JP4209037B2 - 舵面アクチュエータ制御／冗長管理装置 - Google Patents

Description

【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〜４ｎ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１１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〜３ｎ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、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ものであることを特徴とする。
【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Ａcom 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３１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Ｔ２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３Ｂ１〜３Ｂ３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、４ｃ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 (1)

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、
   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ものである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。

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