JPH04211288A - 模擬操縦装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば航空機の操縦
訓練用のシミュレータ等のために用いられる模擬操縦装
置に関するものであり、訓練者が実際に操舵していると
きに感知する操舵反力を容易に、しかも忠実に模擬して
発生させることのできる操舵感発生装置を備えた模擬操
縦装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図４は、従来のこの種の模擬操縦装置の
概略構成図であり、この図４において、操舵感発生機能
部４Ａには操舵反力発生機能部４Ｂ及び制御機能部４Ｃ
が含まれており、スティック（操縦桿）のような所要の
機能部材を含む模擬操縦機能部４Ｄと共に模擬操縦装置
を構成するようにされている。ここで、操縦反力発生機
能部４Ｂに含まれているものは、模擬操縦機能部４Ｄに
連結されているテイク・オフ・アーム４１、前記テイク
・オフ・アーム４１と機械的に連結するロード・セル４
２、油圧シリンダ４３、前記ロード・セル４２と油圧シ
リンダ４３とを機械的に連結し油圧シリンダ４３の直線
運動をテイク・オフ・アーム４１の回転運動に変換する
リーフ・スプリング４４、前記油圧シリンダ４３に流入
する油量を制御するサーボ・バルブ４５、異常振動のよ
うな現象の発生を防止するためのセーフティ・バルブ４
６及び、前記テイク・オフ・アーム４１の回転軸と機械
的に結合していて油圧シリンダ４３の位置を電圧変換し
て表示するポテンショメータ４７である。また、制御機
能部４Ｃに含まれているものは、ロード・セル４２から
の信号を受ける第１サーボ・コントローラ４８、操舵感
模擬コントローラ４９、およびサーボ・バルブ４５へ信
号を与える第２サーボ・コントローラ４１０である。

【０００３】模擬操縦機能部４Ｄを操縦すると、操作力
がテイク・オフ・アーム４１を介してこれと機械的に連
結されているロード・セル４２によって検知され、ロー
ド・セル４２からは操作力信号が発生する。この操作力
信号は制御機能部４Ｃ内の第１サーボ・コントローラ４
８に導かれ、適当に増幅されて、次段の操舵感模擬コン
トローラ４９に加えられる。この操舵感模擬コントロー
ラ４９は、模擬しようとする実機の操舵特性を表わすよ
うなアナログ回路をもって構成されており、操舵力とこ
れに対応する操舵反力とに基づいて、操舵操縦装置の目
標位置を算出して、その結果としての位置信号を第２サ
ーボ・コントローラ４１０に出力するようにする。第２
サーボ・コントローラ４１０は、この位置信号及び、ポ
テンショメータ４７からの現在の位置に対応する信号を
受け入れて、これらの信号の間の誤差信号を算出し、こ
の誤差信号の大きさに依存してサーボ・バルブ４５を駆
動する。サーボ・バルブ４５が駆動されることにより、
油圧シリンダ４３に流入する油量が制御され、図５（ａ
）、図５（ｂ）に示すように、リーフ・スプリング４４
、ロード・セル４２を介してテイク・オフ・アーム４１
を回転駆動する。この結果として、模擬操縦機能部４Ｄ
は制御機能部４Ｃによって算出された目標位置まで追従
し、これにより、訓練者の操縦操作に基づく操作力に対
応する操舵反力が生成される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の模擬操縦装置は
、リーフ・スプリング４４のような直線運動回転運動変
換機構を設けていたため、操舵反力発生機能部の機械剛
性が制限され（図５（ｂ））、これによりサーボ系とし
ての応答速度が制限された。また、油圧シリンダ４３の
位置検出に使用しているポテンショメータ４７は、その
精度および検出する位置等により、サーボ系としての応
答速度が制限された。これらの応答速度のために、例え
ば操縦装置を急激に操作する場合には、模擬の忠実度が
低くなるという問題点があった。また、サーボバルブ４
５への駆動信号を計算する制御機能部４Ｃの構成は、模
擬対象の操縦装置の特性により、従来の操縦装置の位置
を制御する方式では模擬の忠実度が低くなるという問題
点があり、さらに、上記従来の模擬操縦装置における操
舵感模擬コントローラ４９は、所要の演算部がアナログ
回路で構成されていることから、ドリフト現象等のため
に演算精度の向上には限界があること、抵抗やコンデン
サ等の素子類の交換に手間がかかること、訓練対象の実
機の機種が変更されたときの回路変更が必要とされ、取
扱が面倒である等の問題点があった。

【０００５】この発明は上記されたような問題点を解決
するためになされたものであって、サーボ系の応答速度
を改善すること、制御機能部を模擬しようとする操縦装
置の特性に適合する制御方式を選択できるようにするこ
と、及び操舵感模擬コントローラを所定のディジタル処
理で構成することにより、模擬の忠実度が向上された模
擬操縦装置を得ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め本発明は、サーボ機構による操舵反力発生機能部と前
記操舵反力発生機能部を制御する制御機能部とを備えた
操舵感発生機能部が前記操舵反力発生機能部を介して模
擬操縦機能部に接続されている模擬操縦装置において、
前記操舵反力発生機能部の油圧シリンダの軸方向と直角
に支持してその油圧シリンダが支持部分を中心に回転可
能とした回転支持部と、前記操舵反力発生機能部の油圧
シリンダと模擬操縦機能部との間に位置して機械的結合
を行ない模擬操縦機能部の操作力を検知する操作力検知
手段と、前記油圧シリンダの位置検出を行なう非接触位
置センサと、前記操作力検知手段からの操作力を受けて
所定のディジタル演算により位置指令信号を得て前記非
接触位置センサからの位置信号とにより誤差位置信号を
得るか、または、前記非接触位置センサからの位置情報
を受けて所定のディジタル演算により操舵反力を得て前
記操作力検知手段からの操作力とにより誤差速度信号を
得て、誤差位置信号または誤差速度信号のいずれかによ
り前記油圧シリンダの駆動制御を行なう制御機能部とを
有することを特徴とするものである。

【０００７】

【作用】

この発明によれば、模擬操縦のために必要な演算処理は
ディジタル的に行なわれ、回転支持部や非接触位置セン
サによりサーボ系として高速応答が可能となり模擬しよ
うとする操縦装置の特性により、操縦装置の制御方式を
最適な構成となるように選択が可能となる。

【０００８】

【実施例】

以下、この発明の一実施例を説明する。図１は、実施例
装置の概略構成図であり、図２（ａ），（ｂ）は上記実
施例装置における制御機能部の動作説明図である。

【０００９】まず、図１について説明すると、操舵感発
生機能部１Ａには操舵反力発生機能部１Ｂ及び制御機能
部１Ｃが含まれており、模擬操縦機能部１Ｄと共に模擬
操縦装置が構成されている。ここで、操舵反力発生機能
部１Ｂに含まれているものは、模擬操縦機能部１Ｄに連
結されているテイク・オフ・アーム１１、このテイク・
オフ・アーム１１と油圧シリンダ１３との間に機械的に
連結して設けられたロード・セル１２、油圧シリンダ１
３を軸方向と直角に支持してその油圧シリンダ１３が支
持部分を中心に回転可能とした回転支持部１４並びに前
記油圧シリンダ１３に流入する油量を制御するサーボ・
バルブ１５、異常振動のような現象の発生を防止するた
めのセーフティ・バルブ１６、及び油圧シリンダ１３の
位置を検出する非接触位置センサ１７である。なお、回
転支持部１４は、直線・回転変換機構の剛性を高めたも
のであり、図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、油圧
シリンダ１３の直線運動をテイク・オフ・アーム１１の
回転運動に変換されるように油圧シリンダ１３を回転す
るものである。このように油圧シリンダ１３を回転支持
することによりテイク・オフ・アーム１１、ロード・セ
ル１２及び油圧シリンダ１３間の機械的結合が一本の棒
のようにすることが出来るため、この結合部分の機械的
剛性が高まり、サーボ系の応答速度を速くすることがで
きる。さらに、非接触位置センサ１７はプローブ１７ａ
、磁石１７ｂとからなり、プローブ１７ａを油圧シリン
ダ１３に取り付け、磁石１７ｂを油圧シリンダ１３のピ
ストン軸１３ａの運動と共に移動するように例えば、ピ
ストン軸１３ａと機械的結合をしている。この磁石１７
ｂの取り付けはロード・セル１２にしてもピストン軸１
３ａの運動と共に移動可能である。磁石１７ｂは環状を
しており、その中心の穴をプローブ１７ａの棒が非接触
で通る。油圧シリンダ１３のピストンが移動すると、そ
れと機械的に結合している磁石１７ｂがプローブ１７ａ
の棒の外側を移動し、プローブ１７ａからの距離Ｌが測
定される。また、制御機能部１Ｃに含まれているものは
、サーボ・コントローラ１８及び操舵感模擬コントロー
ラ１９Ａである。

【００１０】次に、動作について説明する。位置制御方
式及び操舵反力制御方式とも訓練者が模擬操縦機能部１
Ｄを操作すると、これに応じた操作力信号がテイク・オ
フ・アーム１１を介してこれと機械的に連結されている
ロード・セル１２によって検知され、この操作力信号は
制御機能部１Ｃ内のサーボ・コントローラ１８に導かれ
、ここで適当に増幅されてから次段の操舵感模擬コント
ローラ１９Ａに加えられる。この操舵感模擬コントロー
ラ１９Ａは、模擬しようとする実機の操舵特性を表わす
ように所要のプログラムがなされたマイクロ・コンピュ
ータをもって構成されており、位置制御方式の場合は訓
練者が模擬操縦機能部１Ｄを介して加えた操舵力とこれ
に対応する操舵反力とに基づいて、操作している模擬操
縦装置の目標位置を算出して、この位置信号と非接触位
置センサ１７からの現在の位置に対応する信号を受け入
れて、これらの信号の間の誤差信号を算出し、この誤差
信号の大きさに依存してサーボ・バルブ１５が駆動され
る。

【００１１】また、操舵反力制御方式の場合は、訓練者
が模擬操縦機能部１Ｄを介して加えた操舵力と、この操
舵力より計算された操舵反力とに基づいて、これらの信
号間の誤差信号を算出し操作している模擬操縦装置の加
速度信号として、積分動作を行ない速度信号を算出する
。この信号の大きさに依存してサーボ・バルブ１５が駆
動され、油圧シリンダ１３の位置が決まる。

【００１２】位置制御方式及び操舵反力制御方式ともサ
ーボ・バルブ１５は油圧シリンダ１３に流入される油量
を制御するものであり、これにより、油圧シリンダ１３
に連結されているテイク・オフ・アーム１１の駆動がな
される。この結果として、模擬操縦機能部１Ｄは制御機
能部１Ｃ内の操舵感模擬コントローラ１９Ａによって算
出された所望位置まで追従し、これにより、訓練者の操
縦操作に基づく操舵力に対応する操舵反力が生成される
ことになる。

【００１３】次に、図２について、上記した実施例装置
における制御機能部１Ｃの説明をする。

【００１４】図２（ａ）の位置制御方式では、操舵反力
発生機能部１Ｂ内のロード・セル１２からの操作力Ｆｐ
は、サーボ・コントローラ１８の第１の増幅器Ａ１を介
して、マイクロコンピュータからなる操舵感模擬コント
ローラ１９Ａに加えられるが、このとき、操作力Ｆｐは
図示しない適当な手段によって予めアナログ・ディジタ
ル（Ａ／Ｄ）変換されている。この操作力Ｆｐは、摩擦
力やスプリング力のような各種のパラメータに依存する
操舵反力Ｆｒとの間で加算・増幅演算により加速度ｄ２
δ／ｄｔ２、積分演算により速度ｄδ／ｄｔ、さらに第
２の積分演算により位置δ等を求める所要の演算処理が
なされ、その結果として位置指令信号δｃが得られ、こ
れは図示しない手段によりディジタル・アナログ（Ｄ／
Ａ）変換されてからサーボ・コントローラ１８に加えら
れる。このサーボ・コントローラ１８において、前記位
置指令信号δｃと第２の増幅器Ａ２を経由した非接触位
置センサ１７からの現在位置信号δａとの間で減算処理
が行なわれ、加算増幅器Σを経て、結果としての誤差信
号εがサーボ・バルブ１５に与えられることになる。

【００１５】このように位置制御方式では、模擬使用と
する操縦装置に付加される慣性の影響が大きい場合に適
用される。

【００１６】また、図２（ｂ）の操舵反力制御方式の場
合はサーボ・コントローラ１８で適当な手段により予め
Ａ／Ｄ変換されている非接触位置センサ１７からの現在
位置及び演算結果としての等価速度よりスプリング力や
摩擦力のような各種パラメータに依存する各種反力が得
られ、これらの間で所要の演算処理がなされ、その結果
として、操舵反力Ｆｒが得られる。この操舵反力Ｆｒは
Ｄ／Ａ変換されてからサーボ・コントローラ１８に加え
られ、このサーボ・コントローラ１８において、前記操
舵反力Ｆｒ信号とロード・セル１２からの操作力Ｆｐと
の間で減算処理が行なわれ、加算・増幅器Ａ３で加速度
信号に変換し、積分器１／Ｓで積分動作が行なわれ、結
果としての誤差速度信号がサーボ・バルブ１５に与えら
れることになる。このように操舵反力制御方式では、模
擬しようとする操縦装置に付加される慣性の影響が小さ
い場合に適用される。

【００１７】

【発明の効果】

以上説明したように、この発明に係る模擬操縦装置は操
舵反力発生機能部と制御機能部とからなる操舵感発生機
能部が模擬操縦機能部に接続されている模擬操縦装置に
おいて、前記操舵反力発生機能部の油圧シリンダの取り
付けが回転支持され、高性能非接触位置センサが設けら
れ前記制御機能部は、操縦装置の位置または操舵反力を
制御できる方式で構成され、また、前記制御機能部の操
舵感模擬コントローラはディジタル演算処理により構成
することから、操縦装置を急激に操作した場合の違和感
を減らすことができ、模擬すべき実機の操舵力特性に最
適な制御方式を容易に変更できるので、操縦装置の特性
によらず、より忠実な操舵反力の模擬ができると言った
効果が奏せられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の概略構成図である。

【図２】本発明の制御機能部の動作説明図であり、図２
（ａ）は位置制御方式の動作説明図、図２（ｂ）は操舵
反力制御方式の動作説明図である。

【図３】本発明の操舵反力発生機能部の動作説明図であ
り、図３（ａ）は所定位置状態の図、図３（ｂ）は他の
位置状態の図である。

【図４】従来装置の概略構成図である。

【図５】従来装置の操舵反力発生機能部の動作説明図で
あり、図５（ａ）は所定位置状態の図、図５（ｂ）は他
の位置状態の図である。

【符号の説明】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】サーボ機構による操舵反力発生機能部と前
   記操舵反力発生機能部を制御する制御機能部とを備えた
   操舵感発生機能部が前記操舵反力発生機能部を介して模
   擬操縦機能部に接続されている模擬操縦装置において、
   前記操舵反力発生機能部の油圧シリンダの軸方向と直角
   に支持してその油圧シリンダが支持部分を中心に回転可
   能とした回転支持部と、前記操舵反力発生機能部の油圧
   シリンダと模擬操縦機能部との間に位置して機械的結合
   を行ない模擬操縦機能部の操作力を検知する操作力検知
   手段と、前記油圧シリンダの位置検出を行なう非接触位
   置センサと、前記操作力検知手段からの操作力を受けて
   所定のディジタル演算により位置指令信号を得て前記非
   接触位置センサからの位置信号とにより誤差位置信号を
   得るか、または、前記非接触位置センサからの位置情報
   を受けて所定のディジタル演算により操舵反力を得て前
   記操作力検知手段からの操作力とにより誤差速度信号を
   得て、誤差位置信号または誤差速度信号のいずれかによ
   り前記油圧シリンダの駆動制御を行なう制御機能部とを
   有することを特徴とする模擬操縦装置。