JPH0764640A - 自己診断および再構成機能を有するハイブリッド処理方式の自動飛行制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 故障検出が確実であり、再編成の論理が単純
明快である自己診断および再構成機能を有するハイブリ
ッド処理方式の自動飛行制御装置を提供する。 【構成】 オートパイロット演算部２ではオートパイロ
ットセンサ信号がディジタル演算処理されてオートパイ
ロット指令信号ａが出力される。ダンパセンサ１２から
の信号がディジタルフィルタ４で演算処理されてダンパ
指令信号ｂが出力され、上記オートパイロット指令信号
ａとダンパ指令信号ｂとが加算され比較対象信号ｃ’が
作られる。ダンパ部９の加算器１４ではアナログオート
パイロット指令信号ｄ’とアナログダンパ指令信号ｅと
が加算されて飛行制御信号ｆが作られる。モニタ部１５
の比較器１６は、比較対象信号ｃ’と飛行制御信号ｆの
差が一定の範囲内ならば、スイッチ１７のノ−マルクロ
−ズ接点に接続されている飛行制御信号ｆを出力する。
一定の範囲以上の場合は、ノーマルオ−プン接点に切換
え、バックアップダンパ指令信号を出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、オ−トパイロット部，
ダンパ部ならびにそれらの自己診断および再構成機能を
備えるモニタ部を有する航空機の自動飛行制御装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】航空機の自動飛行制御装置は、かつての
アナログ演算処理による計算機システムからＣＰＵを有
するディジタル演算処理による計算機システムへと移り
変わってきた。このＣＰＵによるディジタル演算処理シ
ステムはハ−ドウェアの簡素化，多機能化といったメリ
ットがある反面，航空機の制御軸（ピッチ軸，ロ−ル軸
およびヨ−軸）すべてを共通のＣＰＵによって制御する
ため、ＣＰＵが故障すると全制御軸が同時に制御不能に
なるという危険性を有していた。そこで、飛行制御の中
で安全に最も影響のあるダンパ機能をアナログ演算で処
理するように構成して、制御軸毎にハ−ドウェアを完全
に分離して複数制御軸の同時故障を防止するとともに、
飛行安全に大きな影響を与えることなく、かつ多機能が
要求されるオ−トパイロット機能をディジタル演算で処
理するように構成したハイブリッド処理方式の自動飛行
制御装置が提案されている。

【０００３】しかしながら、ハイブリッド処理方式にお
いてもＣＰＵ故障による暴走信号の出力は、その影響が
全制御軸に及ぶ可能性があることから、ＣＰＵおよびデ
ィジタル処理系の故障を確実に検出するため現在までに
各種モニタが実用に供されてきた。その代表的なものと
して、ウォッチ・ドッグ・タイマ（ＷＤＴ），ダイナミ
ック・コンピュ−テ−ション・モニタ（ＤＣＭ）等があ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】これらのモニタのうち
ＷＤＴは、定められた時間の演算サイクルを妨げるよう
なＣＰＵやメモリの故障を検出することを目的としたも
のである。すなわち、演算サイクルの中に数カ所のチェ
ック点を設け、ＣＰＵの演算がそのチェック点に達した
ときにハ−ドウェアで構成されたＷＤＴに対しリセット
信号を出力し、ＷＤＴはある時間以上リセット信号が入
力されないときには故障と判定している。

【０００５】ＷＤＴは、例えばＣＰＵ内部、特に論理演
算ユニット（ＡＬＵ）が故障したとしても、その演算結
果の妥当性を保証するものではないので、ＣＰＵ故障に
よるシステムの暴走を完全に防止することはできない。
一方、ＤＣＭは、コンピュータが制御システムとしての
機能を正しく実行しているか否かを連続的にテストする
ものである。図４に、このモニタを適用した一例を示
す。（ａ）において、コンピュータソフトウェア２４
は、アナログ積分器２６の出力ＹをＡ／Ｄコンバ−タ２
３にフィ−ドバックしてアナログ積分器２６の出力Ｙが
（ｂ）の波形図に示すように±５Ｖ振幅で２０Ｈｚの安
定した三角波になるようにＤ／Ａコンバ−タ２５の出力
Ｘを制御している。積分出力Ｙは、電圧検出器２７およ
び故障判定ロジック２８によりモニタされ、（ｃ）に示
すように絶対値で４．２Ｖ_DCを越える間隔が３５ｍｓec
以上になるか、積分出力Ｙの絶対値が５．８Ｖ_DCを越え
たときに故障と判定している。

【０００６】ＤＣＭは、このようにＣＰＵの演算機能，
サンプリング周期の妥当性，Ａ／Ｄ，Ｄ／Ａ変換機能
等、広範囲に亘るモニタが可能であるという特徴を有し
ている反面、アナログ積分器，電圧検出器，故障判定ロ
ジック等ハ−ドウェアの追加が必要となり、ハ−ドウェ
ア量が多くなるという欠点があった。また、実際の制御
に必要のない演算をソフトウェア，ハ−ドウェアで実行
させることとなり、無駄の多いシステム構成となってい
た。さらに実際の制御信号をモニタしていないため、特
にハイブリッド処理方式のシステムではアナログダンパ
系のモニタができないという欠点があった。

【０００７】ハイブリッド処理方式の自動飛行制御装置
における故障処理システムにおいて、故障を検出したと
き再構成するものが特開平２−１４１３９４に開示され
ている。この提案によれば、オ−トパイロット系のディ
ジタル処理部位は、オ−トパイロット系モニタ部，ディ
ジタル処理部位モニタ部およびダンパ系モニタ部を有し
ており、ディジタル処理によりこれらのモニタを実行す
る。そして、ダンパ系のアナログ処理部はダンパセンサ
モニタおよびダンパアクチュエ−タセンサモニタを有し
ており、アナログ処理によりこれらのモニタを実行す
る。

【０００８】故障処理によって再構成する例は、第１か
ら第４および変形例の５つの例に記載されている。これ
ら故障処理再構成の論理の一例をつぎに示す。 １）オートパイロット系が故障してオートパイロット系
モニタ部が故障を検出すると、オートパイロット系が遮
断される。このとき、ダンパ系自身の各センサ系モニタ
で故障が検出されておらず、ダンパ系が正常であるとき
ダンパ系は遮断されない。 ２）ディジタル処理部位の故障がディジタル処理部位モ
ニタ部で検出されると、オートパイロット系は遮断され
る。 ３）ダンパセンサまたはダンパアクチュエ−タの故障が
ダンパ系のセンサモニタで検出された場合、ダンパ系が
遮断される。このときオ−トパイロット系モニタ部およ
びディジタル処理部位モニタ部の両方とも故障を検出し
ていないならばオートパイロット系がオートパイロット
機能およびダンパ機能を実行する。 ４）ディジタル処理部位のダンパ系モニタ部で故障が検
出され、かつディジタル処理部位モニタ部で故障が検出
された場合、ダンパ系自身の各センサモニタのいずれか
一方または両方で故障が検出されない限りオートパイロ
ット系のみ遮断される。 ５）ディジタル処理部位のダンパ系モニタ部で故障が検
出され、かつディジタル処理部位モニタ部で故障が検出
されていない場合、ダンパ系およびオートパイロット系
がともに遮断される。

【０００９】従来の故障処理システムは、このように再
構成の論理が多くの場合分けになっており、非常に複雑
なものになっている。また、ディジタル処理部位の故障
をディジタル処理部自らモニタしているが、これらは自
らの正当性を自ら主張することになり、その判定結果に
妥当性はない。本発明の目的は、上記諸問題を解決する
もので、故障検出が確実であり、再構成の論理が単純明
快である自己診断および再構成機能を有するハイブリッ
ド処理方式の自動飛行制御装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明によるハイブリッド処理方式の自動飛行制御装
置は、オ−トパイロットセンサから航空機のロ−ル軸，
ピッチ軸，ヨ−軸まわりの姿勢角および高度，速度，航
法指令等を示す信号を得、ディジタル演算処理すること
により航空機の姿勢，方位，速度および高度の保持，誘
導を実行するためのオ−トパイロット指令信号を算出す
るとともにダンパセンサからロ−ル角，ピッチ角，方位
角等の変化を示す信号を得、ディジタル演算処理するこ
とにより、航空機のロ−ル角，ピッチ角，方位角等の動
揺を抑えるためのダンパ指令信号を算出し、前記オート
パイロット指令信号と前記ダンパ指令信号を加算して比
較対象信号を作成するとともに前記比較対象信号から前
記ダンパ指令信号を減算してオートパイロット指令信号
を作成するオートパイロット部と、２つのダンパ回路を
有し、前記ダンパセンサからロ−ル角，ピッチ角，方位
角等の変化を示す信号を得、アナログ演算処理をそれぞ
れ行って航空機のロ−ル角，ピッチ角，方位角等の動揺
を抑えるためのアナログダンパ指令信号を出力するダン
パ部と、前記オートパイロット部のオートパイロット指
令信号に前記一方のダンパ回路からのアナログダンパ指
令信号を加算した信号を飛行制御信号として受け、この
飛行制御信号と前記比較対象信号とを比較し、両信号の
差が一定値以内であるときは、前記飛行制御信号を出力
しており、両信号の差が一定値以上のときは前記他方の
ダンパ回路からのアナログダンパ指令信号に切り換える
モニタ部とから構成されている。

【００１１】また、本発明は上記構成に加えて前記オー
トパイロット部からのオートパイロット指令信号をレ−
トリミッタに通した後に前記アナログダンパ指令信号を
加算するように構成されている。さらに、本発明はこの
構成にさらに、前記レ−トリミッタの入出力を比較する
ことにより前記オートパイロット部の故障を検出する回
路部を設け、この回路部によっても前記飛行制御信号と
他方のダンパ回路からのアナログダンパ指令信号を切り
換えるように構成されている。

【００１２】

【作用】上記構成によれば、アナログ演算処理によるダ
ンパ部は２重系であり、一系統は通常の飛行制御に用
い、もう一系統はバックアップとして用いられる。オー
トパイロット部においてディジタル演算処理して算出し
たオートパイロット指令信号とディジタル演算処理して
算出したダンパ指令信号とを加算した比較対象信号と、
ダンパ部でアナログ演算処理して算出したダンパ指令信
号とオートパイロット部からのオートパイロット指令信
号を加算した飛行制御信号とを比較しているので、オー
トパイロット部およびダンパ部の故障を確実に検出する
ことができる。故障が検出されると、アナログ演算処理
によるバックアップのダンパ機能に切り換えられるの
で、非常に簡単に再構成ができる。

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照して本発明をさらに詳しく
説明する。図１は本発明によるハイブリッド処理方式の
自動飛行制御装置の実施例を示す回路ブロック図であ
る。本実施例は、オートパイロット部１，ダンパ部９お
よびモニタ部１５より構成されている。オートパイロッ
トセンサ１１は、航空機のロ−ル軸，ピッチ軸またはヨ
−軸まわりの姿勢角、すなわちロ−ル角，ピッチ角また
は方位角および高度，速度，航法指令等を示す信号を出
力する。オートパイロット部１は、このオートパイロッ
トセンサ１１からの信号を受けてオートパイロット演算
部２でディジタル演算処理を行い、オートパイロット指
令信号ａを算出する。オートパイロット指令信号ａは、
所定のロ−ル角，ピッチ角または方位角になるように制
御する信号である。

【００１４】一方、ダンパセンサ１２からはロ−ル角，
ピッチ角または方位角の変化率を示す信号が出力され
る。オートパイロット部１は、ダンパセンサ１２からの
信号をＡ／Ｄ変換器３によりディジタル信号に変換しデ
ィジタルフィルタ４によってディジタルダンパ演算し、
ディジタルのダンパ指令信号ｂを算出する。ディジタル
のダンパ指令信号ｂは航空機のロ−ル軸，ピッチ軸また
はヨ−軸の回りの動揺を抑える制御信号である。オート
パイロット指令信号ａとディジタルのダンパ指令信号ｂ
とは加算器５で加算され、自己診断に必要な比較対象信
号ｃが出力される。このディジタルの比較対象信号ｃ
は、Ｄ／Ａ変換器７によりアナログの比較対象信号ｃ’
に変換されるとともに、加算器６でディジタルのダンパ
指令信号ｂが減算され、信号ｄが出力される。各信号
ａ，ｂ，ｃおよびｄの関係は、下式が成り立つ。 ｃ＝ａ＋ｂ ｄ＝ｃ−ｂ 従って ａ＝ｄとなり、オートパイロット指令信号ａと
信号ｄは等しいことになる。オートパイロット指令信号
ｄは、Ｄ／Ａ変換器８でアナログ信号に変換され、アナ
ログのオートパイロット指令信号ｄ’が出力される。

【００１５】ダンパ部９は、加算器１４，アナログフィ
ルタ１０および１３より構成されている。アナログのオ
ートパイロット指令信号ｄ’は、加算器１４に導かれ
る。一方、ダンパセンサ１２の信号はアナログフィルタ
１０に入力され、ダンパ演算が行われアナログダンパ指
令信号ｅが出力される。加算器１４はアナログのオート
パイロット指令信号ｄ’とアナログのダンパ指令信号ｅ
を加算し、飛行制御信号ｆを出力する。正常時はこの信
号がモニタ部１５のスイッチ１７のノ−マルクロ−ズ
（Ｎ．Ｃ）接点を介して出力され、飛行制御信号ｈとな
る。

【００１６】オートパイロット部１のディジタルフィル
タ４とダンパ部９のアナログフィルタ１０および１３は
全く同じフィルタ演算を行っているので、ディジタルの
ダンパ指令信号ｂとアナログのダンパ指令信号ｅおよび
ｇは等しくなる。したがって下式に示すように信号ｆと
比較対象信号ｃ’とは等しくなる。 ｆ＝ｄ＋ｅ＝ａ＋ｂ＝ｃ（＝ｃ’） モニタ部１５では比較器１６により飛行制御信号ｆとア
ナログ比較対象信号ｃ’とが比較される。比較器１６は
この両信号に一定以上の差が生じた場合、故障と判定
し、スイッチ１７をノ−マルクロ−ズ接点側からノーマ
ルオ−プン（Ｎ．Ｏ）接点側に接続する。これによりバ
ックアップのダンパ指令信号ｇが故障検出後に飛行制御
信号として出力されシステムの再構成が行われる。バッ
クアップのダンパ指令信号ｇは、自動飛行制御装置のパ
ワ−オンまたは飛行前のプリフライトテスト時に演算機
能のテストを実施することにより演算能力が保証されて
いる。

【００１７】図２は本発明の他の実施例を示す回路ブロ
ック図である。この実施例は、ダンパ部１９の加算器１
４のアナログのオートパイロット指令信号入力にレ−ト
リミッタ１８を設けたものであり、他の構成部分は図１
と変わらない。このレ−トリミッタ１８を追加すること
によってＣＰＵ故障等でオートパイロット指令信号がス
テップ状に変化してハ−ドオ−バ故障となっても飛行制
御信号はレ−ト制限されるため、ハ−ドオ−バの影響は
現れない。この実施例の場合、比較対象信号ｃ’と飛行
制御信号ｆが正常時には常に等しくなるようにオートパ
イロット演算部２にレ−トリミッタ１８と同じリミット
レベルのレ−トリミッタが存在することは云うまでもな
い。

【００１８】図３は本発明のさらに他の実施例を示す回
路ブロック図である。この例はモニタ部２１にレ−トリ
ミッタ１８の入出力を比較する比較器２０を設け、その
出力と比較器１６の出力をＯＲゲ−ト２２を通してスイ
ッチ１７を制御するようにしている。図２と同様、オー
トパイロット演算部２にレ−トリミッタ１８と同じリミ
ットレベルのレ−トリミッタが存在する。このため、オ
ートパイロット部１が正常であれば、オートパイロット
指令信号ｄ’の信号変化率はレ−トリミッタ１８のリミ
ットレベルを越えることはなく、したがって信号ｄ’と
ｄ”等しくなる。

【００１９】オートパイロット部１の故障によりオート
パイロット指令信号ｄ’が過大に変化すると、レ−トリ
ミッタ１８の出力ｄ”は信号変化率の制限を受けるた
め、信号ｄ’とｄ”は等しくなくなる。比較器２０は信
号ｄ’とｄ”に一定以上の差が生じた場合故障と判定す
る。また、図１と同様に飛行制御信号ｆと比較対象信号
ｃの信号比較を比較器１６が行う。比較器１６および２
０の出力はＯＲゲ−ト２２に導かれ、どちらかの比較器
で故障が検出されるとスイッチ１７を信号ｆの側（Ｎ．
Ｃ側）からバックアップのダンパ指令信号ｇの側（Ｎ．
Ｏ側）へ切り換えることによって故障検出後のシステム
再構成が実現できる。

【００２０】

【発明の効果】以上、説明したように本発明はディジタ
ル演算とアナログ演算で同じ演算を行い、その値を比較
することより故障の判断をする構成であるので、ディジ
タル系，アナログ系のどちらが故障しても確実に検出で
きる。アナログのダンパ回路を２重系にしており、故障
発生時にはバックアップ系に切り換え再構成するように
しているので、論理が極めて単純である。実際の飛行制
御信号を用いて故障検出しているので、制御信号が暴走
するという問題は生じない。モニタ部を比較器とスイッ
チのみで構成しているので、追加するハードウェア量が
少なく単純な構成となり、所期の目的を達成することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による自己診断および再構成機能を有す
るハイブリッド処理方式の自動飛行制御装置の実施例を
示す回路ブロック図である。

【図２】本発明の他の実施例を示す回路ブロック図であ
る。

【図３】本発明のさらに他の実施例を示す回路ブロック
図である。

【図４】従来の再構成システムを説明するための図であ
る。

【符号の説明】

１…オートパイロット部 ２…オートパイロット演算部 ３，２３…Ａ／Ｄ変換器 ４…ディジタルフィルタ ５，６，１４…加算器 ７，８，２５…Ｄ／Ａ変換器 ９…ダンパ部 １０，１３…アナログフィルタ １１…オートパイロットセンサ １２…ダンパセンサ １５…モニタ部 １６，２０…比較器 １７…スイッチ １８…レ−トリミッタ １９…ダンパ部 ２１…モニタ部 ２２…ＯＲゲ−ト ２４…コンピュータソフトウェア ２６…アナログ積分器 ２７…電圧検出器 ２８…故障判定ロジック

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 オ−トパイロットセンサから航空機のロ
   −ル軸，ピッチ軸，ヨ−軸まわりの姿勢角および高度，
   速度，航法指令等を示す信号を得、ディジタル演算処理
   することにより航空機の姿勢，方位，速度および高度の
   保持，誘導を実行するためのオ−トパイロット指令信号
   を算出するとともにダンパセンサからロ−ル角，ピッチ
   角，方位角等の変化を示す信号を得、ディジタル演算処
   理することにより、航空機のロ−ル角，ピッチ角，方位
   角等の動揺を抑えるためのダンパ指令信号を算出し、前
   記オートパイロット指令信号と前記ダンパ指令信号を加
   算して比較対象信号を作成するとともに前記比較対象信
   号から前記ダンパ指令信号を減算してオートパイロット
   指令信号を作成するオートパイロット部と、 ２つのダンパ回路を有し、前記ダンパセンサからロ−ル
   角，ピッチ角，方位角等の変化を示す信号を得、アナロ
   グ演算処理をそれぞれ行って航空機のロ−ル角，ピッチ
   角，方位角等の動揺を抑えるためのアナログダンパ指令
   信号を出力するダンパ部と、 前記オートパイロット部のオートパイロット指令信号に
   前記一方のダンパ回路からのアナログダンパ指令信号を
   加算した信号を飛行制御信号として受け、この飛行制御
   信号と前記比較対象信号とを比較し、両信号の差が一定
   値以内であるときは、前記飛行制御信号を出力してお
   り、両信号の差が一定値以上のときは前記他方のダンパ
   回路からのアナログダンパ指令信号に切り換えるモニタ
   部と、 から構成したことを特徴とする自己診断および再構成機
   能を有するハイブリッド処理方式の自動飛行制御装置。
2. 【請求項２】 前記オートパイロット部からのオートパ
   イロット指令信号をレ−トリミッタに通した後に前記ア
   ナログダンパ指令信号を加算することを特徴とする請求
   項１記載の自己診断および再構成機能を有するハイブリ
   ッド処理方式の自動飛行制御装置。
3. 【請求項３】 前記レ−トリミッタの入出力を比較する
   ことにより前記オートパイロット部の故障を検出する回
   路部を設け、この回路部によっても前記飛行制御信号と
   他方のダンパ回路からのアナログダンパ指令信号を切り
   換えることを特徴とする請求項２記載の自己診断および
   再構成機能を有するハイブリッド処理方式の自動飛行制
   御装置。