JPH0424280B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、一般的には乗物の移動に関係する制
御対象変数の制御に係り、特に内側ループ及び外
側ループを有する航空機自動飛行制御システムの
作動に於ける故障を監視することに係る。

［従来の技術］ 多くの制御システムは、複数の信号に応答して
作動する。例えば、航空機自動飛行制御システム
（AFCS）は、航空機の飛行運動を制御するため、
ジヤイロ、高度計、加速度計、計算機、アクチユ
エータ等の出力に応答する。信号は比例信号、積
分信号その他の信号であつて良い。以下には、
AFCSに関係する信号ついて説明するが、ここに
開示される内容は、他の信号にも応用可能であ
る。

典型的なAFCSは、航空機の各制御軸（即ち制
御対象パラメータ）に関する作動（ロール、ピツ
チ、ヨー、揚力、速度等）に対する二つの主要な
サブシステムを含んでいる。一つのサブシステム
は外側ループであり、これは一般に該当する制御
軸に関する制御に於いて全制御範囲にわたる制御
権能（authority、制御を決定する機能）を有す
るが、制御速度はあまり速くない。他の一つのサ
ブシステムは内側ループであり、これは一般に高
速で作動するが、制御権能の範囲はあまり広くな
い。両ループはアクチユエータを通じて作動を実
行する。内側ループ、外側ループ及び操縦者によ
る入力の合計効果によつて、該当する制御軸に関
する制御が行われる。

本件出願人と同一人の出願による特願昭57−
53649号（特開昭57−178999号）には、外側ルー
プ指令が、内側ループの制限付き比例誤差信号か
ら導き出されるAFCSの例が開示されている。こ
の例では外側ループ指令は、正規には内側ループ
誤差信号と同一方向（即ち同一極性）である。そ
の制御系には外側ループトリムアクチユエータが
設けられており、このトリムアクチユエータは、
内側ループ比例誤差信号が中心からずれることに
よつて内側ループ信号の積分がしきい値を越える
時には何時でも、それに与えられる或る継続時間
の外側ループ指令パルスに応答して、常にステツ
プ状に駆動される。

［発明が解決しようとする課題］ 上記の例に於て、外側ループの機能は、内側ル
ープの制御作動の中心を保つことである。内側ル
ープの作動中心を再設定することは、内側ループ
信号から外側ループ指令に等しい量を差引くこと
により達成されている。外側ループアクチユエー
タは電子−機械式装置であり、故障はアクチユエ
ータ内で、又はそれに外側ループ指令パルスを与
える回路内で発生する可能性がある。その何れも
望ましくないアクチユエータ暴走を惹起する虞れ
がある。そのため、外側ループパルスの継続時間
が超過したとき、それを検出する外側ループモニ
タが設けられている。

かかる監視方法では、故障を検出するのに必要
とされる最短の時間が、一つの完全なパルスの継
続時間により定まり、それ以下に短くはならな
い。しかし飛行条件の如何によつては、かかる本
質的な故障検出の遅れが問題となる。

更に、それぞれは許容差内にある一連のパルス
が連続することによる故障は、検出されないが、
それらの積重ねによつて暴走が生ずる可能性もあ
る。かかる制約から、故障が警報され、これに対
して例えばピツチの大幅修正がされる前に、危険
な状況が生じる虞れがある。

従つて、本発明の目的は、外側ループを監視
し、それがトリムアクチユエータを暴走させる状
態を指令しつつあるときには、これを遮断するこ
とである。また、航空機アクチユエータシステム
がパルス作動によるものであるとの前提に於い
て、本発明の他の一つの目的は、一つの完全なパ
ルスよりも短い時間で、危険な状況が生ずる前
に、故障している外側ループを迅速に遮断するこ
とである。本発明の更に他の一つの目的は、従来
故障を表示しなかつた疑似パルス列のような故障
を検出することである。本発明の更に他の一つの
目的は、トリムアクチユエータ位置センサなしに
外側ループを監視することである。

［課題を解決するための手段］ 本発明によれば、外側ループ指令の極性（方
向）が内側ループ比例誤差信号の極性（方向）と
比較される。正規には、これらの極性は同一であ
るべきである。従つて、これらの極性が反対であ
る時には、故障が指示される。しかし、内側ルー
プ信号は航空機の運転状態の変動に応じて急速に
変化し得るので、上記の比較は、内側ループ信号
が或るしきい値、例えば何れかの方向に於ける内
側ループの制御権能の12.5％、に達したか又はそ
れを越える時のみ行われ、これによつて不感帯
（比較を行わない窓）が設定される。更に、不感
帯を最小にししかも疑似故障の誤検出を最低限に
抑えるため、上記の比較は、一つのパルスである
外側ループ指令の発生時及びその後の或る限られ
た時間（一つのパルスの一部分）の間にのみ行わ
れる。

［作用及び効果］ 上記の如く内側ループ信号の変化の判定に当つ
て不感帯を設けることにより、航空機の運転状態
の変動による内側ループに関する疑似故障の検出
を回避することができ、又内側ループ比例誤差信
号と外側ループ指令の間の一致、不一致を外側ル
ープ指令のパルスの一部分に相当する時間内に於
てのみ判定することにより、内側ループ信号の急
速な変動による疑似故障の検出を回避して、真の
故障のみ確実な検出を行うことができる。

［実施例］ 本発明は、以下の開示に基いて当業者には周知
のアナログ又はデイジタル信号処理方法、装置及
び技術を用いて実施され得るものである。本発明
の上記及びその他の目的、特徴及び利点は、以下
の例示的ハードウエアによる実施例についての詳
細な説明から一層明らかになるであろう。

第１図には、前記特願昭57−53649号（特開昭
57−178999号）の明細書及び図面に開示されてい
るようなピツチ制御チヤンネルと組合わされる外
側ループモニタが示されている。

第１図のピツチ制御外側ループモニタを参照す
ると、コンパレータ１０は、AFCSにより与えら
れる制御付き内側ループ比例誤差信号Ａ（特願昭
57−53649号（特開昭57−178999号）の第１図に
於ける５４に相当）が、ピツチ制御内側ループア
クチユエータの制御権能の或る百分率、例えば＋
12.5％か又はそれを越える速度にて、第一のピツ
チ制御内側ループアクチユエータ（特願昭57−
53649号（特開昭57−178999号）の第１図に於け
る１２に相当）を前方へ運動させるを指令してい
る時、オア回路１２に信号を与える。ここでは信
号の“極性”が故障の検出に必須であるから、こ
こでは全ての前向き操作は正（＋）として、また
後向き操作は負（−）として示されている。

コンパレータ１４は、制限付き内側ループ比例
誤差信号Ｂ（特願昭57−53649号（特開昭57−
178999号）の第１図に於ける５５に相当）が、ピ
ツチ制御内側ループアクチユエータの制御権能の
或る百分率、例えば＋12.5％か又はそれを越える
速度にて、第二のピツチ制御内側ループアクチユ
エータ（特願昭57−53649号（特開昭57−178999
号）の第１図に於ける１３に相当）を前方へ運動
させるを指令している時、オア回路１２に信号を
与える。

従つて、二重アクチユエータシステムに於いて
は、オア回路１２は、制御権能の＋12.5％か又は
それを越える速度にてピツチ制御内側ループが第
一か第二の何れかのピツチ制御内側ループアクチ
ユエータを前方へ運動させていることを示す正の
信号（論理“１”）を導線１６上に与える。

同様に、コンパレータ１８、コパレータ２０及
びオア回路２２は、或る百分率、例えば制御権能
の−12.5％か又はそれを越える（即ち代数的には
“より小さい”速度にてピツチ制御内側ループが
第一または第二の何れかの内側ループアクチユエ
ータを後方へ運動させていることを示す負の信号
（論理“１”）を導線２４上に与えるよう共働作用
する。

この＋12.5％〜−12.5％の不感帯（比較を行わ
ない窓）は、内側ループ内の信号が航空機の運転
状態の変動に応じて急速に、しかも極性を変える
ように変化し得るので、疑似故障の検出を減ずる
ために設けられている。不感帯を定める時には、
感度と疑似故障の間である妥協がなされなければ
ならない。この不感帯は対称である必要はなく、
また航空機の特性に基いて上記の実施例と異なる
要領によつてなされてもよい。実用的には、この
不感帯は、内側ループ信号を単一の基準値と比較
することにより無くされてもよい。この場合、内
側ループ信号が基準値と等しいか又はそれを越え
ているとき、正の信号が与えられ、内側ループ信
号が基準値よりも小さいとき、負の信号が与えら
れてよい。ここでは二重内側ループアクチユエー
タ方式が開示されているが、本発明は単一又は三
重以上のアクチユエータ方式にも応用可能であ
る。

航空機を前方にピツチ運動させるよう、導線２
９上にて、前向き外側ループ指令Ｄがアクチユエ
ータ３０（特願昭57−53649号（特開昭57−
178999号）の第１図に於ける３７、第３図に於け
る１５０に相当）へ向けて与えられる。同様に、
航空機を後方にピツチ運動させる後向き外側ルー
プ指令Ｅが、導線３５上にて、アクチユエータ３
０へ向けて与えられる。外側ループ指令Ｄ，Ｅ
は、“パルス作動による航空機アクチユエータ”
なる前提に於て、別々の導線上に於ける同様の信
号として別々に与えられている。従つて、コンパ
レータ２６は前向き（即ち正）外側ループ指令に
応答して導線２８上に信号を与え、またコンパレ
ータ３２は後向き（即ち負）外側ループ指令に応
答して導線３４上に信号を与える。ここでも正及
び負は極性（方向）を示す。外側ループ指令Ｄ，
Ｅの大きさは関与しないので、基準２５は単にコ
ンパレータ２６，３２がパルス存在の判定を行う
ことを可能にする。

何れかのパルス（例えばＤ）が与えられたとき
には、このことは、アクチユエータ３０のコイル
３６，３８を通じて、他方の導線（例えば３５）
上に遅延パルスとして現われる。従つて、両コン
パレータ２６，３２は、各々他方の出力端から禁
止（オフ）入力を与えられており、こうして信号
は導線２８，３４のいずれか一つの上に存在し、
決して両方に同時には存在しない。

外側ループ指令がパルスではなく、また前方及
び後方に対して別々に与えられない場合には、基
準２５が、内側ループに対して上に説明したと同
様の要領で、コンパレータと共にしきい値又は不
感帯を設定してよい。

導線２８，３４の何れかに於ける信号は、オア
回路３６を介して８ｍｓ単安定マルチバイブレー
タ３８を始動させる。単安定マルチバイブレータ
３８は導線４０を経てアンド回路４２に信号（論
理“１”）を与え、オア回路３６の出力により示
された外側ループパルスの発生時と、その後の限
定された時間（８ｍｓ）の間のみ、外側ループモ
ニタを作動可能にする。これによつて、外側ルー
プパルスの１パルス全体に及ぶ時間内に高速応答
性の内側ループ信号が極性を変えることにより疑
似故障が発生する虞れが低減される。

内側ループ比例誤差信号の積分がしきい値に達
しても外側ループパルスは与えられるので、監視
の目的、外側ループ指令の発生時に、内側ループ
信号の極性と外側ループ指令の極性との間の相関
がチエツクされ、これが欠けているときには、こ
のことによつて、故障の有効な表示を与えられ
る。上記の不感帯の設定と上記の比較の実行に於
ける時間制限の共働作用によつて、疑似故障の検
出を避けつつ実際の故障を検出するモニタの能力
が定まる。従つて、比較時間の制限をできる限り
短く保のが望ましいが、しかし回路の応答性を念
頭に置くことが必要である。

前向き（正）外側ループ指令を示す導線２８上
の信号は、後向き内側ループ信号を示す導線２４
上に負の信号と共に、アンド回路４４に与えられ
る。両信号が同時に存在している時には、極性の
不一致が生じ、この不一致を示す信号がオア回路
４６に与えれ、その出力は、アンド回路４２が導
線４０上の信号により作動可能にされていると
き、アンド回路４２の出力Ｃを、故障を示す論理
“１”にする。

同様に、後向き（負）外側ループ指令を示す導
線３４上の信号は、前向き内側ループ指令を示す
導線１６上の正の信号と共にアンド回路４８に与
えられる。両信号が同時に存在している時には、
極性の不一致が生じ、この不一致を示す信号がオ
ア回路４６に与えられ、故障が指示される。

故障信号Ｃは、外側ループアクチユエータを遮
断するための任意の適当な手段、例えば前記特願
昭57−53649号（特開昭57−178999号）の第１図
に於ける３８の如きピツチ制御外側ループ自動遮
断装置に与えられてよい。信号Ｃは双安定ラツチ
を切換えることができる。

第２図は、前記特願昭57−53649号（特開昭57
−178999号）に開示されているようなロール制御
チヤンネルと組合せるための外側ループモニタを
示す。

ロール制御に関しては、航空機の応答特性によ
つてより広範囲の故障が生じ得る。コンパレータ
６０は、内側ループ比例誤差信号Ｈが、ロール制
御内側ループアクチユエータ（特願昭57−53649
号（特開昭57−178999号）の第４図のロール内側
ループアクチユエータ１に相当）に対し、ロール
制御内側ループアクチユエータの制御権能の或る
百分率、例えば＋25％か又はそれを越える左方へ
の運動を指令している時、アンド回路６２に正の
信号、例えば論理“１”、を与える。同様に、コ
ンパレータ７０は、同制御権能の−25％か又はそ
れを越える右向き内側ループ信号を示す信号が生
じているとき、負の信号、例えば論理“１”、を
アンド回路７２に与える。

外側ループ指令は、それぞれ左方及び右方にロ
ール制御外側ループアクチユエータを指令する、
導線６４，６６に与えられるパルスＦ，Ｇであ
る。極性比較のために、左方は正として、右方は
負として示されている。正の左方外側ループ指令
はアンド回路７２に与えられ、負の右方外側ルー
プ指令はアンド回路６２に与えられる。アンド回
路６２は、負の右方外側ループ指令が、内側ルー
プからの正の信号と同時に与えられる時、故障を
示す信号をオア回路６８に与える。同様に、アン
ド回路７２は、正の左方外側ループ指令が、内側
ループからの負の信号と同時に与えられる時、故
障を示す信号をオア回路６８に与える。オア回路
６８は、何れかの事象に基づいて、故障信号を与
え、この故障信号はロール制御外側ループを遮断
すべく遮断装置を作動させる。

上述の比較のための窓は、ロール制御では比較
的大きくて良いので、比較の時間を一つのパルス
時間の一部分に制限する必要はない。更に、25％
コンパレータは、既にAFCS内に設けられてい
る。このことによつて、ピツチ制御についての本
発明の実施例に比して、ロール制御についての本
発明の実施例は比較的簡単になる。

本発明による外側ループモニタが、航空機その
他の乗物の種々の機能を制御する他の信号又は信
号群を監視するのに使用され得ることは明らかで
あろう。ここに開示された内容は、信号間の特定
の極性関係が一致しているか一致していないかが
故障の指標となる時には、常に応用可能である。
本発明の実施は、信号の幾つか又は全サブシステ
ムの信号がデイジタルパルスであるとき容易であ
る。

本発明は、内側ループ又は外側ループが単一チ
ヤンネルであるとき、内側ループ又は外側ループ
が二重チヤンネルであるとき、又は何れかがより
多層のチヤンネルを有する航空機自動飛行制御シ
ステムに種々の組合せで実施され得る。実施に当
つての条件、種々のパラメータの大きさ、継続時
間及び関係は、勿論本発明の特定の用途に適し、
症候に対応する信号間の極性関係に基いて故障の
推定を確実にし、モニタの正確さを高めるように
適宜変更されるべきものである。

以上の説明は、原理的に機能を達成するブロツ
クを用いるものとして行われたが、同一又は等価
な機能及び機能の組合せを達成するため種々の変
更が可能であることは当業者によつて明らかであ
ろう。例えば、ここに開示された正の論理は、容
易にそれを反転した負の論理に変更され得る。本
発明は種々の他のアナログ及びデイジタル形態で
実施され得るものであり、また周知のプログラミ
ング技術を用いて種々の構成の単一又は多重計算
機システム又は専用のデイジタル装置を用いて実
施され得る。

又以上に於いては本発明をその典型的な実施例
について図示し説明したが、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、当業者によつて明らかであ
ろう。

【図面の簡単な説明】

第１図はピツチ制御に対する本発明の外側ルー
プモニタの構成を示す概略ブロツク図である。第
２図はロール制御に対する本発明の外側ループモ
ニタの構成を示す概略ブロツク図である。 １０……コンパレータ、１２……オア回路、１
４，１８，２０……コンパレータ、２２……オア
回路、２５……基準信号、２６……コンパレー
タ、３０……アクチユエータ、３２……コンパレ
ータ、３６……オア回路、３８……単安定マルチ
バイブレータ、４２，４４……アンド回路、４６
……オア回路、４８……アンド回路、６０……コ
ンパレータ、６２……アンド回路、６８……オア
回路、７０……コンパレータ、７２……アンド回
路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 外側ループと内側ループとを有し、前記内側
   ループはそれに供給される内側ループ制御信号に
   応じて比較的早い速度にて比較的限られた制御権
   能の範囲内にて乗物の移動制御に関係する一つの
   制御対象変数についての所定値に対応する出力信
   号を出力することにより前記制御対象変数を制御
   し、前記外側ループは両方向性のパルス信号とし
   てそれに供給される外側ループ制御信号に応じて
   前記内側ループの制御権能の中心を制御するよう
   構成されている乗物の移動制御システムに於ける
   故障を示す故障信号を与えるモニタ装置にして、 前記一つの制御対象変数の実際値と所定値の間
   の差が互いに反対の第一または第二の方向にしき
   い値を越えて増大したときそれに応じて第一また
   は第二の方向性を有する第一のモニタ出力信号を
   発生する手段と、 前記外側ループ制御信号と前記第一のモニタ出
   力信号の方向性の対応を検知しそれらが一致して
   いるか一致していないかに応じて互いに異る方向
   性の第二のモニタ出力信号を発生する手段と、 前記外側ループ制御信号に応答し該外側ループ
   制御信号のパルス持続時間の一部の時間中だけ前
   記第二のモニタ出力信号を出力させる手段とを有
   し、 前記第二の方向性を有する前記第二のモニタ出
   力信号が出力されたときこれが前記故障信号にな
   ることを特徴とする故障モニタ装置。