の出力電流値について上記図3に示すよう
にしてボーディング処理し、全系統の故障判定部22へ
出力する。各故障判定部22は、全系統の出力電流値ボ
ーディング処理部33から送られてくる出力電流値から
故障判定を行ない、故障の発生を検出した場合には、上
記したように機能停止コマンド(シャットダウン処理信
号)を電流アンプ23に出力する。電流アンプ23は、
全系統から与えられる故障判定信号のうち、過半数以上
の機能停止コマンドが与えられた場合に機能停止コマン
ドが有効であると判断し、出力電流をシャットダウン処
理して故障系統を分離する。
【0026】上記のように冗長構成をなす複数のセンサ
が機器の保証している精度範囲内で誤差(ばらつき)を
有している場合においても、センサ信号ボーディング処
理部31でボーディング処理を行なうことにより、各セ
ンサ3a〜3nから出力されるフィードバック信号のば
らつきを除去することができる。これにより、センサ信
号のばらつきに起因する各系統間の出力電流値の誤差を
抑制することができる。
【0027】また、出力電流値ボーディング処理部33
及び故障判定部22を設けることにより、出力電流値に
対するボーディング方式による冗長管理機能を実現で
き、故障が発生した場合には、故障した系統を検出/同
定/分離し、制御動作を正常に続行することができる。
更に、上記ボーディング方式による冗長管理を実施する
ことにより、制御機能と冗長管理機能を同一の演算処理
部21で実現できる。これは1系統の演算処理部21で
故障が発生し、1系統の制御機能と冗長制御機能が同時
に異常となった場合でも、正常な他の系統のボーディン
グ処理により出力される機能停止コマンドにより故障し
た系統を分離することができるためである。
【0028】上記のように各系統におけるアクチュエー
タ制御機能/冗長管理機能を同一の演算処理部21を用
いて実現でき、低価格化及びコンパクト化を実現するこ
とができる。
【0029】なお、本発明の方式は、従来の方式に比較
してセンサ信号を交換するラインが増加するが、演算処
理装置を削減する効果の方がはるかに大きく、舵面アク
チュエータ制御/冗長管理装置として低価格化、コンパ
クト化を図ることができる。
【0030】次に本発明を3重冗長舵面アクチュエータ
制御系に実施した場合の例を図4を参照して説明する。
舵面アクチュエータ1は、舵面アクチュエータDDV
(Direct Drive Valve)バルブ1a、舵面アクチュエー
タシリンダ1b、上記舵面アクチュエータDDVバルブ
1aの位置を検出する3重構成のDDVバルブ位置セン
サ3A1〜3A3、及びアクチュエータ位置センサ3B
1〜3B3からなり、フォースモータ5a〜5cにより
舵面アクチュエータDDVバルブ1a及び舵面アクチュ
エータシリンダ1bが駆動され、この舵面アクチュエー
タシリンダ1bにより舵面2が駆動される。
【0031】一方、制御系は3系統の舵面アクチュエー
タ制御装置4a、4b、4cにより構成している。そし
て、上記DDVバルブ位置センサ3A1〜3A3及びア
クチュエータ位置センサ3B1〜3B3の検出信号がそ
れぞれ上記舵面アクチュエータ制御装置4a、4b、4
cへ送られ、演算処理部21内のセンサ信号ボーディン
グ処理部31に入力される。
【0032】上記3系統の舵面アクチュエータ制御装置
4a、4b、4cは、図1の場合と同じ構成であり、演
算処理部21の出力電流値ボーディング処理部33には
自系統及び他系統の電流アンプ23の出力電流値が入力
され、上記出力電流値ボーディング処理部33の選択値
が自系統及び他系統の故障判定部22へ送られる。そし
て、この故障判定部22の故障判定結果が自系統及び他
系統の電流アンプ23へ送られる。この電流アンプ23
は、3系統の舵面アクチュエータ制御装置4a〜4cの
うち、2系統の故障判定部22から機能停止コマンドが
与えられた場合にシャットダウン処理を実行する。
【0033】上記の構成において、各系統のセンサ信号
ボーディング処理部31は、3重構成のDDVバルブ位
置センサ3A1〜3A3、及びアクチュエータ位置セン
サ3B1〜3B3からフィードバックされるセンサ信号
に対して図2及び図3で説明したように中間値選択処理
を実施し、各系統の制御機能にて用いるフィードバック
信号を同一のものとする。これにより電流アンプ23か
らフォースモータ5a〜5cに供給される出力電流値を
各系統間でほぼ同一の値とすることができる。従って、
電流アンプ23の出力電流値を用いたボーディング処理
を実施して、故障した系統の制御機能の検出/同定/分
離を行なうことができる。
【0034】更に、電流アンプ23の出力電流値が各系
統間でほぼ同一の値であるため、イコライジング機能な
しでフォースファイトを抑制することができる。また、
出力電流値ボーディング処理部33により、故障した系
統を認識した場合には、故障した系統及び正常な系統の
全てから故障した系統の電流アンプ23に対して機能停
止コマンドが出力され、2系統以上の機能停止コマンド
により故障した系統がシャットダウンされる。上記のよ
うに各系統におけるアクチュエータ制御機能/冗長管理
機能を同一の演算処理部(CPU)21を用いて実現で
き、低価格化及びコンパクト化を実現することができ
る。
【0035】
【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、フ
ォースモータのフォースサミング方式によりサーボバル
ブを駆動操作するサーボ機構を備えた冗長構成をなす舵
面アクチュエータ制御/冗長管理装置において、演算処
理部内にセンサ信号ボーディング処理部及び出力電流値
ボーディング処理部を設け、上記センサ信号ボーディン
グ処理部により舵面アクチュエータのセンサからフィー
ドバックされるセンサ信号に対するボーディング処理を
実施するようにしたので、各系統で用いるセンサ信号の
均一化を図り、電流アンプからフォースモータへ出力す
る電流値の誤差を抑制でき、イコライジング機能を削除
することができる。また、上記出力電流値ボーディング
処理部にて、フォースモータを駆動する電流アンプの出
力電流値に対するボーディング処理を実施することによ
り、各系統間の出力電流値を均一化すると共に、故障し
た系統を確実に認識してシャットダウン処理することが
できる。これによりアクチュエータ制御機能及び冗長管
理機能を同一の演算処理部を用いて実現でき、低価格化
及びコンパクト化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る舵面アクチュエータ
制御/冗長管理装置の構成を示すブロック図。
【図2】同実施形態におけるボーディング処理部の詳細
を示すブロック図。
【図3】同実施形態におけるボーディング処理部の動作
例を示す図。
【図4】本発明を3重冗長舵面アクチュエータ制御系に
実施した場合の構成例を示すブロック図。
【図5】従来の舵面アクチュエータ制御/冗長管理装置
の構成を示すブロック図。
【符号の説明】
1 舵面アクチュエータ 1a 舵面アクチュエータDDVバルブ 1b 舵面アクチュエータシリンダ 2 舵面 3a〜3n センサ 3A1〜3A3 DDVバルブ位置センサ 3B1〜3B3 アクチュエータ位置センサ 5a〜5n フォースモータ 20a〜20n 舵面アクチュエータ制御装置 21 演算処理部 22 故障判定部 23 電流アンプ 31 センサ信号ボーディング処理部 32 アクチュエータ制御演算部 33 出力電流値ボーディング処理部 41 故障信号検出部 42 信号選択部

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 フォースモータのフォースサミング方式
    により舵面アクチュエータのサーボバルブを操作するサ
    ーボ機構を備えた舵面アクチュエータ制御/冗長管理装
    置において、 前記舵面アクチュエータに設けられた多重構成をなす複
    数のセンサと、 前記フォースモータを駆動する電流アンプ及びこの電流
    アンプに駆動指令を与える演算処理部を備えた複数系統
    の舵面アクチュエータ制御装置と、 前記各センサの検出信号を前記全系統の舵面アクチュエ
    ータ制御装置にフィードバック信号として入力するフィ
    ードバック手段と、 前記各演算処理部に設けられ、前記複数のセンサからフ
    ィードバックされる全センサ信号をボーディング処理し
    て出力するセンサ信号ボーディング処理部と、 操縦操作に応じて与えられるアクチュエータ舵角コマン
    ド及び前記センサ信号ボーディング処理部から出力され
    るセンサ信号に基づいてフォースモータ駆動指令をそれ
    ぞれ自系統の電流アンプに出力するアクチュエータ制御
    演算部と、 前記各演算処理部に設けられ、全系統の電流アンプの出
    力電流値をボーディング処理して出力する出力電流値ボ
    ーディング処理部と、 前記各舵面アクチュエータ制御装置に設けられ、自系統
    及び他系統の出力電流値ボーディング処理部の出力信号
    に基づいて故障判定を行ない、故障を検出した際、故障
    した系統の電流アンプに機能停止コマンドを出力する故
    障判定部とを具備したことを特徴とする舵面アクチュエ
    ータ制御/冗長管理装置。
  2. 【請求項2】 前記電流アンプは、全系統のうち過半数
    以上の故障判定部から機能停止コマンドが入力された場
    合にシャットダウン処理を実行し、故障系統を分離する
    ことを特徴とする請求項1記載の舵面アクチュエータ制
    御/冗長管理装置。
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