JPH0727403B2

JPH0727403B2 - デジタル位置制御装置

Info

Publication number: JPH0727403B2
Application number: JP59240898A
Authority: JP
Inventors: アンソニー・ニユーマン・マーチン
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: RTX Corp
Priority date: 1983-11-17
Filing date: 1984-11-16
Publication date: 1995-03-29
Anticipated expiration: 2010-03-29
Also published as: JPS60118901A; GB2149939A; US4600870A; CA1233221A; GB2149939B; GB8427844D0

Description

【発明の詳細な説明】本発明は位置制御装置に関し、特に比例積分利得を有す
る位置制御装置に関する。

当該技術分野において知られているように、位置制御装
置には、比例利得だけを有するタイプと、比例積分利得
を有するタイプとがある。何れのタイプの装置も、選定
位置信号と実位置信号の差信号の値に応答し、その差信
号の関数としての出力信号を発生する。この出力信号に
より、差信号が最小となるようにアクチュエータを変位
させる。

比例利得を利用した装置は素早く（急峻に）応答する
が、差信号が０にならず、選定位置と実位置との間にオ
フセットが残る。このオフセットの大きさ比例利得の大
きさに依存する。即ち利得が高ければオフセットは小さ
くなり、逆に利得が低ければオフセットが大きくなる。
このような影響を除去するために、通常、比例利得と並
列に積分利得が付加される。比例積分利得を有するコン
トローラに差信号が与えられると、この差信号は比例利
得を介して直ちに被制御ユニットに与えられ、その後、
積分器が差信号を０にするように作用してオフセットを
除去する。

電子式位置制御装置の信頼度は、冗長コントローラ構成
を利用することにより向上する。そのような構成におい
て、２つの電子式コントローラを組み合せる最も有効な
方法は、各コントローラで同一の差信号に基づいて同一
の計算を行わせ、被制御装置とのインターフェイスで各
コントローラの出力を加算する方法である。各コントロ
ーラが比例積分利得を有する場合、各積分器がその入力
の偏差信号を０に減少させようとする。しかし、各コン
トローラによって計算される差信号は、ハードウェアの
バラツキにより常に僅かに相違しているため、両コント
ローラの差信号を０にすることは実際上不可能であり、
その結果、両コントローラが「競合」するという許容で
きないような不安定状態が生ずる。

このような問題に対する従来の解決法は、２つのコント
ローラの間でデータを交換し、両チャネルにおいて等し
い平均的な差信号を発生する方法である。このような方
法は高速デジタルリンク等の高価なコントローラ間通信
パスを必要とし、競合はなくなるが装置が複雑化する。
また、共通故障モードが起こる可能性が高まり、ある部
品の故障によって両方のコントローラが同時に影響を受
け、結果として制御機能全体が失われることがある。

本発明の目的は、比例積分利得を有し、被制御装置の実
位置信号と選定位置信号との差信号の値に従って被制御
装置の位置を調整する高信頼度の位置制御装置を提供す
ることにある。

本発明による高信頼度位置制御装置は２つのコントロー
ラからなる。各コントローラは選択可能な２つのモー
ド、即ち比例利得モードと比例積分利得モードの何れで
も動作可能であり、それぞれ、被制御装置の実位置と選
定位置との間の差信号の値に応答する。各コントローラ
は同時に異なったモードで動作し、一方のコントローラ
が故障した場合には、他方のコントローラが比例積分利
得モードで動作する。かくして、各コントローラは同時
または個別に動作して、被制御装置の位置を調節するた
めの位置制御信号の比例部分または全体を発生する。こ
の位置制御装置はさらに、両方のコントローラの出力に
応答し、各コントローラから出力される位置制御信号の
全体または比例部分を被制御装置に与える結合回路を有
する。

さらに本発明よれば、各コントローラにバイアス信号源
が設けられる。このバイアス信号源は関連した比例利得
装置に対してバイアス信号を入力することにより、各コ
ントローラの出力位置信号に比例利得信号成分を供給す
る。かくして、一方のコントローラが故障しても、他方
のコントローラが完全な比例積分利得モードの制御を行
い、過渡現象を最少限に押える。このような故障が起こ
った場合には、２倍利得切替器によって、正常な側のコ
ントローラの出力信号値を２倍にする。これも、過渡現
象の減少に寄与する。

本発明の位置制御装置は、高価なコントローラ間通信が
不要であるため、低コストで重コントローラ方式の信頼
度を得られる。コントローラ間通信を不要にするため
に、両方のコントローラに比例積分利得を持たせ、また
一方のコントローラの積分器の動作を、他方のコントロ
ーラが故障しなければ抑止する。同時に、各コントロー
ラの比例利得装置に与えられる差信号をバイアス信号に
よって増分させることにより、差信号が０の場合でも、
両方のコントローラの出力信号値が０にならなようにす
る。このようにするので、比例積分モードで動作中のコ
ントローラが故障した場合における過渡現象が軽減す
る。

本発明の前述ならびにその他の特徴および利点は、以下
に述べる実施例および図面を参照することにより明らか
となろう。

本発明の実施例説明に先立ち、同実施例に関連する従来
のヘリコプタの調速システムについて、第２図を参照し
て説明する。

第２図に示す従来のヘリコプタ調速システム５は、被制
御パラメータ（ロータ速度）の値を指令値に維持するよ
うに設計されている。コントローラ６速度センサ８の出
力信号線７の検出速度信号に応答する。この速度センサ
８は、ロータ・エンジン10によって駆動されるヘリコプ
タのロータ９の速度を監視する。またコントローラ６
は、ロータ速度の選定値を示す信号線14上の指定信号の
現在値にも応答する。上記各信号は加算点16に送られ、
そこで検出速度信号と指令信号とが加算され、信号線18
に差信号が得られる。この比例利得乗算器20と積分器22
に同時に与えられる。信号線24に得られた積分信号と信
号線26に得られた比例信号は加算点28に送られて加算さ
れ、比例積分利得信号が信号線30に得られ、増幅器32に
与えられる。この増幅器によって増幅された信号は信号
線34を介してトルク・モータ36に与えられ、このトルク
・モータ36はその入力信号に応答して位置が変化する。
トルク・モータの位置が変化すると、ロータ・エンジン
10の燃料の流量が変化し、ロータ・エンジン10の速度が
変化する。速度センサ８はその速度変化を検出し、検出
速度信号を信号線７を介してコントローラ６へ送る。

さて第１図に、ヘリコプタのロータ調速システムとして
用いられる本発明の位置制御装置100のブロック図が示
されている。このブロック図は、本発明の理解を容易に
するために用いられるものであり、本発明の最適実施例
は、デジタル式制御システムとして後に詳細に説明す
る。

この位置制御装置100は２つのコントローラ102,104を有
する。各コントローラは同一構成でよく、通常状態にお
いては同時に作動して、２コイルのトルク・モータ105
の位置を制御する。各コントローラには、信号線106に
よって実ロータ速度信号、信号線108よって選定ロータ
速度信号、信号線110によってコレクティブ・ピッチ
（同時ピッチ）信号がそれぞれ入力される。各コントロ
ーラの力はトルク・モータ105に接続される。各コント
ローラは同一構成であるが、正常動作状態においては、
その一方、例えばコントローラ102が比例積分利得で作
動し、他方のコントローラ（104）は比例利得だけで作
動する。どちらのコントローラも比例積分利得動作をす
るように選定することができるが、比例積分利得で動作
できるのは常に１台だけである。説明を簡明にするため
に、比例積分利得動作するように選定されたコントロー
ラを「コントローラＡ」（たとえば102）と呼び、他方
のコントローラ「コントローラＢ」と呼ぶことにする。

以上ならびに以下のシステムレベルの本発明の説明にお
いては、２コイルのトルク・モータ105の位置制御に用
いられる２つの調速コントローラ102,104について述べ
るが、このようなコントローラはどのような位置制御装
置にも一般的に利用できることはいうまでもない。

前述の様に比例積分利得を用いる各コントローラは、高
価なコントローラ間通信リンクを付加しない限り、同一
の装置を制御するために同時に使用することはできな
い。本発明は、各コントローラを異なったモードで動作
させることによって、そのようなリンクを不要とする。
もし、コントローラ「Ａ」の故障が検知されると、その
コントローラは抑止され、コントローラ「Ｂ」が比例積
分モードに切り替えられ、全体の制御機能を引き継ぐ。
コントローラ「Ｂ」が故障すると、このコントローラは
抑止され、コントローラ「Ａ」が全制御を行うが、その
詳細は後述する信号線112,114上の異なった２つの出力信号の結合に関
して制約がある。信号線112,114上の各出力信号が別々
の増幅器から与えられるため、それらの信号を単一のト
ルク・モータ・コイルに一緒に結合することによって加
算するには、分離回路が必要となる。そこで信号線112,
114上の各出力信号は、別々のコイル116,118を用いて結
合される。各コイル116,118はそれぞれ独立に動作する
ものであるが、トルク・モータ105の変位を協働して制
御する。このようにして、各コントローラの動作に悪影
響を及ぼすことなく、２つの出力信号を結合できる。コ
ントローラ102,104は信号線106上のロータ速度信号と信
号線108上の選定速度信号を加算点120,121で加算し、差
信号を信号線122,123に送出し、この差信号は加算点12
4,125とスイッチ126,127へ与えられる。信号線110上の
コレクティブ・ピッチ信号はバイアス信号源128,129に
与えられる。バイアス信号源128,129の詳細は後述する
が、信号線130,131を通じてバイアス信号を加算点124,1
25に供給する。このバイアス信号はヘリコプタのロータ
荷重に応じて変化るもので、これはコレクティブ・ピッ
チ・レバー132の位置よって制御される。位置センサ133
は、コレクティブ・ピッチ・レバー132の位置に応じて
変化する信号を信号線110に送出する。

加算点124,125によって信号線134,135に得られる加算信
号は比例利得乗算器136,137に与えられ、こらの乗算器
は比例信号を信号線138,139を通じて加算点140,141に供
給する。信号線122,123上の差信号はスイッチ126,127に
与えられ、そのスイッチが閉じた時に信号線142,143を
通じて積分器144,145に供給される。コントローラ
「Ａ」が比例積分コントローラとして選ばれる場合に
は、スイッチ126が閉じられ、コントローラ「Ｂ」のス
イッチ127は正常動作状態においては開かれる。信号線1
46上の積分信号は、加算点140におい信号線138上の比例
信号と加算される。同様に、コントローラ「Ａ」に故障
が発生した場合には、コントローラ「Ｂ」のスイッチ12
7が閉じられ、信号線147上の積分信号は加算点141にお
いて信号線139上の比例信号と加算される。信号線148,1
49上の信号は増幅器150,151でそれぞれ増幅される。各
増幅器から増幅信号が信号線152,153を介してスイッチ1
54,155に与えられ、各スイッチは正常動作状態では両方
とも閉じ、信号線112,114を通じて出力信号をトルク・
モータ105に与える。

増幅器150,151は信号線148,149上の信号に対して、適当
なスケーリング（scaling）を行ってトルク・モータへ
送る。スケーリング係数、即ち増幅器の利得は、システ
ムの正常動作を基準として選ばれる。しかし、コントロ
ーラが故障した場合、その利得を変更するのが望まし
い。そこで、各増幅器150,151に関連して利得切替器15
6,157が設けられている。あるコントローラが故障する
と、他方のコントローラの増幅器の利得は、それに関連
したスイッチ158,159を閉じることによって増加（代表
的には２倍）させられる。このようにすることにより、
コントローラが故障した時に発生する過渡現象の大きさ
を減少させる。

信号線112,114上の各コントローラの位置出力信号によ
って制御されるトルク・モータ105の位置変化に応じ
て、ロータ・エンジン160への燃料の流量が変化する。
ロータ161の速度はエンジン速度と一緒に変化するが、
エンジン速度は燃料流量に従って変化する。速度センサ
162はロータ161の速度を監視し、実ロータ速度信号を信
号線106を通じて各コントローラへ供給する。

バイアス信号源128,129は同様な値のバイアス信号を各
コントローラの比例利得乗算器に与えるから、各コント
ローラは、値がほぼ等しくかつ荷重と共に増加する比例
出力信号を信号線112,114へ送出する。ロータの荷重が
増加した場合、速度を維持するために信号線112,114上
の出力制御電流の値を増加させなければならないので、
荷重が増加した時にバイアス電流値も増加させるのが効
果的である。そうするとで、バイアス電流を制御電流値
の増加に「追従」させる。かくして、あらゆる荷重条件
において、コントローラ「Ａ」の信号線112上のバイア
ス信号と制御信号の合計電流値が、コントローラ「Ｂ」
の信号線114上のバイアス信号と制御信号の合計電流値
とほぼ等しければ、コントローラ「Ａ」の故障に関連し
た過渡現象は減少する。以上の機能を２倍利得切替器の
機能と組合わされると、１つのコントローラが故障した
時に起こる総合制御機能の切り替わりで大きな過渡現象
が生じることが殆どなくなる。例えば、バイアス信号が
ない場合、もし各コントローラの差信号が０もしくはほ
ぼ０となると、比例積分利得のコントローラの出力信号
は０以外のある値となり、他方、比例利得のコントロー
ラの出力信号の値は０またはほぼ０になる。比例積分の
コントローラが故障すると、他方の正常なコントローラ
は、それ以前に両方のコントローラよって与えられてい
たと同等の信号を直ちにトルク・モータに供給する必要
がある。過渡現象の大きさは故障したコントローラの故
障時の出力電流値によって決まる。各乗算器に入力され
るバイアス信号により、信号線112,114上に少なくとも
０より大きな値の出力バイアス電流が流される。そし
て、出力電値を２倍にすることとあいまって、過渡現象
が最小になる。

コレクティブ・ピッチ・レバー132の位置が荷重指示と
して用いられるが、それ以外の任意の所要動力パラメー
タも同様に用い得る。信号線110に生じる位置センサ133
の出力信号はバイアス源128,129に送られ、こらバイア
ス源128,129は、コレクティブ・ピッチの設定の増加と
所要動力の増加との間に存在する所定の関係に従ったバ
イアス信号を信号線130,131に送出する。この関係を正
確にするために、さらに高度またはサイクリック・ピッ
チ（周期的ピッチ）のような他の信号も用い得る。コレ
クティブ・ピッチ・レバーの動きは荷重変化によるロー
タ速度の変化を「期待」するので、バイアス源128,129
は、故障による過渡現象を減少させるためだけではな
く、上記の所定関係およびコレクティブ・ピッチ・レバ
ー132の現在位置に従ってロータ・エンジン160の燃料の
流量を直接増加または減少させるためにも用いられる。
このようにして、システムの動的応答特性をさらに改善
する。

コントローラ「Ａ」用の内蔵テスト装置200およびコン
トローラ「Ｂ」用の同一のテスト装置202は、選定され
たコントローラ故障基準について監視する。この故障基
準は個々の実施例に応じて選定されるものであり、具体
例は第３図の最適実施態様に関連して後述する。第１図
において、テスト装置は、コントローラ内の故障状態に
応じてスイッチ126,127,154,155,158,159を開いたり閉
じたりする。正常な動作状態においては、スイッチ154,
155は閉じられ、スイッチ158,159は開かれる。

動作について説明すると、コントローラ「Ａ」が積分利
得を持つコントローラとして選定された場合、正常動作
状態では、スイッチ126は閉じられ、スイッチ127,158,1
59は開かれる。コントローラ「Ａ」の内蔵テスト装置20
0が、そのコントローラ内部の故障状態を検出すると、
そのテスト装置200同時にスイッチ154を開き、スイッチ
127,159を閉じる。従ってトルク・モータ105のコイル11
6は消勢され、増幅器151の利得は２倍になり、コントロ
ーラ「Ｂ」の積分器145は活性化し、コントローラ
「Ｂ」を比例積分利得で動作せしめる。スイッチ159を
閉じると増幅器151の利得が２倍になり、過渡じょう乱
を減少させる働きをする。トルク・モータのコイル116,
118は、単独または一緒に作動して制御機能を遂行する
ように設計されている。

同様に、コントローラ「Ｂ」の内蔵テスト装置202が故
障を検出すると、スイッチ155が開かれ、コイル118が消
勢される。スイッチ126は閉じたままであり、スイッチ1
58は閉じる。（実際には、あるコントローラが比例積分
利得のコントローラとして一旦選定された後は、そのコ
ントローラの積分器を抑止させる必要は全くない。例え
ば、コントローラ「Ａ」が比例積分コントローラとして
選ばれた場合、スイッチ126は必要でない。このスイッ
チを開く理由が全くないからである。しかし、各コント
ローラを同一設計にすると非常に経済的であるから、ス
イッチ126が設けられている）第３図を参照し、ヘリコプタ調速システムとして用いら
れる本発明の最適実施例によるデジタル位置制御装置30
0について説明する。この装置の２つのコントローラ32
2,324は、第１図において説明したように、信号線110上
のコレクティブ・ピッチ信号に応答するバイアス源325,
326をそれぞれ有する。第３図において、各バイアス源
は、信号線328,330を通じてアナログ信号を関連したマ
ルチプレクサ332,334へ供給する。各マルチプレクサは
信号線108を通じて選定ロータ速度信号も入力され、バ
イアス信号と選定速度信号を関連する信号線336,338に
多重化する。この多重化信号は関連したアナログ／デジ
タル（A/D）変換器340,342に与えられる。このアナログ
／デジタル変換器からは、対応するデジタル多重化信号
が出力信号線344,346を通じて関連した信号プロセッサ3
52,354のバス348,350へ送出される。各信号プロセッサ
は周知の形式のものであり、中央処理ユニット（CPU）3
56,358、ランダムアクセスメモリ（RAM）364,362、リー
ドオンリーメモリ（ROM）360,366を有する。また各信号
プロセッサは、その周波数／デジタル変換器372,374に
よって信号線368,370上に実ロータ速度信号も受信す
る。この変換器372,374は、信号線106上の検出ロータ速
度信号をデジタル信号に変換するものである。各信号プ
ロセッサは、バイアス信号、実速度信号、および選定速
度信号に応答して信号線376,378上に出力位置制御信号
を発生するが、これについては後に第４図を参照して説
明する。

各コントローラには、信号線376,378上のプロセッサ出
力信号を対応するアナログ信号に変換して信号線384,38
6に送出するデジタル／アナログ（D/A）変換器380,382
が設けられている。この信号線384,386上のアナログ信
号は電力増幅器388,390に与えられる。この電力増幅器
は、位置制御信号を、２コイル型トルク・モータ105の
各コイルの駆動に必要なレベルまで増幅する。電力増幅
器の出力信号線392,394に得られる増幅位置制御信号は
抑止スイッチ396,398に与えられる。このスイッチは、
信号線400,402,404または406上にディセーブル信号があ
る時に開いて、コントローラ出力を抑止する。

上記ディセーブル信号はソフトウェアまたはハードウェ
アのいずれによっても発生できる。信号線400,402上の
ソフトウェア・ディセーブル信号は抑止スイッチ396,39
8を個別のドライバ407,409を介してそれぞれ駆動するも
のであり、次のテストルーチンの何れか１つ以上を各プ
ロセッサが実行することにより発生する。

（ａ）REFERENCE TEST:基準パラメータを対応する記憶
パラメータと比較することにより、入力インターフェイ
スが正常に作動しているか判定する。

（ｂ）RAM SCRATCHPAD TEST:既知信号値をRAMに格納
し、それを再び読み出してRAMメモリが正常に機能する
か判定する。

（ｃ）ROM CHECK SUM:ROMに格納されている全てのデー
タと命令の合計を求め、ビット・トータルが正しいか判
定する。

（ｄ）INTERFACE RANGE CHECKS:選定パラメータ、即ち
同時ピッチ・スティックの位置、ロータ速度および速度
選択の現在値を許容範囲と比較することにより、それら
各パラメータが許容限界範囲内であるか確認する。

上記の１つ以上のテストが成立しない場合には、「TEST
−SELF」フラグ（詳細は後述する）が“1"にセットされ
る。同時に、他方のコントローラのプロセッサの「TEST
−OTHER」フラグが“1"にセットされる。「TEST−SEL
F」と「TEST−OTHER」フラグは、各コントローラにおい
て、そのコントローラまたは他のコントローラが抑止さ
れているか否かの標示器として利用される。上記ステー
タス・フラグの何れかが“1"にセットされていれば、そ
の“1"のフラグが示すコントローラが抑止されていると
言うことである。同様に、あるステータス・フラグの値
が０ならば、その“0"のフラグが示すコントローラは正
常に動作しているということである。

各コントローラには、ハードウェア発生ディセーブル信
号を信号線404,406に送出するための内蔵テスト装置40
9,410を備えている。各内蔵テスト装置は、監視タイマ4
12,414とクロック停止検出器416,418よりなる。監視タ
イマおよびクロック停止検出器は何れもランプ波形発生
器を有する。このランプ波形発生器は、信号プロセッサ
352,354によって信号線420,422に供給される周期信号
と、クロック427,428によって信号線424,426に与えられ
る周期信号とに応答する。監視タイマは、信号線420,42
2上の所期のソフトウェア・リフレッシュ信号によって
リフレッシュされないと、その値があるレベル以下に減
少し、内部のレベル検出器が信号線429,43にディセーブ
ル信号を発生し、これはORゲート432または434へ印加さ
れる。同様に、クロック停止検出器416,418の何れかが
選定された数の直列クロック信号を受信できないと、そ
のクロック停止検出器のランプ波形発生器は、信号線43
6,438の一方または他方へのディセーブル信号の発生を
禁止するために必要なレベル以上に電圧を維持すること
ができなくなる。信号線429,436の何れかによりディセ
ーブル信号がORゲート432に与えられると、ハードウェ
ア・ディセーブル信号が信号線404によって抑止スイッ
チ396へ供給され、そのコントローラの出力（信号線11
2）が抑止され、その結果、トルク・モータ105の関連し
たコイル116が消勢される。同様に、信号線430,438の何
れかによりディセーブル信号がORゲート434に与えられ
ると、信号線406上のハードウェア・ディセーブル信号
が抑止スイッチ398に与えられ、この抑止スイッチはそ
のコントローラ出力信号（信号線114）を抑止して、ト
ルク・モータ105の関連したコイル118を消勢する。

なお、ハードウェアおよびソフトウェアが信号線404,40
6および信号線400,402上に発生する各ディセーブル信号
は、関連したコントローラの抑止スイッチ396,398に与
えられるだけではなく、他方のコントローラの信号プロ
セッサ354,352にも与えられる。また、信号線400,402上
の信号は、２つの信号プロセッサのバス348,350を分離
するために、個別のドライバ407,408に与えられる。各
ドライバから信号線440,442に送出される信号は、単に
信号線400,402上の信号をバッファリングしたものであ
る。各信号プロセッサは、他方のコントローラから与え
られるディセーブル信号を、後述するソフトウェアのTE
ST−OTHERフラグのために利用する。

次に、第４図に示す信号プロセッサのフローチャートに
おいて、第４図Ａのフローチャートは、各コントローラ
の信号プロセッサによって実行される命令シーケンスか
らなるプログラムを示す。信号プロセッサは500よりこ
のフローチャートに入り、プログラムは命令502を実行
して、特定のコントローラが始めに比例モードまたは比
例積分モードのいずれで動作すべきかを決定する。比例
モードならば、「MODE」フラグが０にセットされる。比
例積分モードならば、「MODE」フラグは１にセットされ
る。

次にプログラムは命令508を実行し、差信号のサンプリ
ング間隔（ｈ）を選定する。このサンプリング間隔は、
後述するプログラムの積分部において利用される。

変数「PG」が１に初期設定される。この変数PGは、加算
された比例積分信号を信号プロセッサの出力信号として
送出する前に乗算するために用いられる係数の値を示
す。変数PGに初期値“1"を設定すれば、これは単に両方
のコントローラが正常に動作していることを示す。“1"
にセットされたTEST−OTHERステータス・フラグが信号
プロセツサによって受信さた場合、変数PGの値は２にセ
ットされる。そうすると、後述するように、正常なコン
トローラの出力信号の値が、直前のサイクルにおける値
の２倍になり、直前サイクルにおける他方のコントロー
ラの抑止に関連した過渡現象を減少させる。

次にプログラムは命令512に進み、フラグ「ｉ」を０に
セットする。このフラグ「ｉ」は、プログラムの積分部
において、ループの１回目の通過であるか２回目以降の
通過であるかを示すために用いられる。このようにする
のは、後述する台形積分法の計算ステップにおいて必要
だからである。

次の命令513において変数「ｋ」が０にセットされる。
この変数は、選定値（ｎ）に達するまで、ループを１回
通過するごとに１ずつインクリメントされ、選定値ｎに
達すると、後述するソフトウェア・テストが実行され
る。

次の命令514において変数「SUM」が０にセットされる。
この変数「SUM」は、現在の差信号の時間積分値を示
し、これは後述する台形法則に従って計算される。

プログラムの主ループを実行するための初期条件の設定
を完了すると、プログラムは入力命令516に進み、実ロ
ータ速度信号（ARSS）の最近の値を信号プロセッサに読
み込み、一時的に記憶する。同様に、命令518に示され
るように、選定ロータ速度信号（SRSS）の現在値が信号
プロセッサに読み込まれ、そこに一時的に記憶される。

計算命令520で、ARSS信号とSRSS信号の差が求められ
る。この差は、この命令以降の命令においてΔで示され
る。また、この差は信号プロセッサ内部に一時的に記憶
される。

バイアス信号（BS）の最近の値を読み込むために、入力
命令522が用いられる。この値も信号プロセッサ内部に
一時的に記憶される。

次にプログラムは計算命令524に進み、変数Δの現在値
が変数BSの現在値に加えられる。その加算値は次の計算
命令526で、選定された利得係数（GF）と掛け合わさ
れ、しかして比例利得機能が達成される。

次に第４図Ｂを参照して、プログラムは判定命令528に
進み、変数MODEの現在値を調べる。MODEの現在値が１に
等しくなければ、主ループの積分部分はバイパスされ
る。この場合、特定のコントローラが比例利得モードで
動作していることを意味する。他方、変数MODEの値が１
に等しい場合、コントローラは比例積分モードで動作し
ており、論理の流れは判定命令530に進む。周知の台形
法による数値積分を行う関係上、現在、主ループを初め
て通過するのか、２回目以降の通過であるかを調べる必
要がある。ここで、ある関数のある範囲についての定積
分（Ｉ）は、次の式で与えられる。

ここでｙはｆ（ｘ）で、ｙ_ｉへｆ（ｘ_ｉ）を意味し、ｈ
はｘ_ｉとｘ_ｉ＋１の間の半間隔（定数）である。

１回目の通過ならば、プログラムは命令532に進み、変
数Aiを１にセットする。他方、２回目以降の通過なら
ば、プログラムは命令534に進み、変数Aiを２にセット
する。Aiの値を適切に設定した後、プログラムは計算命
令536へ進み、積分変数SUMの現在値を（h/2）（AiΔ）
に加える。

次にプログラムは計算命令538に進み、積分変数SUMの現
在値を比例量［（GF）（Δ＋BS）］に加え、比例積分量［SUM＋（GF）（Δ＋BS）］を求める。次にプログラムは命令540へ進み、変数
「ｉ」を１セットする。こうすることにより、これ以降
に主ループを通過する時には変数Aiは２になる（上記式
が台形法則を満すようにするため）。

次にプログラムは入力命令542へ進み、変数「TEST−OTH
ER」の最近値が信号プロセッサに読み込まれ一時的に記
憶される。この命令には、別のルートから入ることもあ
る。即ち、判定命令528においてフラグMODEが１でない
と判定される場合である。

ここで、プログラムに従って、特定のコントローラは他
のコントローラが正常に動作しているか否か、あるいは
他のコントローラが既に抑止されているか否かを調べる
必要がある。これは２つの理由から必要となる。第１
に、他方のコントローラが既に抑止されている場合、正
常な方のコントローラの出力信号の値をそれ以前の２倍
に直ちに増加させなければならない。これは、変数PGを
２にセットすることによってなされる。第２に、抑止状
態のコントローラが最初に比例積分モードで動作するよ
うに選定されたものである場合、正常な方のコントロー
ラはその動作モードを比例モードから比例積分モードに
直ちに切り替えなければならない。この切り替えは、変
数MODEを１にセットすることによって行われる。言うま
でもなく、抑止状態のコントローラが最初に比例モード
で動作するように選定されたコントローラならば、正常
なコントローラは既に比例積分モードで動作しているか
ら、その変数MODEの値を変更する必要はない。このよう
なステップは、第４図Ｃの命令544〜556に示されてい
る。入力命令542で変数TEST−OTHERの最近値を読み込ん
だ後、プログラムは判定命令544に入り、コントローラ
が比例モードで動作しているか比例積分モードで動作し
ているかが調べられる。比例モードで動作しているなら
ば、フラグMODEの値は０であり、プログラムは判定命令
546に入り、変数TEST−OTHERの値がテストされる。他方
のコントローラが抑止されていると判定された場合、プ
ログラムは命令548に進み、フラグMODEは１にセットさ
れ、その結果、そのコントローラは、それ以降に主ルー
プを通過する期間において比例積分モードで動作するよ
うになる。変数PGは次の命令550で２にセットされる。
判定命令546において、他方のコントローラが抑止され
ていないと判定された場合、論理の流れは命令552に進
み、当該コントローラの動作モードおよび出力利得は変
化しない。

判定命令544で、当該コントローラの動作モードが比例
積分モードであると判定された場合、プログラムはブロ
ック544から、判定命令546と内容が同じであるが、別の
判定命令554に進む。他方のコントローラが正常に動作
しているか否かが調べられた後、プログラムは命令556
へ進み（他方のコントローラが抑止されている場合）、
変数PGを２にセットし、あるいは入力命令552へ直接進
む（他方のコントローラが正常に動作している場合）。

何れにしても、プログラムは入力命令552へ進み、変数T
EST−SELFの最近値が信号プロセッサに読み込まれ一時
的に記憶される。次に、その変数TEST×SELFは判定命令
558で０と比較され、変数TEST−SELFが０でなければ
（即ち、当該コントローラが正常に動作していない）、
プログラムは命令560に進む。命令560は、当該コントロ
ーラの出力信号を抑止させ、当該コントローラに関して
はプログラムは出口命令562で停止する。

他方、当該コントローラが正常に動作している場合、プ
ログラムは計算命令564に進み、出力信号に対する適切
な利得係数を与える変数PGをSUM＋（GF）（Δ＋BS）に
掛ける。次にプログラムは出力ブロック566へ進み、［P
G（SUM＋（GF）（Δ＋BS））］の値を当該コントローラ
の出力信号値として出力する。

次に、論理の流れは判定命令568へ進み、変数Ｋの現在
値が定数「ｎ」と比較される。ｎの値は、前記ソフトウ
ェア・テストの実行頻度に応じて選定される。例えば、
主ループが１秒間に10回実行される場合、ソフトウェア
・テストは５秒おきに実行するのが望ましいと言える。
その場合、定数ｎの値は50に選ばれる。

Ｋの現在値がｎに等しい場合、プログラムは第４図Ｄに
示す一連の命令570,572,574,576へ進み、TEST SUM、RAM
SCRATCHPAD TEST、ROM CHECK SUM TEST、およびINTERF
ACE RANGE CHECKSがそれぞれ実行される。これらのテス
トの１つ以上が不成立ならば、判定命令578において、
プログラムを命令560へ進めることにより出力を抑止す
るという判定を下す。全てのテストが成立するならば、
プログラムは命令580に進み、変数Ｋは０にセットされ
る。これにより、主ループの１回の通過を終了し、次に
命令516へ再び入り、前述の命令516〜580のシーケンス
を実行し、主ループの各ステップを際限なく繰り返す。

本発明によるヘリコプタ・ロータ調速システムは高信頼
度の２コントローラ構成であり、第１のコントローラは
正常状態においては比例積分利得で動作し、同時に第２
の同一構成のコントローラは比例利得あるいは比例積分
利得で動作可能であるが、通常は比例利得だけで動作
し、各コントローラはその出力信号を結合装置へ送り、
この結合装置は各信号の制御作用をそれぞれ独立に被制
御装置に及ぼさせる。各コントローラの比例乗算器はバ
イアス信号によってバイアスされ、このバイアス信号は
検出所要動力パラメータに従って変化する。その結果、
各コントローラは同じ程度の値の出力信号を発生し、し
かして１つのコントローラが故障した時の過渡現象を最
少限に抑え、また荷重時の航空機性能を向上させる。第
１のコントローラが故障した場合、その出力信号は抑止
され、第２のコントローラがが全制御機能を受け持ち、
比例積分利得動作モードに切り替わり、またその出力信
号の値を２倍にする。第２のコントローラが故障した場
合には、その出力信号が抑止され、第１のコントローラ
が全制御機能を受け持ち、比例積分モードでパラメータ
を継続し、またその出力信号値を２倍にする。このよう
にして、高信頼度、低コスト、２コントローラ、比例積
分利得の調速システムが実現される。

しかし、次のように理解すべきである。即ち、特定のヘ
リコプタ調速システムの場合について本発明の最適実施
例について説明したが、本発明は比例積分利得の位置制
御装置全てに一般的に適用できるものである。従って、
本発明は調速システムに限定されるものではない。同様
に、被制御装置はトルク・モータに限るものではない。
前記独立結合は、変圧器やその他の同等の装置を用いて
も容易に行うことができる。本発明のようにバイアス源
および利得２倍器を設けると、故障時の過渡現象が緩和
される。また、バイアス源は必要ずしもコレクティブ・
ピッチ・レバーの位置と関連させる必要がなく、荷重や
その他の要因に関連する他の検出パラメータと関連づけ
てもよい。

また、次のことを理解すべきである。本発明の２つのコ
ントローラを、被位置制御装置（２コイル・トルク・モ
ータ）が１つだけのシステムの場合について説明した
が、被位置制御装置が２つ以上のシステムの場合につい
ても容易に実現できる。そのようなシステムの場合、各
被位置制御装置の位置変化を適切に組み合せて所望の制
御を達成する。例えば前記最適実施例に示したヘリコプ
タのロータ速度を、２つのロータ・エンジンを用いて制
御する必要がある場合は、第１図に示す信号線112,114
上の出力信号を別々のトルク・モータへ供給し、それぞ
れで各モータ・エンジンの燃料流量を制御することがで
きる。

同様に、２つのコントローラを有する位置制御装置につ
いて説明したが、コントローラは必ずしも２つに限られ
るものではない。任意数のコントローラを用いても、本
発明の精神と範囲を逸脱することなく本発明の目的を達
成可能である。

第３図に示したデジタル式の実施例に関しては、本発明
の精神および範囲から逸脱することなく、各コントロー
ラを様々に変形可能である。例えば、バイアス信号と選
定速度信号にそれぞれ専用のアナログ／デジタルコンバ
ータを用いることができるから、そらの信号を必ずしも
多重化しなくてもよい。同様に、速度検出器も周波数信
号を発生しないで、代わりにアナログ信号を発生しても
よい。その場合、第３図の実施例に示した周波数／デジ
タル変換器はアナログ／デジタル変換器に置き替えるこ
とができる。

同様に、信号プロセッサに関連するハードウェアは、前
記最適実施例の信号プロセッサに示すようなハードウェ
アそのままでなくてもよい。例えば、CPUはマイクロプ
ロセッサでもよいし、コントローラ外部に存在するプロ
セッサを利用してもよい。同様にROMは、マスクROM、ヒ
ューズROM、書き替え可能ROM、その他、書き込まれた情
報を「永久的」に記憶する、即ち通常の動作状態では記
憶内容が変化しない種類のあらゆるメモリを用いること
ができる。同様に、前記最適実施例のプロセッサに示す
RAMは、スタティック・ランダム・アクセス・メモリ（S
RAM）、ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ（D
RAM）、その他、通常の記憶動作期間に記憶内容を変更
できるあらゆるメモリを用いることができる。また、信
号プロプロセッサ内の各部は個別のパッケージに収容す
ることもできるし、すべてを同じハードウェアつまり同
じ機能パッケージに収容することもできる。

また、前記最適実施例におけるハードウェア・テストお
よびソフトウェア・テストは、本発明の精神および範囲
から逸脱することなく様々に変形できる。

さらに、第４図に示したフローチャートの各プログラム
・ステップは、本発明の精神および範囲から逸脱するこ
となく、順番を変更したり、置き替えたり、あるいは追
加したり、さらには省くこともできる。またさらに、前
記実施例の積分法は周知の台形法であったが、これはそ
れ以外の方法、例えばニュートン・コーツ法、ガウス・
ルジャンドル法、ロンベルグ法、その他同等の方法と置
き替えてもよい。

さらに、当業者であれば、本発明の精神および範囲から
逸脱することなく、前述の実施例における形式や詳細構
成について様々な変形や、省略あるいは付加を行うこと
ができることは明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図はヘリコプタのロータ調速システムとして使用さ
れる本発明による位置制御装置を示す概略ブロック図、
第２図は従来の比例積分利得を有する単一コントローラ
構成のヘリコプタ・ロータ調速システムを示す概略ブロ
ック図、第３図はヘリコプタのロータ調速システムとし
て使用される本発明の最適実施例におけるデジタル位置
制御装置を示す概略ブロック図、第４図は上記最適実施
例における信号プロセッサの実行ステップを示す概略フ
ローチャートである。 102,104……コントローラ、105……トルク・モータ、11
6,118……コイル、120,121,124,125,141……加算点、12
6,127……スイッチ、128,129,158,159……バイアス信号
源、132……コレクティブ・ピッチ・レバー、133……位
置センサ、136,137……乗算器、144,145……積分器、15
0,151……増幅器、156,157……利得切替器、160……ロ
ータ・エンジン、161……ロータ、162……速度センサ、
200,202……テスト装置、322,324……コントローラ、33
2,334……マルチプレクサ、340,342……アナログ／デジ
タル変換器、352,354……信号プロセッサ、372,374……
周波数／デジタル変換器、380,382……デジタル／アナ
ログ変換器、388,390……電力増幅器、396,398……抑止
スイッチ、407,408……ドライバ、409,410……テスト装
置、412,414……監視タイマ、416,418……クロック停止
検出器、432,434……ORゲート。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭51−94076（ＪＰ，Ａ) 特開昭52−89781（ＪＰ，Ａ) 特開昭55−155986（ＪＰ，Ａ) 実開昭52−151293（ＪＰ，Ｕ) 実開昭55−110735（ＪＰ，Ｕ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】パラメータ実値信号およびパラメータ基準
値信号に応答し、前記パラメータの値を調節することに
より被制御装置の位置を制御するための位置制御信号を
発生するデジタル位置制御装置であって、２つのコントローラ手段を備え、前記各コントローラ手
段は前記パラメータ実値信号および前記パラメータ基準
値信号に応答してそれらの信号の差信号値を計算し内部
に記憶する信号プロセッサ手段と、バイアス信号を発生
するバイアス源手段と、前記バイアス信号および前記差
信号値に応答し、前記差信号値が０のときでも０でない
値をとるようにバイアスされた差信号値を発生する加算
手段とを備え、前記各コントローラ手段は、前記信号プ
ロセッサにより前記差信号値を積分して得られる積分量
と前記バイアスされた差信号値に基づく比例量とを加算
して比例分をバイアスされた比例積分位置制御信号を発
生する第１の選択モード、または前記信号プロセッサに
より前記バイアスされた差信号値に基づいてバイアスさ
れた比例位置制御信号を発生する第２の選択モードのい
ずれかで動作し、前記コントローラ手段の一方は常に前
記第１選択モードで動作するように選定され、前記コン
トローラ手段の他方は前記一方のコントローラ手段が正
常に動作中に前記第２の選択モードで動作し、前記一方
のコントローラ手段が故障したときに前記第１の選択モ
ードで動作するように選定されており、さらに、前記各
コントローラ手段はそれぞれ前記比例積分位置制御信号
または前記比例位置制御信号を増幅してそれぞれの信号
出力に供給する増幅手段と、前記コントローラ手段のい
ずれかが故障したときに当該コントローラ手段の信号出
力を抑止するコントローラ出力抑止手段とを備え、前記
各コントローラ手段は他方のコントローラ手段が故障し
たときに前記増幅手段の利得を増大させるようになって
おり、また、前記各コントローラ手段から与えられる前記比例
積分位置制御信号および前記比例位置制御信号に応答
し、それらの信号を結合することにより前記位置制御信
号を前記被制御装置に供給する結合手段を備えることを
特徴とするデジタル位置制御装置。
【請求項２】前記各コントローラ手段は前記第１および
第２の選択モードの中の選択された１つのモードの実動
作信号に交互に応答するテスト手段を有し、前記テスト
手段は対応する所望動作信号値を示す値の基準信号を記
憶する手段を有し、前記テスト手段は前記基準信号の値
を関連した前記コントローラ手段の前記選択モードの前
記実動作信号値と比較してそれらの信号の偏差を調べ、
その偏差が存在するときは故障信号を発生し、また前記
各コントローラ手段は、前記第１の選択モードで動作中
の前記一方のコントローラ手段によって与えられる前記
故障信号に応答して前記他方のコントローラ手段を前記
第１の選択モードで動作させるモード選択手段を有する
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のデジタル
位置制御装置。
【請求項３】前記各コントローラ出力抑止手段は、前記
故障信号に応答して関連する前記コントローラ手段の信
号出力を抑止する特許請求の範囲第２項記載のデジタル
位置制御装置。
【請求項４】前記各コントローラ手段は前記故障信号に
応答して該コントローラ手段の前記増幅手段の利得を増
大させる特許請求の範囲第２項記載のデジタル位置制御
装置。
【請求項５】前記各コントローラ手段は他方のコントロ
ーラ手段が故障したときに前記増幅手段の利得を２倍程
度に増大させる特許請求の範囲第１項記載のデジタル位
置制御装置。
【請求項６】前記バイアス信号は負荷が増大するにつれ
て該信号の大きさが増大するように設定されている特許
請求の範囲第１項記載のデジタル位置制御装置。