JP3988988B2

JP3988988B2 - 冗長アクチュエータの位置フィードバック補償方法

Info

Publication number: JP3988988B2
Application number: JP2002153343A
Authority: JP
Inventors: 仁大依
Original assignee: 株式会社アイ・エイチ・アイ・エアロスペース
Priority date: 2002-05-28
Filing date: 2002-05-28
Publication date: 2007-10-10
Anticipated expiration: 2022-05-28
Also published as: JP2003345444A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、ロケットの可動ノズルを動作させるのに使用される冗長リニアアクチュエータの位置フィードバック補償方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、上記したような冗長アクチュエータとしては、例えば、２系統のモータを備え、これらの２系統のモータの各出力が速度和として出力されるように連結した冗長リニアアクチュエータがあり、この冗長リニアアクチュエータでは、冗長となる一方の系のモータおよび他方の系のモータにそれぞれ略（およそ）１／２ずつのストロークを行わせて、アクチュエータとしての全体ストロークを制御するようになっている。
【０００３】
このような冗長リニアアクチュエータにおいて、位置サーボ制御を実施するために、出力軸の長さを検出する位置検出器を配置し、この位置検出器により長さ方向の変移量を検出してフィードバックを行うようになっており、位置検出器の故障に対する冗長性を持たせるために、位置検出器を複数配置するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記した冗長リニアアクチュエータにおいて、検出器の故障を補償するためには、故障の検知が容易なＬＶＤＴ（線形可変差動変圧器）やポテンショメータを複数配置して、例えば、冗長となる相手側検出器との比較によって、故障の識別を行う必要がある。
【０００５】
さらに、レゾルバやエンコーダなどの回転検出器によりモータの回転角を検出し、その積算値を演算によってストロークに変換することで、位置フィードバックとして用いる場合においては、故障の発生に対する迅速な補償動作が期待できないという問題があり、この問題を解決することが従来の課題となっていた。
【０００６】
【発明の目的】
本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、系統個々の故障発生に対して瞬時のうちに補償動作を行うことが可能である冗長アクチュエータの位置フィードバック補償方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係わる発明は、２系統のモータを備え、これらの２系統のモータの各出力を速度和として出力するべくモータ同士を連結した冗長アクチュエータの位置フィードバック補償方法であって、２系統の各々の位置フィードバックを各系統のモータのストローク負担分Ｌ１，Ｌ２および各系統の回転検出器の積算値Ｅｆ１，Ｅｆ２とし、冗長アクチュエータの全体ストロークＬの位置検出結果をポテンショメータ，線形可変差動変圧器および上記積算値Ｅｆ１，Ｅｆ２の和のうちのいずれかから取り込んでＥｆとして、この取り込み値Ｅｆと各系統の積算値Ｅｆ１，Ｅｆ２との比Ｇｃ１（＝Ｅｆ１/Ｅｆ），Ｇｃ２（＝Ｅｆ２/Ｅｆ）を求め、これらの比Ｇｃ１，Ｇｃ２と冗長アクチュエータ全体ストロークＬに対する位置指令値Ｅｃとの積をとって、一方のモータに対する位置指令値Ｅｃ１とすると共に、他方のモータに対する位置指令値Ｅｃ２とする構成としたことを特徴としており、この冗長アクチュエータの位置フィードバック補償方法の構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。
【０００８】
本発明の請求項２に係わる冗長アクチュエータの位置フィードバック補償方法において、冗長アクチュエータの全体ストロークＬの位置検出を行う位置検出器としてのポテンショメータあるいは線形可変差動変圧器の故障を検知した場合は、取り込み値Ｅｆと各系統の積算値Ｅｆ１，Ｅｆ２との比Ｇｃ１，Ｇｃ２を速やかに１／２に固定し、各系統の回転検出器の故障を検知した場合は、故障した側の系の制御を速やかに停止させる構成としている。
【０００９】
この冗長アクチュエータの位置フィードバック補償方法において、位置検出器の信頼性が低い場合は、位置検出器を複数配置したり、冗長となる複数のモータで検出されたモータ回転角の積算値の和を使用したりすることが可能である。
【００１０】
本発明の請求項３に係わる冗長アクチュエータの位置フィードバック補償方法において、位置検出器としてポテンショメータを使用する場合は、ブラシからの出力信号端子を検出電圧最大値以上となる＋電圧もしくは検出電圧最小値以下となる−電圧に高抵抗で接続する構成としている。
【００１１】
【発明の作用】
本発明の請求項１に係わる冗長アクチュエータの位置フィードバック補償方法では、上記した構成としているので、冗長となる相手側系統の故障発生を検出する必要がなく、すなわち、一方の系統から他方の系統の故障発生を検出したり、他方の系統から一方の系統の故障発生を検出したりする必要がなく、加えて、位置指令値を切り換えることも不要となり、その結果、系統個々の故障発生に対する補償動作が迅速になされることとなる。
【００１２】
本発明の請求項２に係わる冗長アクチュエータの位置フィードバック補償方法では、上記した構成としていることから、位置検出器と各系統の回転検出器とがシステム上冗長関係となって、位置検出器を複数配置する必要がなくなり、とくに、位置検出器および回転角検出器が必須である速度フィードバックを行うサーボシステムや、ＤＣブラシレスモータなどの回転角度検出が必要なシステムでは、追加のセンサを必要とすることのないシステム構成を構築し得ることとなる。
【００１３】
本発明の請求項３に係わる冗長アクチュエータの位置フィードバック補償方法では、上記した構成としたため、故障検知が困難なポテンショメータにおいても、故障時には、回転角検出器に自動的に位置フィードバック経路が変更されることとなる。
【００１４】
【発明の効果】
本発明の請求項１に係わる冗長アクチュエータの位置フィードバック補償方法では、上記した構成としたことにより、系統個々の故障発生に対して、瞬時に補償動作を行うことが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
【００１５】
本発明の請求項２に係わる冗長アクチュエータの位置フィードバック補償方法では、上記した構成としたため、位置検出器の複数配置を回避することができ、とくに、速度フィードバックを行うサーボシステムや、回転角度検出が必要なシステムについては、センサの追加を必要とすることなく構築することが可能になるという非常に優れた効果がもたらされる。
【００１６】
本発明の請求項３に係わる冗長アクチュエータの位置フィードバック補償方法では、上記した構成としたから、故障検知が困難なポテンショメータを用いているのもかかわらず、故障時には、位置フィードバック経路を回転角検出器に自動的に変更することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
【００１８】
図１は本発明に係わる冗長アクチュエータの位置フィードバック補償方法の一実施例を示している。
【００１９】
図１のブロック図に示すように、この冗長アクチュエータ１は、各々の出力を速度和として出力するべく互いに連結した２系統のモータ２，３と、アクチュエータ全体ストロークＬを検出する位置検出器としてのポテンショメータ４と、このポテンショメータ４からアクチュエータ全体ストロークＬの検出結果を取り込むＡ／Ｄコンバータ５と、位置フィードバック制御を行う位置フィードバック制御部６（図１において破線で囲んだ部分）を備えている。
【００２０】
位置フィードバック制御部６では、２系統の各々の位置フィードバックを各系統のモータ２，３のストローク負担分Ｌ１，Ｌ２および各系統の回転検出器積算値Ｅｆ１，Ｅｆ２とし、アクチュエータ全体ストロークＬの検出結果をポテンショメータ４から取り込み値ＥｆとしてＡ／Ｄコンバータ５によって取り込んで、ＤＳＰ（ｄｉｇｉｔａｌｓｉｇｎａｌｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）にてこの取り込み値Ｅｆと各系統の回転検出器積算値Ｅｆ１，Ｅｆ２との比Ｇｃ１（＝Ｅｆ１/Ｅｆ），Ｇｃ２（＝Ｅｆ２/Ｅｆ）を求め、これらの比Ｇｃ１，Ｇｃ２と冗長アクチュエータ全体ストロークＬに対する位置指令値Ｅｃとの積をとって、一方の系のモータ２に対する位置指令値Ｅｃ１とすると共に、他方の系のモータ３に対する位置指令値Ｅｃ２とするようになっている。
【００２１】
この場合、位置フィードバック制御部６では、微小信号時にノイズや誤差の影響で非現実的な値となることを避けるために、比Ｇｃ１を１／２≦Ｇｃ１≦１でクランプすると共に、比Ｇｃ２を１／２≦Ｇｃ２≦１でクランプし、この制御系を実施するにあたっては、取り込み値Ｅｆが０となる場合に「０割」となるのを防ぐために、取り込み値Ｅｆを最小値にセットするようになっている。
【００２２】
そこで、上記冗長アクチュエータ１のモータ３がある他方の系で故障が発生したと仮定する。このような故障時において、モータ２がある一方の系のみが駆動するため、モータ２のストロークＬ１の変化量とアクチュエータ全体ストロークＬとの変化量は等しくなり、比Ｇｃ１は１（正常時はＧｃ１＝１／２）となる。この動作は伝達関数となるため、取り込み値Ｅｆをフィードバックしたのと等価となる。
【００２３】
このとき、位置指令値が、１／２ＥｃからＥｃに変化することから、モータ２がある一方の系でのストローク負担分Ｌ１はアクチュエータ全ストロークＬとなり、故障時に不足するストロークを自動的に補償することとなる。
【００２４】
また、図２の上下に示すように、位置制御ゲインは等価的に変化することとなり、相手方の系と同じ動作をした場合の伝達関数のゲインと自動的に等価となる。
【００２５】
さらに、冗長アクチュエータ１の全体ストロークＬの位置検出を行う位置検出器としてのポテンショメータ４の故障を検知した場合は、取り込み値Ｅｆと各系統の積算値Ｅｆ１，Ｅｆ２との比Ｇｃ１，Ｇｃ２を速やかに１／２に固定すると、位置指令値Ｅｃは一方の系あるいは他方の系の負担分のストロークＬ１あるいはＬ２となり、合計として総ストロークＬを補償することとなる。
【００２６】
さらにまた、冗長アクチュエータ１の回転検出器の故障を検知した場合は、故障した側の系の制御を速やかに停止させると、停止後において、正常動作中の系では位置検出器からの取り込み値Ｅｆの変化から上記と同様に自動的動作が補償されることとなる。
【００２７】
上記位置フィードバックは、他方の系の動作補償のために設置するものであってサーボ系のフィードバックに直接使用していないことから、位置検出器故障の場合は削除することが可能であり、回転角検出器故障は、位置検出器が正常な状態では他方の系のモータで自動補償することが可能であるため、回転角検出器を複数設置する必要はない。
【００２８】
さらにまた、本実施例のように位置検出器にポテンショメータ４を使用する場合は、図３に示すように、ブラシからの出力信号端子７を検出電圧最大値以上となる＋電圧もしくは検出電圧最小値以下となる−電圧に高抵抗で接続することが望ましい。
【００２９】
この場合、ポテンショメータ４が故障してブラシが開放状態になると、電圧は回路設定した＋電圧または−電圧に設定され、上記回路により検出電圧は最大もしくは最小であることから、比Ｇｃ１，Ｇｃ２は絶対値演算すると、いずれも１／２となり、すなわち、取り込み値Ｅｆと各系統の積算値Ｅｆ１，Ｅｆ２との比Ｇｃ１，Ｇｃ２を速やかに１／２に固定するといった上記動作を自動的に実施することとなり、その結果、全ストロークＬが補償されることとなる。
【００３０】
このように、故障検知が困難なポテンショメータ４を用いているのもかかわらず、故障時には、回転角検出器に位置フィードバック経路が自動的に変更されることとなる。
【００３１】
上記した実施例では、冗長アクチュエータ１の全体ストロークＬの位置検出結果を位置検出器としてのポテンショメータ４から取り込んでＥｆとしているが、位置検出器として故障の検知が容易なＬＶＤＴ（線形可変差動変圧器）を用いることが可能であるほか、図４のブロック図に示すように、冗長アクチュエータ１の全体ストロークＬの位置検出結果を各系統の回転検出器積算値Ｅｆ１，Ｅｆ２の和から取り込むようにしても差し支えない。
【００３２】
本発明に係わる冗長アクチュエータの位置フィードバック補償方法は、ロケットの可動ノズルを動作させるのに使用される冗長アクチュエータの位置フィードバック補償に採用することが可能であるほか、例えば、操舵翼や開閉ハッチの駆動用アクチュエータの位置フィードバック補償に採用することが可能である。
【００３３】
また、本発明に係わる冗長アクチュエータの位置フィードバック補償方法の詳細な構成は、上記した実施例に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる冗長アクチュエータの位置フィードバック補償方法の一実施例を示すブロック図である。
【図２】図１における位置フィードバック補償方法（処理方法）による位置制御ゲインが相手方の系と同じ動作をした場合の伝達関数のゲインと自動的に等価となることを示すブロック図である。
【図３】図１における位置フィードバック補償方法において位置検出器としてポテンショメータを用いる場合の最適な実施形態を示す部分回路図である。
【図４】本発明に係わる冗長アクチュエータの位置フィードバック補償方法の他の実施例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１冗長アクチュエータ
２一方の系のモータ
３他方の系のモータ
４ポテンショメータ（位置検出器）
６位置フィードバック制御部
７出力信号端子
Ｅｃ全体ストロークに対する位置指令値
Ｅｃ１，Ｅｃ２各系統のモータに対する位置指令値
Ｅｆ全体ストロークの位置検出結果の取り込み値
Ｅｆ１，Ｅｆ２各系統の回転検出器の積算値（回転角積算値）
Ｇｃ１，Ｇｃ２取り込み値と各系統の積算値との比
Ｋｐサーボ制御器ゲイン
Ｌ冗長アクチュエータの全体ストローク
Ｌ１，Ｌ２各系統のモータのストローク負担分

Claims

２系統のモータを備え、これらの２系統のモータの各出力を速度和として出力するべくモータ同士を連結した冗長アクチュエータの位置フィードバック補償方法であって、２系統の各々の位置フィードバックを各系統のモータのストローク負担分Ｌ１，Ｌ２および各系統の回転検出器の積算値Ｅｆ１，Ｅｆ２とし、冗長アクチュエータの全体ストロークＬの位置検出結果をポテンショメータ，線形可変差動変圧器および上記積算値Ｅｆ１，Ｅｆ２の和のうちのいずれかから取り込んでＥｆとして、この取り込み値Ｅｆと各系統の積算値Ｅｆ１，Ｅｆ２との比Ｇｃ１，Ｇｃ２を求め、これらの比Ｇｃ１，Ｇｃ２と冗長アクチュエータ全体ストロークＬに対する位置指令値Ｅｃとの積をとって、一方のモータに対する位置指令値Ｅｃ１とすると共に、他方のモータに対する位置指令値Ｅｃ２とすることを特徴とする冗長アクチュエータの位置フィードバック補償方法。
冗長アクチュエータの全体ストロークＬの位置検出を行う位置検出器としてのポテンショメータあるいは線形可変差動変圧器の故障を検知した場合は、取り込み値Ｅｆと各系統の積算値Ｅｆ１，Ｅｆ２との比Ｇｃ１，Ｇｃ２を速やかに１／２に固定し、各系統の回転検出器の故障を検知した場合は、故障した側の系の制御を速やかに停止させる請求項１に記載の冗長アクチュエータの位置フィードバック補償方法。
位置検出器としてポテンショメータを使用する場合は、ブラシからの出力信号端子を検出電圧最大値以上となる＋電圧もしくは検出電圧最小値以下となる−電圧に高抵抗で接続する請求項１または２に記載の冗長アクチュエータの位置フィードバック補償方法。