JPH0774037B2 - 故障モニタ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、複数の装置の作動に於ける差を検出するこ
と、より詳細には、航空機自動飛行制御システム内の二
重内側ループアクチュエータの作動を監視することに係
る。

航空機の飛行制御面位置決め制御システムの如く、位置
決め制御システムは、多くの場合位置決め機構を操作す
るためアクチュエータを使用している。これらのアクチ
ュエータは一般に電気−機械式又は電気−油圧式であ
る。典型的な航空機自動飛行制御システム（AFCS）は、
自動故障対処能力が得られるように、独立して作動する
装置を二重に組込んだ安定性増大システム（SAS）を含
んでいる。かかる二重システムは、通常二つのアクチュ
エータの間の作動の不一致を検出するよう構成されてい
る。

二重システムに於ては、一般に各アクチュエータに対し
別々のセンサ及びそれに関連する電子装置が設けられて
いる。これら二組の装置は同様に応答すべきであるが、
或る程度の不一致が予想されなければならない。典型的
にはかかる不一致は僅か数パーセント程度である。これ
らの小さい不一致は、一方のアクチュエータがそれに対
する他方のアクチュエータの不一致を補償するので許容
される。従って、ある程度まで二つのアクチュエータの
位置の間に不一致があってもよいが、或る程度以上に位
置の不一致が増大すると、このことは、アクチュエータ
に故障が生じたことを示す。しかし、二つのアクチュエ
ータの作動位置の間の差は、アクチュエータの作動位置
がその作動範囲の限界に近づくにつれて必然的に小さく
なるので、両者の作動位置の差によって故障を検出する
方法では、アクチュエータが作動範囲の限界に近い領域
で作動しているときには、一方のアクチュエータに故障
が生じてもその検出が遅れる虞れがある。

また二重アクチュエータシステムに於いて、システムの
故障時に両アクチュエータを遮断することが知られてい
る。しかし、一方のアクチュエータの故障の場合にも両
アクチュエータを遮断し、それだけ自動飛行制御の内の
一部の制御ループが完全に失われた状態にするのは得策
ではない。現在、暴走したアクチュエータのみを遮断す
るために利用可能なシステムは、遮断を行うための手段
として第三のアクチュエータもしくは電子モデルを必要
とし、そのシステムはかなり複雑である。

従って、本発明の第一の目的は、アクチュエータの誤作
動の原因となる故障が存在するとき、それを迅速に高い
確度にて検出することのできるモニタ装置を提供するこ
とである。

本発明の第二の目的は、上記の第一の目的に加えて更に
二つのアクチュエータの内のどちらに故障が生じたかを
検出することのできるモニタ装置を提供することであ
る。

本発明によれば、先ず各アクチュエータの位置が検出さ
れ、両アクチュエータの位置が互いに比較され、その差
及びその差の変化速度が検出される。そして両アクチュ
エータの作動位置について所定のしきい値を越える不一
致があり且その差の変化速度について所定の持続時間を
越える所定のしきい値以上の不一致があるとき、故障が
指示される。かかる要領によれば、前記差の変化速度の
しきい値と所定持続時間を適当に設定することにより、
前記差のしきい値を比較的小さく設定しても確度の高い
故障検出を行うことができる。

更に又、上記の差と差の変化速度の検出に加えて、各ア
クチュエータの作動速度を検出しそれを比較することに
より、故障を検出するに当って作動速度の速い方のアク
チュエータが故障していると判断することができる。こ
れは、前記の差の変化速度がしきい値を越えたことを検
出する持続時間が例えば45msの如き極く短い時間とされ
るときには、アクチュエータの故障は通常瞬間的にその
作動速度が急変する現象となって現われるからである。

本発明は、以下の説明から当業者には明らかな装置及び
技術を用い、アナログ、デジタル又は計算機信号処理に
より実施され得るものである。本発明の上記の目的、特
徴及び利点は、実施例についての以下の詳細な説明より
一層明らかになるであろう。

図示の実施例は、本件出願人と同一の出願人による特願
昭57-53649号に於いて開示されている装置と組合されて
実施されるよう構成されている。図に於いて、位置セン
サ10は、第一の内側ループアクチュエータ（上記特願昭
57-53649号の第１図の24に相当）の位置を示す第一の位
置信号を導線12上に与える。同様に位置センサ16は、第
二の内側ループアクチュエータ（特願昭57-53649号の第
１図の25に相当）の位置を示す第二の位置信号を導線18
上に与える。ここに使用される位置センサは、特願昭57
-53649号の装置に於けるアクチュエータトリムフィード
バックループに使用されているものであってよく、或い
は又、ポテンシオメータのような別の位置監視センサで
あってもよいことは明らかであろう。

加算器22が、第一の位置信号と第二の位置信号との間の
差を示す信号を導線24上に与える。導線24上の信号が或
るしきい値、例えばアクチュエータの全作動範囲の10
％、を越えるとき、レベル検出器26の如きコンパレータ
が、故障指示作動に於ける第一のステップとして、アン
ド回路28に位置不一致信号（論理“1"）を与える。前述
のように、ある程度の位置不一致は、システムの正常な
機能の範囲内にあるとして許容される。

作動速度演算回路30は、導線24上の信号の変化に応答し
て、レベル検出器32に位置の差の変化速度即ち速度差を
示す信号を与え、レベル検出器32は、この速度差信号が
或るしきい値を越えたとき、タイマ34に信号を与える。
これは、或るしきい値速度よりも遅い誤作動は、操縦者
が十分これに対処できるので、問題としなくてよいこと
を考慮したものである。

タイマ34は、しきい値を超過する速度差が基準時間、例
えば45ms、よりも長く持続するとき、他の一つの故障指
示信号となる速度不一致信号をアンド回路28に与える。
タイマ34は、レベル検出器32の出力がしきい値以下の速
度不一致を示すとき、リセットされる。正常作動時にも
大きな速度不一致が短時間生ずることがあるので、大き
な速度不一致が生じても、それが所定のしきい値を越え
て持続しなければ許容されてよい。もし速度不一致の持
続時間が45ms程度よりも短ければ、当該アクチュエータ
の誤作動により生ずる影響も他方のアクチュエータに生
ずる修正応答も無視できる程度である。例えば、もし一
方のアクチュエータが他方よりも前にその停止位置に到
達すれば、高い速度差が一時的に生ずるが、これは問題
とはならない。図示の実施例に於ける如くアクチュエー
タ位置の変化に於ける不一致から間接的に速度不一致が
検出する代りに、個々のアクチュエータ速度を比較する
ことにより速度不一致を直接的に検出してもよいことは
明らかであろう。

もし制御装置が一方のチャンルのみで作動しているとき
には、位置及び速度の不一致は当然大きいので、このと
きには二重アクチュエータモニタは作動させられない。
このことに対処して、二つのチャネルのそれぞれが作動
していることを示す信号が導電38、40上に与えられ、こ
れらの信号がアンド回路36に与えられて両チャンネルが
共に作動しているときのみアンド回路36から出力が得ら
れる。アンド回路36の出力は、レベル検出器26及びタイ
マ34からの出力と共に、アンド回路28へ供給され、アン
ド回路28への入力の全てが高レベルであるとき、モニタ
出力が得られるようになっている。かくしてアンド回路
28からモニタ出力が発せられたとき、故障が存在してい
ることの示す信号が導線42を経てアンド回路44及びアン
ド回路46に与えられる。

更に、このときどちらのチャンネルが故障しているか
は、以下のようにして決定される。速度演算回路14は導
線12上の変化する位置信号に応答して第一のアクチュエ
ータの作動速度を示す信号を与える。同様に、速度演算
回路20は第二のアクチュエータの作動速度を示す信号を
与える。第一のアクチュエータの作動速度の絶対値が絶
対値回路50を経て演算増幅器の低入力端の如き高利得限
定増幅器52の反転入力端に与えられる。同様に、第二の
アクチュエータの作動速度の絶対値が絶対値回路54を経
て演算増幅器52の非反転入力端に与えられる。第一のア
クチュエータの作動速度が第二のアクチュエータの作動
速度よりの大きいとき、演算増幅器52の出力は論理“0"
であり、この出力をインバータ58により反転した信号が
アンド回路44に与えられ、この信号が導線42上の信号と
共に生じているとき、＃１アクチュエータが故障してい
ることを指示する信号が導線60上に与えられる。同様
に、第二のアクチュエータの作動速度が第一のアクチュ
エータの作動速度より大きいとき、導線56上の演算増幅
器52の出力は論理“1"であり、この出力がアンド回路46
に与えられ、そこで導線42上の信号が共に生じていると
き、＃２アクチュエータが故障していることを指示する
信号が導線62上に与えられる。

こうして、容易に理解されるように、同一の広がりを有
する位置及び速度不一致に基いて故障が判定され、また
動きの速い方のアクチュエータが故障していることが判
定される。

以上の説明は、原理的に機能を達成するブロックを用て
行われたが、同一又は等価な機能及び機能の組合わせを
達成するため種々の変形が行われ得ることは当業者にに
とって明らかであろう。例えば、ここに開示された正の
論理はそれを反転した負の論理に容易に置き換られ得
る。

個々の実施例により又個々のアクチュエータの特性によ
り好ましいしきい値は異なり、又作動の遅れも異なるで
あろう。これらの各条件に応じて疑似故障の検出を回避
しつつ真の故障のみを検出するしきい値の設定をするこ
とができる。

更に、上記の故障モニタの機能は、適当にプログラムさ
れたディジタル計算機で容易に実施され得る。ここに開
示された判別機能及びアナログ機能を計算機内の適当な
ソフトウェアにより実行されるディジタル機能に変換す
ることは当業者にはよく知られており、特に、本願と譲
受入を同じくする1980年８月８日付米国特許出願第176,
832号明細書にそのことが開示されている。

本発明は、ここに説明された機能に加えて種々の機能の
自動制御に応用され得る。同様に、本発明をその典型的
な実施例について説明しが、本発明の範囲内で上記の実
施例について種々の変更、省略及び追加が可能であるこ
とは当業者にとって明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

図は内側ループ制御に対する本発明の二重アクチュエー
タモニタ装置の概要を示すブロック図である。 10……位置センサ,14……速度演算回路,16……位置セン
サ,20……速度演算回路,26……レベル検出器,28……ア
ンド回路,30……速度演算回路,32……レベル検出器,34
……タイマ,36、44、46……アンド回路,50……絶対値回
路,52……演算増幅器、54……絶対値回路,58……インバ
ータ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】個々の制御システムにより互いに一致して
   作動すべく予定されている第一及び第二のアクチュエー
   タを有する二重アクチュエータシステムに於ける故障を
   示す故障信号を与えるモニタ装置にして、 前記第一及び第二のアクチュエータの作動に於ける位置
   の差を検出し該差がそのしきい値を越えたとき第一のモ
   ニタ信号を発生する手段と、 前記差の変化速度を検出し該差の変化速度がそのしきい
   値を所定時間以上に亙って越えたとき第二のモニタ信号
   を発生する手段と、 前記第一のモニタ信号と前記第二のモニタ信号の両者が
   同時に得られたとき前記故障信号を発生する手段と、 を有していることを特徴とするモニタ装置。
2. 【請求項２】個々の制御システムにより互いに一致して
   作動すべく予定されている第一及び第二のアクチュエー
   タを有する二重アクチュエータシステムに於ける故障を
   示す故障信号を与えるモニタ装置にして、 前記第一及び第二のアクチュエータの作動に於ける位置
   の差を検出し該差がそのしきい値を越えたとき第一のモ
   ニタ信号を発生する手段と、 前記差の変化速度を検出し該差の変化速度がそのしきい
   値を所定時間以上に亙って越えたとき第二のモニタ信号
   を発生する手段と、 前記第一のアクチュエータの作動位置の変化速度及び前
   記第二のアクチュエータの作動位置の変化速度を検出し
   前記第一のアクチュエータの作動位置の変化速度が前記
   第二のアクチュエータの作動位置の変化速度より大きい
   とき第三のモニタ信号を発生し前記第二のアクチュエー
   タの作動位置の変化速度が前記第一のアクチュエータの
   作動位置の変化速度より大きいとき第四のモニタ信号を
   発生する手段と、 前記第一、第二及び第三のモニタ信号が同時に得られた
   とき前記第一のアクチュエータに於ける故障を示す第一
   の故障信号を発生し前記第一、第二及び第四のモニタ信
   号が同時に得られたとき前記第二のアクチュエータに於
   ける故障を示す第二の故障信号を発生する手段と、 を有していることを特徴とするモニタ装置。