JPH09504490A - 構造体の形状の制御装置および方法 - Google Patents

構造体の形状の制御装置および方法

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JPH09504490A JP6525576A JP52557694A JPH09504490A JP H09504490 A JPH09504490 A JP H09504490A JP 6525576 A JP6525576 A JP 6525576A JP 52557694 A JP52557694 A JP 52557694A JP H09504490 A JPH09504490 A JP H09504490A
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Abstract

(57)【要約】 一または複数の表面（８、９）と内部アクチュエータ（１１）を持つ構造体（６）の形状を制御する方法と装置である。複数の並進アクチュエータ（１１）は、伸長し収縮することができるものである。構造体（６）は、特定された表面偏差を達成するために必要とされるアクチュエータストロークもしくは負荷を演算することによって制御される、任意の数の制御可能な表面（８、９）を有することができる。この制御をなす２つの方法がある。アクチュエータストローク制御法では、表面偏差もしくは閉回路制御に対する偏差誤差に、アクチュエータがない場合の構造体の特性の関数であるストロークゲインマトリックスが乗じられる。アクチュエータ負荷制御法では、表面偏差もしくは閉回路制御に対する偏差誤差に、アクチュエータがない場合の構造体の特性の関数である負荷制御ゲインマトリックスが乗じられる。これらのうちの何れの方法においても、アクチュエータ負荷もしくは表面形状誤差の何れを最少化することが望まれているかに応じて、異なった制御ゲインマトリックスをつくることができる。

Description

【発明の詳細な説明】 構造体の形状の制御装置および方法 本発明は構造体の形状を制御する装置と方法に関する。より詳しくは、本発明 は、適応翼、流体圧リフト面、潜水艦船体および他の構造物のような構造体の形 状を制御する装置と方法に関する。 可変先端および後端装置を備えた適応翼（アダプティブウィング）は、操縦性 を向上させ、臨界裏曲げモーメントを低減し、抗力を低減し、さらに突風軽減応 答を改善すべく、研究がなされている。これらの研究とは異なり、先端と後端を 移動させて形状変化が達成される場合には、発明は、主として先端と後端の間の 領域における小さな形状変化が必要であるという問題を有する遷音速航行中の航 空機性能を適応翼を用いて改善することが可能である。衝撃誘発抗力は、翼（エ アフォイル）が適正な形状を有しているならば、遷音速航行中は劇的に低減する ことができる。従って、単一の航行条件に対して最適化されている翼は、通常、 他の航行条件では大きな抗力を受ける。しかし、翼断面を適応的に変更させるこ とによって、飛行条件の変化に応じて、最適な性能を維持することができる。必 要とされる形状変化は小さいものであることが分かっており、従って達成可能で ある。 本発明の主たる目的は、構造体の形状を効率的、効果的、かつ高信頼性を持っ て制御するための装置と方法を提供することである。 本発明の目的は、効率的で効果的、かつ高い信頼性を有する適応翼用の構造体 の形状を制御する装置と方法を提供することである。 本発明の他の目的は、アクチュエータストローク制御が用いられるときには、 内部並進アクチュエータのストロークとストローク誤差補正コマンドを演算して 、 所望の構造体形状を達成するゲインマトリックスとして用いるアクチュエータス トロークマトリックスを得る方法を提供することである。 本発明の更に他の目的は、アクチュエータ負荷制御が用いられるときには、内 部並進アクチュエータの負荷と負荷誤差を演算して、所望の構造体形状を達成す るゲインマトリックスとして用いるアクチュエータ負荷マトリックスを得る方法 を提供することである。 本発明の更にまた他の目的は、除去されるアクチュエータに特異的である剛性 マトリックスを備えた構造体に適用できる方法を提供することである。 この発明は、一または複数の表面を含む構造体の形状を制御する方法と装置で ある。構造体は、また、一または複数の構造部材を含むことができる。一または 複数の並進アクチュエータが、構造体内部にあり、一を越える表面を持つ構造体 の場合は表面を分離する。並進アクチュエータと称する、これらの部材のいくつ かもしくは全ては、制御された状態で伸長し収縮することができるものである。 各アクチュエータの偏差（デフレクション）と負荷を決定して、２−ノルム（表 面誤差成分の２乗の和の平方根）が最小化される意味で、最小の形状誤差の任意 の指令構造体形状を作り出すか、アクチュエータ負荷の２−ノルムを最小化する 方法が開発された。ここで、使用されている「ノルム」という用語は、通常の通 り、「２−ノルム」を意味するものである。アクチュエータの数が過多の場合に 対し、各アクチュエータの偏差と負荷を決定して、数値のノルムが最小化される という意味で最小の負荷と負荷誤差を備えた任意の指令構造体形状を作り出す方 法がまた開発された。所望の形状の変化は、それが指令される前に自動的に解析 されて、構造体が過度に応力（ストレス）を受けないようにされる。これは、形 状コマンドから得られる応力比、すなわち構造体の全体を通しての許容値に対す る応力の比を演算する制御コンピュータによって達成される。また、応力比は操 作中に連続してモニターされ、応力過度の状態が生じないようになされる。これ らのテストの何れかが応力過度を示した場合には、修正動作が制御コンピュータ によって自動的に指令される。修正動作の例としては、予想された過度の応力に 対応して形状を比例的に減じ、操作の間に予期できない過度の応力が作用した場 合にはシステムを停止することである。 発明の一つの例は、可変形状トラスである。一または複数のこれらトラスを適 応翼においてリブとして用いて、かかる翼の断面形状を制御することができる。 各トラスは第１と第２のトラス部材となる２つの表面を有している。構造体中の 複数の並進アクチュエータの各々は、第１と第２のトラス部材に固定され、アク チュエータはトラス部材とともにトラスを形成しており、アクチュエータの交互 のものが互いに平行で、アクチュエータの残りは互いに平行で、交互のアクチュ エータに対して角度を持って配設されている。 発明を実施可能にするためになした一連の実験において、各アクチュエータは 対応するアクチュエータの長さを変えるためのモータを有している。開回路構成 として知られている構成においては、複数のセンサーの各々は、アクチュエータ の偏差を検出するために、アクチュエータの対応するものに平行に位置させられ ている。閉回路構成として知られている構成では、表面上の複数の点の偏差がア クチュエータの偏差の代わりに検出されて制御手段に用いられた。複数のモータ コントローラの各々はアクチュエータのモータの対応するものに電気的に接続さ れている。モータコントローラとセンサーに電気的に接続された制御手段は、構 造体の形状を指令し、制御を実施し、データの収集を容易にする。制御手段は、 各アクチュエータの所望の偏差を処理し、演算し、演算の結果のコマンドを各モ ータコントローラでの各モータコントローラに伝達するためにユーザー指令形状 を入力する。モータコントローラの各々はアナログ位置誤差フィードバックとモ ータ速度調節を具備していて指令されたアクチュエータ偏差を与える。 実験では、各アクチュエータは離間した反対の第１と第２の端部を備えており 、各アクチュエータの第１の端部は第１のトラス部材に固定され、各アクチュエ ーたの第２の端部は第２のトラス部材に固定されている。開回路と閉回路構成の 双 方において、各センサーは線形可変差動変圧器を備えている。構造体は、適応翼 に対して形状制御され、制御手段はアナログとデジタルの双方の部品を有してい る。アナログ／デジタルの入力／出力サブシステム（ＡＤＩＯＳ）が、デジタル とアナログ部品間の信号授受（コミニュケーション）を可能にし、センサーとモ ータコントローラに電気的に接続されている。ＡＤＩＯＳはまた高速デジタル信 号プロセッサー（ＤＳＰ）と高速プライベートバスを介して信号授受をする。Ｄ ＳＰは、産業規格ＡＴバスを通してホストマイクロプロセッサーと信号授受をす る。集中演算、例えばアクチュエータストローク誤差補正コマンドの算定は、Ｄ ＳＰでなされる。ＤＳＰはホストマイクロプロセッサーから所望の形状を受け、 マイクロプロセッサーはユーザーからそのような形状を受けとる。ＤＳＰで演算 されたアクチュエータストローク誤差補正コマンドは、デジタル形でＡＤＩＯＳ に運ばれる。ＡＤＩＯＳは、これらのコマンドをアナログ形に変換し、電気的接 続を介してモータコントローラに送る。開回路と閉回路構成の双方において、Ａ ＤＩＯＳはセンサーからアナログ情報を受取り、それをデジタル形に変換し、高 速プライベートバスを介してＤＳＰに情報を伝達する。 ユーザーが特定した構造体形状に対応する許容値に対する応力比がまたＤＳＰ において演算され、応力がその許容値を越える場合があれば、指令形状が比例的 に低減され、構造体は過度の応力を受けなくなる。操作においては、ＤＳＰは予 め演算された応力比マトリックスを測定形状に乗じることによて応力を繰り返し て演算し、構造体が予知できない理由により応力過度になったら自動的に実験は 停止される。 マイクロプロセッサーは、１００Ｈｚまでの速度で指令電圧、偏差、力、カバ ー変形の経時的変化を記録するのに充分なメモリーを有している。デジタル信号 プロセッサーに送られたユーザー指令形状は、１マイナスコサイン波形に従って ５秒間の間に徐々に適用して動的応答を制限する。モータコントローラはパルス 幅がモジュレート化された２０ＫＨｚの正弦波によってモータを制御し、これに よってモータコントローラは線形増幅器として機能する。 可変形状トラスのモデルを用いて行った開回路実験では、センサーは各アクチ ュエータの偏差を測定した。所望の形状が指令され、前述の方法を用いて指令面 偏差を作り出すのに必要とされるアクチュエータ長を演算した。演算はデジタル 信号プロセッサーで行われ、指令アクチュエータ長はＤＳＰとＡＤＩＯＳを経由 してモータコントローラに送られた。表面誤差が測定も修正もされないず、全体 の制御回路は開放される一方、各アクチュエータの周りの回路は閉じ、アクチュ エータはかなりの精度で指令された偏差を作り出した。構造体には外部の負荷は かけられなかった。表面誤差は修正されなかったけれども、満足できる表面形状 精度が達成された。この実験は所望の形状を達成するための制御システムのゲイ ンマトリックスを得る方法を実証した。 可変形状トラスのモデルを用いて行った閉回路実験では、センサーはアクチュ エータの偏差の代わりに表面偏差を測定した。未知の外部負荷が構造体にかけら れ、所望の形状が指令された。前述の方法を用いて表面偏差における測定誤差に よるアクチュエータ長の誤差を演算した。演算はＤＳＰで行われ、修正信号は高 速プライベートバスとＡＤＩＯＳを経由してモータコントローラに送られて形状 を修正した。この実験により、未知の負荷が構造体にかけられたときでも所望の 構造体形状が得られることが示された。 本発明の他の目的と特徴は、本発明の実施例を開示する添付図面と関連させて 参照される次の詳細な説明から明らかになる。しかし、図面は発明を例証するた めだけのものであって、発明を限界を定めるものではないことに留意すべきであ る。 図面にあっては、いくつかの図において同様の参照符号は同様の部材を示して いる。 図１は、二つの表面を有する構造体に対して本発明を示している概念図； 図２は、一つの表面を有する構造体に対して本発明を示している概念図； 図３は、構造解析で用いられた変数及びその座標系のベクトル図； 図４は、翼リブの実験モデルにおける本発明の装置の適応トラスの実施例の概 略図； 図５は、図４のトラスの一部を拡大した斜視図； 図６は、構造体の形状制御における本発明を実証する実験の制御システムのブ ロック線図； 図７Ａ、７Ｂ、７Ｃおよび７Ｄは、所望の形状に重ねられた閉回路制御での試 験測定の概略図；および 図８は図７Ｄの形状に対応する閉回路制御での表面偏差誤差の表である。 本発明は、一または複数の表面および内部アクチュエータを持つ構造体の形状 を制御する方法である。図１は、本発明の方法によって制御可能な形状を有する 種類の構造体を示す概念図である。図１の構造体は２つの表面１と２を有してい る。図１と２において、例えば線３のような各端部に矢印を有する線は、伸長し 収縮することができる複数の並進アクチュエータの一つを示している。複数の更 なる構造部材を用いることもでき、例えば線４のような矢印のない線で示されて いる。構造体は一を含む任意の数の制御面を有することができ、例えば図２は唯 一の表面５を持つ構造体を示す。 表面の形状は、特定された表面偏差を達成するために必要とされるアクチュエ ータストローク（行程）または負荷を演算することによって制御される。この制 御を実現する２つの方法がある。アクチュエータストローク制御法では、表面偏 差、または閉回路制御に対する偏差誤差に、アクチュエータが存在しない構造体 の特性の関数であるストロークゲインマトリックスを乗じる。アクチュエータ負 荷制御法では、表面偏差、または閉回路制御に対する偏差誤差に、アクチュエー タが存在しない構造体の特性の関数である負荷ゲインマトリックスを乗じる。何 れの方法でも、アクチュエータ負荷か表面形状誤差か何れを最小化するのが望ま れるかに応じて異なった制御ゲインマトリックスを用いることができる。 ストローク制御ゲインマトリックスと負荷制御ゲインマトリックスを得る方法 を次の解析で記載する。複数のアクチュエータの典型的なアクチュエータは、解 析に用いられる変数とその座標系を示す図３の線、ｕ、ｐに沿って示されている 。図３において、ｘ’とｆ’は、それぞれ、全座標系における、構造体の変形と 構造体への力である。アクチュエータを用いない構造体の有限要素モデルを作っ てシステムの剛性マトリックスＫ’を得た。アクチュエータは、それらが構造体 に作用させる負荷によって示される。構造体の式は、 Ｋ’ｘ’＝ｆ’a＋ｆ’e （１） ここで、ｆ’aは全座標系におけるアクチュエータ負荷のベクトルで、ｆ’eは空 力ベクトルおよび他の外部負荷でもあり得る。 ｐを、アクチュエータが圧縮されて構造体に対して押圧されているときに正と なる、アクチュエータに沿ったアクチュエータ負荷べクトルとすると、 ｆ’a＝Ｔ’ｐ （２） ここで、Ｔ’は、アクチュエータ負荷の方向コサイン並びにアクチュエータ負荷 が等価で反対の対で構造体にかけられることを特定する情報を含む。実際の仕事 は保存されるので、 u＝Ｔ’Tｘ’ （３） ここで、ｕは各アクチュエータの伸長（エクステンション）を含むベクトルであ る。 次に、新しい独立座標の集合、ｘ＝［ｘ1 ｘ2］Tを選択する。ここで、ｘ1は 所望の形状を定めるために用いられる座標を含み、ｘ2は残りの座標を含んで独 立の集合を形成する。例えば、構造体が曲面を有している場合は、ｘ1は表面に 垂直な座標を含むことができる。マトリックスＧは新しい座標系、すなわち に変換するために作られる。（４）式は（１）ないし（３）式を変換するために 用いられ、その結果、次のようになる。 （５）式と（６）式から、 ここで、Ｋ、Ｔおよびｆeの分割はｘの分割と一致する。Ｋ22は、形状を特定す るのに用いられる点に対応する座標ｘ1が保持されるとき、構造体の剛性マトリ ックスである。実際の場合は、これらの余分な支持体（supports）が構造体の準 有限（semi-definite）特性を消去するのに充分である。従ってＫ22は逆数とさ れる。（１１）式において意味される式の第２のものがｘ2に対して解かれ、結 果は次のようになる。 ｘ2＝Ｋ22 -1（Ｔ2ｐ−Ｋ21ｘ1＋ｆe2） （１２） この式を（１１）式の最初のものに代入すると、次の式を得る。 ここで、 を得る。 ここで、 ｐに対する疑似逆数解は次の性質を有している。（１７）式の解は（１３）式の 左側と右側の差をとることによって得られる誤差ベクトルのノルムが最小化され るという意味で（１３）式に最も合致するもので、解が一意的ではないとき、（ １７）式はアクチュエータ負荷のノルムである‖ｐ‖を最小化する解を与える。 実際には、これは、アクチュエータの数（ｕの大きさ）よりもより多くの偏差（ ｘ1の大きさ）が特定されたならば、（１７）式は（１３）式に最もよく（最小 ２乗）適合するアクチュエータ負荷を与えることを意味している。アクチュエー タよりも少ない特定された偏差の場合、あるいは が階数（ランク）不足である 場合は、無限数の解ｐが可能で、得られる解はアクチュエータ負荷成分のノルム を最小化するものである。 アクチュエータ負荷誤差は、次のように形状誤差に関連していることが分かる 。 ｐd−ｐ＝Ｖ（ｘ1d−ｘ1） （１９） ここで、ｘ1dは所望の形状ベクトルで、ｘ1は現在の形状ベクトルであり、ｐdと ｐはそれぞれ所望および現在のアクチュエータ負荷である。従って、Ｖは、アク チュエータ負荷を制御して最小二乗平均平方根アクチュエータ負荷誤差を持つ所 望の構造体の変形を達成する場合にゲインまたはアクチュエータ負荷マトリック スとして用いることができる。 アクチュエータの変位を得るには、（１７）式を（１２）式に代入し、その結 果の式を（７）式の分割形に代入して、 ｕ＝Ｈｘ1＋ｕe （２０） を得る。ここで、 アクチュエータ変位誤差は、次のように形状誤差に関連していることが分かる 。 ｕd−ｕ＝Ｈ（ｘ1d−ｘ1） （２４） ここで、ｕdとｕはそれぞれ所望および現在のアクチュエータ変位である。従っ て、Ｈは、最小二乗平均平方根アクチュエータ負荷誤差を持つアクチュエータ変 位を制御するときにゲインまたはアクチュエータストロークマトリックスとして 用いることができる。 （１９）と（２４）式は、外部負荷、例えば空気負荷がこれらの式に現れず、 従ってこれを測定する必要がないので、アクチュエータ負荷とアクチュエータス トロークをそれぞれ制御して最小ノルムのアクチュエータ負荷誤差ベクトルを達 成するために特に有用である。アクチュエータの数よりも少ない偏差が特定され る場合は、先に述べたように、特定された形状を無限数の負荷ベクトルｐで精確 に達成することができる。この場合、アクチュエータ負荷制御が望まれる場合は （１９）式を用い、アクチュエータストローク制御が望まれる場合は、（２４） 式を用いると有利である。 一方、アクチュエータの数よりも多くの偏差が特定化される場合は、アクチュ エータ負荷ベクトルは一義的であり、（１３）式に最も合致する解となる解であ る。しかし、この場合、通常は、特定された形状に最も合致する変位を与える解 を得ることがより興味深い。 特定された形状に最も合致する変位を作り出す制御法則を得るには、最初に（ １３）式を達成される変位ベクトルｘ1について解き、所望の変位ベクトルｘ1d を結果の式の両側から引いて次の誤差ベクトルを得る。 二乗平均平方根形状誤差‖ｘ1−ｘ1d‖を最小化するには、 ここで、 先のように、+はムーア−ペンローズ疑似逆数を示す。（２６）式は負荷制御の 基礎となる。アクチュエータ負荷誤差は、形状誤差に関連していることが分かる 。従って、Ｖfをアクチュエータ負荷を制御するゲインまたはアクチュエータ負 荷マトリックスとして用いて最小二乗平均平方根形状誤差を達成することができ る。 変位制御に対しては、（７）式の分割形を（１２）、（１３）、（１４）およ び（２６）式と結合させて、 ｕ＝Ｈfｘ1d＋ｕf （２９） を得る。ここで、 そして、 （２９）式は最小二乗平均平方根形状誤差を達成するアクチュエータストローク 制御に対する基礎である。アクチュエータストローク誤差は、 ｕd−ｕ＝Ｈf（ｘ1d−ｘ1） （３２） によって形状誤差に関連していることが分かる。 このように、Ｈfは、最小二乗平均平方根形状誤差を達成するアクチュエータ ストロークを制御するゲインまたはアクチュエータストロークマトリックスとし て用いることができる。 （２８）式と（３２）式は、外部の負荷、例えば空気の負荷がこれらの式に現 れず、従ってこれを測定する必要がないので、アクチュエータ負荷とアクチュエ ータストロークをそれぞれ制御して最小二乗平均平方根形状誤差を達成するため に特に有用である。 また、マトリックスに変位ベクトルｘ’が乗じられる場合、有限要素分析法を 用いて構造体全体の応力を与える応力マトリックスを得る。マトリックスは（４ ）式を用いてｘ1座標に変換され、ガイアン（Guyan）変換によって近似値ｘ2を 得る。最後に、得られたマトリックスの各行は、ガイアン近似を許容するのに充 分な安全係数で対応する有限要素に対する許容応力成分によって分割される。こ の応力比マトリックスにｘ1を乗じると、各応力のその許容値に対する比の近似 となる。形状コマンドが適用される前は、応力比マトリックスを、応力比を調べ て任意の値が一より大きいかどうかを決定することによって、任意の有限要素が 過度の応力を受ける危険があるかどうかを予測するために用いることができる。 また、応力は形状制御の間、連続的にモニターして予期できない理由により過度 の応力状態になる危険があるかどうかを決定することができる。 本発明の装置は、例えば、適応翼あるいは飛行機もしくは潜水艦の他の構造体 用のような構造体の形状を制御する。記載される装置の使用例は適応翼用の構造 体の形状制御のための数個の可変形状リブの一つの実験モデルである。適応翼は 、図４、５および７Ａないし７Ｄに示されるように、第１、第２表面６、７をそ れぞれ有している。 この例の装置は、第１、第２表面６、７にそれぞれ固定され、上記表面によっ て形成されたハウジング１０内で相互に面している第１、第２のトラス部材８、 ９をそれぞれ備えている（図４、５および７Ａないし７Ｄ）。 複数の並進アクチュエータ１１Ａないし１１Ｇおよび１２Ａないし１２Ｇ（図 ４）が、図４および５に示されるように、適応翼用の構造体に設けられている。 各並進アクチュエータ１１Ａないし１１Ｇおよび１２Ａないし１２Ｇは離間した 反対の第１、第２端部を有している。しかして、並進アクチュエータ１１Ａ、１ １Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ、１１Ｅ、１１Ｆおよび１１Ｇは、第１端部と第２端部１ ３Ａと１４Ａ、１３Ｂと１４Ｂ、１３Ｃと１４Ｃ、１３Ｄと１４Ｄ、１３Ｅと１ ４Ｅ、１３Ｆと１４Ｆおよび１４Ｇと１４Ｇをそれぞれ有しており、その１３Ａ 、１３Ｂ、１３Ｃ、１４Ｂ、１３Ｃ、１４Ｃおよび１４Ｄは図５に示されており 、並進アクチュエータ１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ、１２Ｅ、１２Ｆおよび １２Ｇは、第１端部と第２端部１５Ａと１６Ａ、１５Ｂと１６Ｂ、１５Ｃと１６ Ｃ、１５Ｄと１６Ｄ、１５Ｅと１６Ｅ、１５Ｆと１６Ｆおよび１５Ｇと１６Ｇを それぞれ有しており、その１５Ａ、１６Ａ、１５Ｂ、１６Ｂ、１５Ｃおよび１６ Ｃは図５に示されている。 図５に示されているように、並進アクチュエータ１１Ａないし１１Ｇおよび１ ２Ａないし１２Ｇの各々の第１端部は第１トラス部材８に固定され、該並進アク チュエータの各々の第２端部は第２トラス部材９に固定されている。アクチュエ ータ１１Ａないし１１Ｇおよび１２Ａないし１２Ｇは、図４に示されるように、 トラス部材８、９とトラスを形成している。図４のトラスはまた更なる構造部材 、すなわち、けた１７、１８を有している。アクチュエータの交互のもの１１Ａ 、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ、１１Ｅ、１１Ｆおよび１１Ｇは、相互に平行になっ ており（図４）、上記アクチュエータの残りのもの１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１ ２Ｄ、１２Ｅ、１２Ｆおよび１２Ｇは相互に平行で、上記アクチュエータの上記 交互のものに対して角度を持って配設されている（図４）。 実験用の装置においては、アクチュエータ１１Ａないし１１Ｇおよび１２Ａな いし１２Ｇの各々には、対応するアクチュエータの長さを変えるための電動モー タが設けられている。アクチュエータ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ、１１Ｅ 、１１Ｆ、１１Ｇ、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ、１２Ｅ、１２Ｆおよび１ ２Ｇは電動モータ１９Ａないし１９Ｎをそれぞれ有している。電動モータ１９Ａ 、 １９Ｂ、１９Ｃ、１９Ｈ、１９Ｉおよび１９Ｊは図５に示されている。 複数の線形可変差動変圧器（ＬＶＤＴ）が設けられている。ＬＶＤＴは長さの 変化に比例する電圧を生じるアナログ変位センサーである。 開回路と閉回路実験が行われた。開回路実験では、所望の形状が指令され、ゲ インマトリックスＨを乗じて対応するアクチュエータ長を得た。次に、各アクチ ュエータはその演算長さをとるように指令された。表面誤差が測定されて、形状 制御の概念が評価されたが、誤差は修正されなかった。従って、全体の回路は開 状態であった。しかし、各アクチュエータの周りの回路は、アクチュエータ偏差 誤差が測定され修正されたので、閉じていた。この実験では、ＬＶＤＴの各々は 、アクチュエータ１１Ａないし１１Ｇおよび１２Ａないし１２Ｇの対応するもの と平行に位置させられている。並進アクチュエータ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１ １Ｄ、１１Ｅ、１１Ｆ、１１Ｇ、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ、１２Ｅ、１ ２Ｆおよび１２Ｇは、ＬＶＤＴ２０Ａないし２０Ｎをそれぞれ有している。ＬＶ ＤＴ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ、２０Ｈ、２０Ｉおよび２０Ｊは図５に示 されている。ＬＶＤＴは対応する並進アクチュエータの偏差を検出する。 閉回路実験では、所望の形状がまた指令され、表面形状が測定された。所望の 形状と測定形状の差である表面誤差には、ゲインマトリックスＨを乗じてアクチ ュエータストローク誤差を決定し修正した。このように閉じた回路を用いて、空 力学的あるいは他の力およびモーメントを代表とする非測定外部負荷が構造体に かかっていても、精確な形状を達成した。 任意の適切な公知の形式の複数のモータコントローラ２１Ａないし２１Ｎが、 それぞれの並進アクチュエータ１１Ａないし１１Ｇおよび１２Ａないし１２Ｇの 電動モータ１９Ａないし１９Ｎに電気的にそれぞれ接続されている。実験で用い られたモータコントローラはアナログ入力を必要とする。開回路と閉回路実験の 双方において、実験装置の制御ンステムは、アナログとデジタル部品の双方を含 んでいるので、アナログからデジタルへの変換器、デジタルからアナログへの変 換器、並びに信号コンディショニング回路を含み、公知の方法でデジタル部品と アナログ部品間のコミュニケーションを可能とする、任意の適当な公知の型のア ナログ−デジタル入力／出力サブシステム（ＡＤＩＯＳ）２２が設けられている 。ＡＤＩＯＳはアクチュエータの偏差を検出するＬＶＤＴ２０Ａないし２０Ｎ、 構造体表面の偏差を検出する更なるＬＶＤＴ２３Ａないし２３Ｎ、並びにモータ コントローラ２１Ａないし２１Ｎに電気的に接続されている。ＡＤＩＯＳ２２は 、高速プライベートバス（ＤＳＰＬＩＮＫ）２５を経由して任意の適当な公知の 型式のデジタル信号プロセッサー（ＤＳＰ）２４と通信する。ＤＳＰ２４はまた 産業標準ＡＴバス２７を通して任意の適当な公知の型式のホストマイクロプロセ ッサー２６と通信する。アクチュエータストローク誤差修正コマンドの算定のよ うな集中演算がＤＳＰ２４においてなされる。ＤＳＰ２４はマイクロプロセッサ ー２６から所望の形状を受け、マイクロプロセッサー２６は、そのような形状を ユーザーから受ける。ＡＤＩＯＳ２２は、アクチュエータストローク誤差修正コ マンドのようなコマンドを、モータコントローラ２１Ａないし２１Ｎへ電気的接 続を経由して送る。 コマンド、制御および測定コンピュータ（ＣＣＭＣ）２８は、ＤＳＰ２４、Ｄ ＳＰＬＩＮＫ２５、およびＡＤＩＯＳ２２を具備している。ＣＣＭＣ２８は各ア クチュエータ１１Ａないし１１Ｎに対してストローク誤差修正コマンドを出力し 、これらのコマンドを各モータコントローラ２１Ａないし２１Ｎに伝達する。各 モータコントローラ２１Ａないし２１Ｎはアクチュエータ偏差振動を減衰させる 比率フィードバックとしてアナログモータ速度調節器を用いる。 開回路実験では、ＣＣＭＣ２８は、アクチュエータと平行に設けられたＬＶＤ Ｔ２０Ａないし２０Ｎからのデジタル化信号を用いて長さ誤差をなくするアクチ ュエータ動作を指令する。従って、例えば、図５において、アクチュエータ１１ Ａの長さ誤差はＬＶＤＴ２０Ａからのデジタル信号を用いて消去される。この場 合、ＬＶＤＴ２３Ａないし２３Ｎによって検出される情報は実験結果を評価する ためにのみ用いる。この情報は、発生された形状を測定するために用いられたが 、制御には用いられない。 閉回路実験では、ＣＣＭＣ２８は、外部に設けられた図６のＬＶＤＴ２３Ａな いし２３Ｎからのデジタル化信号を用いて形状誤差をなくするアクチュエータ動 作を指令する。この場合、ＬＶＤＴ２０Ａないし２０Ｎによって検出される情報 は将来の参照のために記録するのみである。制御には用いられない。 これらの各実験では、指令された形状は、一マイナスコサイン波形を用いて望 ましくない動的応答を最小化することによって、初期の形状から所望の形状にゆ っくりとかつ円滑に変化させられた。これらの実験の双方とも成功した試験結果 を与えるものであった。 外部ＬＶＤＴ２３Ａないし２３Ｎが光学的測定システムによって置き換えられ る閉回路実験のバージョンが設計され、テストされる。この実験では、一セット の光源が、変形可能な表面１と２に設けられる。光源は、ビデオ信号を光源のデ ジタル化座標に変換し、ＣＣＭＣによるアクセスのためにＤＳＰＬＩＮＫに情報 を送る電子装置に電気的に接続された通常の電荷結合素子（ＣＣＤ）ビデオカメ ラによって、観測される。 外部形状の測定の必要性を完全に排除する他の変形例が開発されている。この 制御概念は形状変化の所望の効果の直接測度を利用し、ＣＣＭＣはこの測度を最 適化するアクチュエータ動作を指令する。例えば、適応航空機翼の場合には、抗 力の測度、例えば一定の対気速度を維持するのに必要なスロットルセッティング をＣＣＭＣにフィードする。公称の翼形状に対して、多数の小さな基本的な形状 変動が実施され、対応する抗力が測定される。次いで、勾配利用法のような最適 化アルゴリズムが、最小抗力に対応する形状を近似する所望の形状を演算するの に用いられる。次いで、上記の開回路法によって演算された形状に翼形状が変化 させられ、該方法が抗力を最小にするために繰り返される。 一応用では、本発明の装置はアクチュエータをアクティブリブのトラス部材と して用いて構造体を変形させることによって適応翼の断面を別の形状とする。遷 音速航行の間最適な翼断面を維持すると、衝撃誘発抗力を劇的に低減することが でき、著しい省燃料と増大した航続距離を得ることができる。「遷音速」とは、 約マッハ０．８ないし１．２で、翼の異なった断面に対して亜音速と超音速の双 方の流れが生じる速度範囲内にあるものである。 部分的に図５に示されている適応リブモデルが、概念を実証するために用いら れた。モデルは４フィート幅で１０インチ高であった。表面６とトラス部材８が 上部キャップと称される単一の一体品として形成された。同様に、表面７とトラ ス部材９が下部キャップと称される単一の一体品として形成された。キャップは アルミニウムで、３インチ幅、．０５０インチ厚のＴ形断面を持つように形成さ れ、トラス部材８、９を形成する０．５０インチｘ．２５インチリブで表面６、 ７を形成する。非変形状態では、上表面６と下表面７は平坦である。１４基のア クチュエータ１１Ａないし１１Ｇおよび１２Ａないし１２Ｇが、トラス構造を形 成し所望の形状を作り出すために用いられた。 モデルの非線形有限要素分析によれば、アクチュエータ負荷制御により、非線 形効果は、選ばれたキャンバ変形に対して表面の８％誤差まで作り出すことがで きる。従って、負荷制御よりもさらに精確に変形を作り出すものと考えられるア クチュエータ偏差制御が所望の上部および下部リブ表面形状を達成するために選 択された。アクチュエータの１４の横方向の変位が表面形状を定めるのに選択さ れ、また１４のアクチュエータがあるので、ゲインマトリックスを計算するのに 用いられる疑似逆数は通常の逆数になる。１４の内部制御回路は各アクチュエー タの比率および速度フィードバック制御を用いており、これにより指令されたア クチュエータ偏差を達成する。 先に記載されたように、実験中、コマンド、制御および測定コンピュータ２８ （図６）は、試験品実験の形状を指令し、制御概念を実施し、データの収集を行 う。また、指令された形状から生じるであろう応力を予測し、構造体を通しての 現在の応力を演算し、過度の応力状態にならないように自動的に動作をとる。他 の安全な特徴はアクチュエータ力と偏差の制限を含んでいる。 開回路および閉回路実験の何れも首尾良く行われた。提供された方法を試験す るために、任意に選択されたいくつかの変形された形状を達成する試みを行った 。図７Ａないし７Ｄは４種の代表的な所望形状に課された閉回路テスト測定を示 している。図７Ａないし７Ｄにおいて、破線は初期の非変形の構造体を定めてお り、実線は所望の形状もしくは構造体を示しており、ｘはテスト結果を示してい る。図７Ａは、サインが半サイン波形を示すサイン／マイナス／サイン形状を示 している。図７Ｂはサイン／フラット形状を示している。図７Ｃはサイン／サイ ン形状を示している。図７Ｄはラッキング形状を示している。 実験結果は所望の形状にかなりよく合致する。図８は、図のｘに対応する上表 面と下表面に沿ったステーションでのラッキング条件（図７Ｄ）における閉回路 制御に対する誤差を示している。形状の大きさは１インチであり、誤差は大きさ のほぼ１％未満である。誤差はジョイントのスロップに起因すると考えられる。 図７Ａないし７Ｄの各形状に対して同様の精度が達成された。また、全体でおよ そ１２５ポンドとなる鉛おもりが下表面から吊され、テンション負荷が下表面に 垂直に分布させられた。同様の表面精度が達成された。負荷の大きさと分布は制 御システムには未知であるので、この実験は、未知もしくは非測定の負荷、例え ば空気負荷の存在下で形状を制御する能力を証明する。 本発明の方法は任意の数の表面を持つ構造体の可撓性表面の間にアクチュエー タを用いて構造体の形状を制御する行程を具備する。また、最小アクチュエータ 負荷制御、最小アクチュエータ負荷誤差制御および最小形状誤差制御に対するア クチュエータストロークマトリックス（すなわち、形状をアクチュエータのスト ロークに、あるいは形状誤差をストローク誤差に変換するマトリックス）を作り 出す方法である。最小アクチュエータ負荷制御、最小アクチュエータ負荷誤差制 御および最小形状誤差制御に対するアクチュエータ負荷マトリックス（すなわち 、形状をアクチュエータの負荷に、あるいは形状誤差を負荷誤差に変換するマト リックス）を作り出す方法がまた開示される。また、所望の形状を処理してアク チュエータストローク、負荷、ストローク誤差および負荷誤差を得ることによっ て、構造体の形状を制御する方法が開示される。次いでこの情報は所望の変形さ れた形状を達成するのに使われる。更に、翼を変形して測定される抗力を直接的 に最小化する方法が開示される。発明の方法は、また、構造体全体の許容値に対 する応力比を演算することによって構造体を保護する方法を含み、かかる比は形 状コマンド並びに現在の形状に帰することができるものである。これら応力比は 、現在の測定形状から演算されたコマンド形状から予測され、リアルタイムでモ ニターされ、予測応力比もしくは現在の応力比が応力過剰状態を示している場合 は修正動作が採られる。 本発明の僅かな実施態様のみを示し説明したが、添付の請求の範囲に特定され た発明の思想と範囲を逸脱することなくこれら実施態様に対して多くの変形と変 更を行うことができるものと理解すべきである。
【手続補正書】特許法第１８４条の７第１項 【提出日】１９９４年１１月２日 【補正内容】請求の範囲 ： １． 少なくとも一の表面を有する構造体の形状を制御する装置において、 長さの変化が自在な複数の並進アクチュエータであって、上記構造体の表面に 固定されたアクチュエータを具備し、さらに該アクチュエータと表面が構造体を 形成し、 偏差を検出する複数の検出手段と、 上記検出手段に電気的に接続されて検出情報を処理しアクチュエータコマンド を演算する制御手段を具備し、上記制御手段が、 （ｉ）所望の表面偏差に応力マトリックスを乗じ、 （ｉｉ）予測された応力を許容応力と比較し、 （ｉｉｉ）上記予測応力が、（ａ）上記許容応力に等しい場合と、（ｂ）上記 許容応力未満である場合の何れかのときに、偏差コマンドを実施し、 （ｉｖ）上記予測応力が上記許容応力より大きい場合に、上記所望の表面偏差 を変更することによって、 上記アクチュエータと外部負荷で構造体を変形することによって起こされる過度 の応力状態から上記構造体を保護する装置。 ２． 少なくとも一の表面を有する構造体の形状を制御する装置において、 長さの変化が自在な複数の並進アクチュエータであって、上記構造体の表面に 固定されたアクチュエータを具備し、さらに該アクチュエータと表面が構造体を 形成し、 偏差を検出する複数の検出手段と、 上記検出手段に電気的に接続されて検出情報を処理しアクチュエータコマンド を演算する制御手段を具備し、上記制御手段が、 （ｉ）所望の表面偏差に応力比マトリックスを乗じ、 （ｉｉ）許容応力に対する予測された応力の比を調べ、 （ｉｉｉ）上記予測応力が、（ａ）上記許容応力に等しい場合と、（ｂ）上記 許容応力未満である場合の何れかのときに、偏差コマンドを実施し、 （ｉｖ）上記予測応力が上記許容応力より大きい場合に、上記所望の表面偏差 を変更することによって、 上記アクチュエータと外部負荷で構造体を変形することによって起こされる過度 の応力状態から上記構造体を保護する装置。 ３． 少なくとも一の表面を有する構造体の形状を制御する装置において、 長さの変化が自在な複数の並進アクチュエータであって、上記構造体の表面に 固定されたアクチュエータを具備し、さらに該アクチュエータと表面が構造体を 形成し、 偏差を検出する複数の検出手段と、 上記検出手段に電気的に接続されて検出情報を処理しアクチュエータコマンド を演算する制御手段を具備し、上記構造体が適応翼に対して形状制御され、上記 検出手段が抗力を直接検出し、上記制御手段が、所望の性能に対して抗力を最少 化するために、基本形状変化による測定抗力変化を処理して翼形状の最適弾性変 形を演算し、最適翼形状を達成するアクチュエータコマンドを演算するコンピュ ータを具備し、上記コンピュータが上記並進アクチュエータにコマンドを伝達し て所望の形状を達成する装置。 ４． 少なくとも一の表面を有する構造体の形状を制御する装置において、 長さの変化が自在な複数の並進アクチュエータであって、上記構造体の表面に 固定されたアクチュエータを具備し、さらに該アクチュエータと表面が構造体を 形成し、 表面の偏差を検出する複数の検出手段と、 上記検出手段に電気的に接続されて検出情報を処理しアクチュエータコマンド を演算する制御手段を具備し、上記制御手段が、表面偏差に応力マトリックスを 乗じて応力を演算し、応力を許容応力と連続的に比較することによって、上記ア クチュエータと外部負荷で構造体を変形することによって起こされる過度の応力 状態から上記構造体を保護する装置。 ５． 少なくとも一の表面を有する構造体の形状を制御する装置において、 長さの変化が自在な複数の並進アクチュエータであって、上記構造体の表面に 固定されたアクチュエータを具備し、さらに該アクチュエータと表面が構造体を 形成し、 表面の偏差を検出する複数の検出手段と、 上記検出手段に電気的に接続されて検出情報を処理しアクチュエータコマンド を演算する制御手段を具備し、上記制御手段が、表面偏差に応力比マトリックス を乗じて、許容応力に対する応力の比を連続的にモニターすることによって、上 記アクチュエータと外部負荷で構造体を変形することによって起こされる過度の 応力状態から上記構造体を保護する装置。 ６． 測定された抗力変化を基本形状変化の大きさによって除することによって 抗力導関数が形成され、勾配利用最適化法が最適翼形状を達成するために用いら れる、請求項３記載の装置。 ７． 少なくとも一の表面を有する構造体の形状を制御する方法において、 長さの変化が自在な複数の並進アクチュエータを上記構造体の表面に固定して 構造体を形成し、 偏差を検出し、 表面形状を処理し、必要なアクチュエータコマンドを演算し、 応力マトリックスをつくり、指令する前に、応力マトリックスを所望の表面偏 差に乗じることによって応力を予測し、 上記予測された応力を許容応力と比較して上記構造体を応力過度状態から保護 し、 上記予測応力が、（１）上記許容応力に等しい場合と、（２）上記許容応力未 満である場合の何れかのときに、上記所望の表面偏差を指令し、 上記予測された応力が上記許容応力よりも大きい場合に上記所望の表面偏差を 変更する工程を具備する方法。 ８． 少なくとも一の表面を有する構造体の形状を制御する方法において、 長さの変化が自在な複数の並進アクチュエータを上記構造体の表面に固定して 構造体を形成し、 偏差を検出し、 表面形状を処理し、必要なアクチュエータコマンドを演算し、 応力比マトリックスをつくり、指令する前に、応力比マトリックスを所望の表 面偏差に乗じることによって許容値に対する予測応力の比を予測して上記構造体 を応力過度状態から保護し、 上記予測応力が、（１）上記許容応力に等しい場合と、（２）上記許容応力未 満である場合の何れかのときに、上記所望の表面偏差を指令し、 上記予測された応力が上記許容応力よりも大きい場合に上記所望の表面偏差を 変更する工程を具備する方法。 ９． 少なくとも一の表面を有する構造体の形状を制御する方法において、 長さの変化が自在な複数の並進アクチュエータを上記構造体の表面に固定して 構造体を形成し、 偏差を検出し、 表面形状を処理し、必要なアクチュエータコマンドを演算し、 表面偏差を乗じて応力を演算し、応力を許容応力と連続的に比較して、上記ア クチュエータと外部負荷で構造体を変形させることによって引き起こされる応力 過度状態から上記構造体を保護する応力マトリックスをつくる工程を具備する方 法。 １０． 少なくとも一の表面を有する構造体の形状を制御する方法において、 長さの変化が自在な複数の並進アクチュエータを上記構造体の表面に固定して 構造体を形成し、 偏差を検出し、 表面形状を処理し、必要なアクチュエータコマンドを演算し、 表面偏差を乗じて応力比を演算し、許容値に対する応力の比を連続的にモニタ ーして、上記アクチュエータと外部負荷で構造体を変形させることによって引き 起こされる応力過度状態から上記構造体を保護する応力比マトリックスをっくる 工程を具備する方法。 １１． 少なくとも一の表面を有する構造体の形状を制御する装置において、 長さの変化が自在な複数の並進アクチュエータであって、上記構造体の表面に 固定されたアクチュエータを具備し、さらに該アクチュエータと表面が構造体を 形成し、 表面の偏差を検出する複数の検出手段と、 上記検出手段に電気的に接続されて検出情報を処理しアクチュエータコマンド を演算する制御手段を具備し、上記制御手段は、表面偏差誤差を乗じてアクチュ エータストローク誤差を得るゲインマトリックスとしてアクチュエータストロー クマトリックスを用い、上記ストロークマトリックスはＨfで、表面偏差誤差を 最小にし、 Ｋ11，Ｋ12、Ｋ22、Ｔ1、Ｔ2は、ＫおよびＴの分割で、 ここで、Ｋは形状制御に適している座標系にアクチュエータがない構造体の剛性 マトリックスであり、Ｔはアクチュエータ座標における負荷を形状制御に適した 座標系に変換するマトリックスであり、ＫとＴの分割１および２は所望の形状を 特定するために用いられる座標１と残りの座標である座標２にそれぞれ従ってい る装置。 １２． 制御コマンドがＨfを用いて得られるものと同一である請求項１１記載 の装置。 １３． 互いに離間した第１と第２の表面を有する適応翼用の構造体の形状を制 御する装置において、 適応翼用の構造体に設けられた長さの変化が自在な複数の並進アクチュエータ を具備し、各アクチュエータが離間した反対の第１と第２の端部を有し、各アク チュエータの第１の端部が上記第１の表面に固定され、各アクチュエータの第２ の端部が上記第２の表面に固定され、該アクチュエータと表面が構造体を形成し 、 さらに上記表面の偏差を検出する複数の検出手段と、 上記並進アクチュエータに信号を送って適応翼用の上記構造体の形状を指令し 、制御を実施する制御手段とを具備し、上記制御手段が、指令された形状を処理 するコンピュータを具備し、上記センサーが上記コンピュータに電気的に接続さ れ、上記コンピュータがアクチュエータコマンドを演算して該演算により得た信 号を上記並進アクチュエータの各々での上記アクチュエータの各々に送り、並進 アクチュエータに指令して所望の翼形状を達成し、上記制御手段は、表面偏差誤 差を乗じてアクチュエータストローク誤差を得るゲインマトリックスとしてアク チュエータストロークマトリックスを用い、上記ストロークマトリックスはＨf で、表面偏差誤差を最小にし、 Ｋ11，Ｋ12、Ｋ22、Ｔ1、Ｔ2は、ＫおよびＴの分割で、 ここで、Ｋは形状制御に適している座標系にアクチュエータがない構造体の剛性 マトリックスであり、Ｔはアクチュエータ座標における負荷を形状制御に適した 座標系に変換するマトリックスであり、ＫとＴの分割１および２は所望の形状を 特定するために用いられる座標１と残りの座標である座標２にそれぞれ従ってい る装置。 １４． 制御コマンドがＨfを用いて得られるものと同一である請求項１３記載 の装置。 １５． 上記ストロークマトリックスＨfがアクチュエータ負荷誤差とアクチュ エータ負荷をそれぞれ最小化し、ここで、 Ｈ＝Ｔ1 T＋Ｔ2 TＫ22 -1（Ｔ2Ｖ−Ｋ21）であり、式中の記号の定義は上記のと おりである、請求項１３記載の装置。 １６． 制御コマンドがＨを用いて得られるものと同一である請求項１３記載の 装置。 １７． 少なくとも一の表面を有する構造体の形状を制御する方法において、 長さの変化が自在な複数の並進アクチュエータを上記構造体の表面に固定して 構造体を形成し、 上記表面の偏差を検出し、 表面形状を処理し、必要なアクチュエータコマンドを演算し、 表面偏差誤差を乗じてアクチュエータストローク誤差を得るアクチュエータス トロークマトリックスをつくり、上記ストロークマトリックスはＨfで、表面偏 差誤差を最小にし、 Ｋ11，Ｋ12、Ｋ22、Ｔ1、Ｔ2は、ＫおよびＴの分割で、 ここで、Ｋは形状制御に適している座標系にアクチュエータがない構造体の剛性 マトリックスであり、Ｔはアクチュエータ座標における負荷を形状制御に適した 座標系に変換するマトリックスであり、ＫとＴの分割１および２は所望の形状を 特定するために用いられる座標１と残りの座標である座標２にそれぞれ従ってい る方法。 １８． 制御コマンドがＨfを用いて得られるものと同一である請求項１７記載 の方法。 １９． 上記ストロークマトリックスＨがアクチュエータ負荷誤差とアクチュエ ータ負荷をそれぞれ最小化し、ここで、 式中の記号の定義は上記のとおりである、請求項１７記載の方法。 ２０． 制御コマンドが上記のＨを用いて得られるものと同一である請求項１９ 記載の方法。 ２１． 制御コマンドが上記のＶを用いて得られるものと同一である請求項１９ 記載の方法。 ２２． 上記負荷マトリックスがＶで示され、アクチュエータ負荷誤差とアクチ ュエータ負荷をそれぞれ最小化し、ここで、 Ｈ＝Ｔ1 T＋Ｔ2 TＫ22 -1（Ｔ2Ｖ−Ｋ21）であり、式中の記号の定義は上記のと おりである、請求項１７記載の方法。 ２３． 少なくとも一の表面を有する構造体の形状を制御する装置において、 長さの変化が自在な複数の並進アクチュエータであって、上記構造体の表面に 固定されたアクチュエータを具備し、さらに該アクチュエータと表面が構造体を 形成し、 上記アクチュエータの偏差を検出する複数の検出手段と、 上記検出手段に電気的に接続されて検出情報を処理しアクチュエータコマンド を演算する制御手段を具備し、上記制御手段は、所望の表面偏差を乗じて所望の アクチュエータストロークを得るゲインマトリックスとしてアクチュエータスト ロークマトリックスを用い、上記ストロークマトリックスはＨfで、表面偏差誤 差を最小にし、 Ｋ11，Ｋ12、Ｋ22、Ｔ1、Ｔ2は、ＫおよびＴの分割で、 ここで、Ｋは形状制御に適している座標系にアクチュエータがない構造体の剛性 マトリックスであり、Ｔはアクチュエータ座標における負荷を形状制御に適した 座標系に変換するマトリックスであり、ＫとＴの分割１および２は所望の形状を 特定するために用いられる座標１と残りの座標である座標２にそれぞれ従ってい る装置。 ２４． 互いに離間した第１と第２の表面を有する適応翼用の構造体の形状を制 御する装置において、 適応翼用の構造体に設けられた長さの変化が自在な複数の並進アクチュエータ を具備し、各アクチュエータが離間した反対の第１と第２の端部を有し、各アク チュエータの第１の端部が上記第１の表面に固定され、各アクチュエータの第２ の端部が上記第２の表面に固定され、該アクチュエータと表面が構造体を形成し 、 さらに上記アクチュエータの偏差を検出する複数の検出手段と、 上記並進アクチュエータに信号を送って適応翼用の上記構造体の形状を指令し 、制御を実施する制御手段とを具備し、上記制御手段が、指令された形状を処理 するコンピュータを具備し、上記センサーが上記コンピュータに電気的に接続さ れ、上記コンピュータがアクチュエータコマンドを演算して該演算により得た信 号を上記並進アクチュエータの各々での上記アクチュエータの各々に送り、並進 アク チュエータに指令して所望の翼形状を達成し、上記制御手段は、所望の表面偏差 を乗じて所望のアクチュエータストロークを得るゲインマトリックスとしてアク チュエータストロークマトリックスを用い、上記ストロークマトリックスはＨf で、表面偏差誤差を最小にし、 Ｋ11，Ｋ12、Ｋ22、Ｔ1、Ｔ2は、ＫおよびＴの分割で、 ここで、Ｋは形状制御に適している座標系にアクチュエータがない構造体の剛性 マトリックスであり、Ｔはアクチュエータ座標における負荷を形状制御に適した 座標系に変換するマトリックスであり、ＫとＴの分割１および２は所望の形状を 特定するために用いられる座標１と残りの座標である座標２にそれぞれ従ってい る装置。 ２５． 少なくとも一の表面を有する構造体の形状を制御する装置において、 長さの変化が自在な複数の並進アクチュエータであって、上記構造体の表面に 固定されたアクチュエータを具備し、さらに該アクチュエータと表面が構造体を 形成し、 上記アクチュエータの偏差を検出する複数の検出手段と、 上記検出手段に電気的に接続されて検出情報を処理しアクチュエータコマンド を演算する制御手段を具備し、上記制御手段は、表面偏差誤差を乗じてアクチュ エータ負荷誤差を得るゲインマトリックスとしてアクチュエータ負荷マトリック スを用い、上記負荷マトリックスはＶfで、表面偏差誤差を最小にし、 によって与えられ、ここで、+はムーア−ペンローズ疑似逆数を示し、 Ｋ11，Ｋ12、Ｋ22、Ｔ1、Ｔ2は、ＫおよびＴの分割で、 ここで、Ｋは形状制御に適している座標系にアクチュエータがない構造体の剛性 マトリックスであり、Ｔはアクチュエータ座標における負荷を形状制御に適した 座標系に変換するマトリックスであり、ＫとＴの分割１および２は所望の形状を 特定するために用いられる座標１と残りの座標である座標２にそれぞれ従ってい る装置。 ２６． 制御コマンドがＶfを用いて得られるものと同一である請求項２５記載 の装置。 ２７． 互いに離間した第１と第２の表面を有する適応翼用の構造体の形状を制 御する装置において、 適応翼用の構造体に設けられた長さの変化が自在な複数の並進アクチュエータ を具備し、各アクチュエータが離間した反対の第１と第２の端部を有し、各アク チュエータの第１の端部が上記第１の表面に固定され、各アクチュエータの第２ の端部が上記第２の表面に固定され、該アクチュエータと表面が構造体を形成し 、 さらに上記表面の偏差を検出する複数の検出手段と、 上記並進アクチュエータに信号を送って適応翼用の上記構造体の形状を指令し 、制御を実施する制御手段とを具備し、上記制御手段が、指令された形状を処理 するコンピュータを具備し、上記センサーが上記コンピュータに電気的に接続さ れ、上記コンピュータがアクチュエータコマンドを演算して該演算により得た信 号を上記並進アクチュエータの各々での上記アクチュエータの各々に送り、並進 アクチュエータに指令して所望の翼形状を達成し、上記制御手段は、表面偏差誤 差を乗じてアクチュエータ負荷誤差を得るゲインマトリックスとしてアクチュエ ータ 負荷マトリックスを用い、上記負荷マトリックスはＶfで、表面偏差誤差を最小 にし、 によって与えられ、ここで、+はムーア−ペンローズ疑似逆数を示し、 Ｋ11，Ｋ12、Ｋ22、Ｔ1、Ｔ2は、ＫおよびＴの分割で、 ここで、Ｋは形状制御に適している座標系にアクチュエータがない構造体の剛性 マトリックスであり、Ｔはアクチュエータ座標における負荷を形状制御に適した 座標系に変換するマトリックスであり、ＫとＴの分割１および２は所望の形状を 特定するために用いられる座標１と残りの座標である座標２にそれぞれ従ってい る装置。 ２８． 制御コマンドがＶfを用いて得られるものと同一である請求項２７記載 の装置。 ２９． 少なくとも一の表面を有する構造体の形状を制御する方法において、 長さの変化が自在な複数の並進アクチュエータを上記構造体の表面に固定して 構造体を形成し、 上記表面の偏差を検出し、 表面形状を処理し、必要なアクチュエータコマンドを演算し、 表面偏差誤差を乗じてアクチュエータ負荷誤差を得るアクチュエータ負荷マト リックスをつくり、上記負荷マトリックスはＶfで、表面偏差誤差を最小にし、 によって与えられ、ここで、+はムーア−ペンローズ疑似逆数を示し、 Ｋ11，Ｋ12、Ｋ22、Ｔ1、Ｔ2は、ＫおよびＴの分割で、 ここで、Ｋは形状制御に適している座標系にアクチュエータがない構造体の剛性 マトリックスであり、Ｔはアクチュエータ座標における負荷を形状制御に適した 座標系に変換するマトリックスであり、ＫとＴの分割１および２は所望の形状を 特定するために用いられる座標１と残りの座標である座標２にそれぞれ従ってい る方法。 ３０． 制御コマンドがＶfを用いて得られるものと同一である請求項２９記載 の方法。 ３１． 少なくとも一の表面を有する構造体の形状を制御する装置において、 長さの変化が自在な複数の並進アクチュエータであって、上記構造体の表面に 固定されたアクチュエータを具備し、さらに該アクチュエータと表面が構造体を 形成し、 上記アクチュエータの偏差を検出する複数の検出手段と、 上記検出手段に電気的に接続されて検出情報を処理しアクチュエータコマンド を演算する制御手段を具備し、上記制御手段は、所望の表面偏差誤差を乗じて所 望のアクチュエータ負荷を得るゲインマトリックスとしてアクチュエータ負荷マ トリックスを用い、上記負荷マトリックスはＶfで、表面偏差誤差を最小にし、 によって与えられ、ここで、+はムーア−ペンローズ疑似逆数を示し、 Ｋ11，Ｋ12、Ｋ22、Ｔ1、Ｔ2は、ＫおよびＴの分割で、 ここで、Ｋは形状制御に適している座標系にアクチュエータがない構造体の剛性 マトリックスであり、Ｔはアクチュエータ座標における負荷を形状制御に適した 座標系に変換するマトリックスであり、ＫとＴの分割１および２は所望の形状を 特定するために用いられる座標１と残りの座標である座標２にそれぞれ従ってい る装置。 ３２． 制御コマンドがＶfを用いて得られるものと同一である請求項３１記載 の装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 ノールズ，ギャレス ジェイ アメリカ合衆国 ニューヨーク 11784 スミスタウン サクソン コート ９ (72)発明者 オースティン，フレッド アメリカ合衆国 ニューヨーク 11725 コマック ズィニア コート ５ (72)発明者 ロシ，マイケル ジェイ アメリカ合衆国 ニューヨーク 11743 ハンティントン チェリー レイン 53 (72)発明者 ノールズ，ギャレス ジェイ アメリカ合衆国 ニューヨーク 11784 スミスタウン サクソン コート ９

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １． 少なくとも一の表面を有する構造体の形状を制御する装置において、 長さの変化が自在な複数の並進アクチュエータであって、上記構造体の表面に 固定されたアクチュエータを具備し、さらに該アクチュエータと表面が構造体を 形成し、 偏差を検出する複数の検出手段と、 上記検出手段に電気的に接続されて検出情報を処理しアクチュエータコマンド を演算する制御手段を具備する装置。 ２． 上記検出手段が表面の偏差を検出する請求項１記載の装置。 ３． 上記検出手段が上記アクチュエータの偏差を検出する請求項１記載の装置 。 ４． 上記制御手段が、所望の表面偏差に応力マトリックスを乗じ、偏差コマン ドを実行する前に予測応力を許容応力と比較することによって、上記構造体を応 力過度状態から保護する、請求項１記載の装置。 ５． 上記制御手段が、表面偏差に応力比マトリックスを乗じ、偏差コマンドを 実行する前に許容応力に対する応力の比を調べることによって、上記構造体を応 力過度状態から保護する、請求項１記載の装置。 ６． 上記構造体が、適応翼に対して形状を制御され、上記制御手段が、指令形 状を処理するコンピュータを具備し、上記検出手段が上記コンピュータに電気的 に接続され、上記コンピュータがアクチュエータコマンドを演算し、上記演算か ら得たコマンドを上記並進アクチュエータの各々で上記並進アクチュエータの各 々に伝達して所望の構造体形状を達成する、請求項１記載の装置。 ７． 上記構造体が、適応翼に対して形状を制御され、上記検出手段が抗力を直 接的に検出し、上記制御手段が、基本形状の変化による測定抗力変化を処理して 、最小抗力に対する最適翼形状を演算し、基本翼形状と最適翼形状を達成するア クチュエータコマンドを演算し、上記コンピュータが上記並進アクチュエータに コマンドを伝達して所望の形状を達成する、請求項１記載の装置。 ８． 上記制御手段が、表面偏差誤差を乗じてアクチュエータストローク誤差を 得るゲインマトリックスとしてアクチュエータストロークマトリックスを用いる 、請求項２記載の装置。 ９． 上記制御手段が、表面偏差誤差を乗じてアクチュエータ負荷誤差を得るゲ インマトリックスとしてアクチュエータ負荷マトリックスを用いる、請求項２記 載の装置。 １０． 上記制御手段が、表面偏差に応力マトリックスを乗じて応力を演算し、 連続して応力を許容応力と比較することによって、上記構造体を応力過度状態か ら保護する、請求項２記載の装置。 １１． 上記制御手段が、表面偏差に応力比マトリックスを乗じ、許容応力に対 する応力の比を連続的に観測することによって、上記構造体を応力過度状態から 保護する、請求項２記載の装置。 １２． 上記制御手段が、所望の表面偏差を乗じて所望のアクチュエータストロ ークを得るゲインマトリックスとしてアクチュエータストロークマトリックスを 用いる、請求項３記載の装置。 １３． 上記制御手段が、所望の表面偏差誤差を乗じて所望のアクチュエータ負 荷を得るためにアクチュエータ負荷マトリックスを用いる、請求項３記載の装置 。 １４． 上記ストロークマトリックスがＨfで、表面偏差誤差を最小にし、 Ｋ11，Ｋ12、Ｋ22、Ｔ1、Ｔ2は、ＫおよびＴの分割で、 ここで、Ｋは形状制御に適している座標系にアクチュエータがない構造体の剛性 マトリックスであり、Ｔはアクチュエータ座標における負荷を形状制御に適した 座標系に変換するマトリックスであり、ＫとＴの分割１および２は所望の形状を 特定するために用いられる座標１と残りの座標である座標２にそれぞれ従ってい る、請求項６記載の装置。 １５． 抗力微分が、測定抗力変化を基本形状変化の大きさで除することによっ て形成され、勾配利用最適化法を用いて最適翼形状を達成する、請求項８記載の 装置。 １６． 制御コマンドがＨfを用いて得られるものと同一である請求項１４記載 の装置。 １７． 上記ストロークマトリックスＨfがアクチュエータ負荷誤差とアクチュ エータ負荷をそれぞれ最小化し、ここで、 Ｈ＝Ｔ1 T＋Ｔ2 TＫ22 -1（Ｔ2Ｖ−Ｋ21）であり、式中の記号の定義は上記のと おりである、請求項８記載の装置。 １８． 制御コマンドがＨを用いて得られるものと同一である請求項８記載の装 置。 １９． 上記負荷マトリックスが表面偏差誤差を最小化し、Ｖfである、請求項 ８ 記載の装置。 ２０． 制御コマンドがＶfを用いて得られるものと同一である、請求項９記載 の装置。 ２１． 上記負荷マトリックスがＶで、アクチュエータ負荷誤差とアクチュエー のとおりである、請求項９記載の装置。 ２２． 制御コマンドがＶを用いて得られるものと同一である請求項９記載の装 置。 ２３． 互いに離間した第１と第２の表面を有する適応翼用の構造体の形状を制 御する装置において、 適応翼用の構造体に設けられた長さの変化が自在な複数の並進アクチュエータ を具備し、各アクチュエータが離間した反対の第１と第２の端部を有し、各アク チュエータの第１の端部が上記第１の表面に固定され、各アクチュエータの第２ の端部が上記第２の表面に固定され、該アクチュエータと表面が構造体を形成し 、 さらに偏差を検出する複数の検出手段と、 上記並進アクチュエータに信号を送って適応翼用の上記構造体の形状を指令し 、制御を実施する制御手段とを具備し、上記制御手段が、指令された形状を処理 するコンピュータを具備し、上記センサーが上記コンピュータに電気的に接続さ れ、上記コンピュータがアクチュエータコマンドを演算して該演算により得た信 号を上記並進アクチュエータの各々での上記アクチュエータの各々に送り、並進 アクチュエータに指令して所望の翼形状を達成する装置。 ２４． 上記センサーが上記表面の偏差を検出する請求項２３記載の装置。 ２５． 上記センサーが上記アクチュエータの偏差を検出する請求項２３記載の 装置。 ２６． 上記制御手段が、表面偏差誤差を乗じてアクチュエータストローク誤差 を得るゲインマトリックスとしてアクチュエータストロークマトリックスを用い る、請求項２４記載の装置。 ２７． 上記制御手段が、所望の表面偏差を乗じて所望のアクチュエータストロ ークを得るゲインマトリックスとしてアクチュエータストロークマトリックスを 用いる、請求項２５記載の装置。 ２８． 上記制御手段が、所望の表面偏差を乗じて所望のアクチュエータ負荷を 得るアクチュエータ負荷マトリックスを用いる、請求項２５記載の装置。 ２９． 上記ストロークマトリックスがＨfで表面偏差誤差を最小にし、 Ｋ11，Ｋ12、Ｋ22、Ｔ1、Ｔ2は、ＫおよびＴの分割で、 ここで、Ｋは形状制御に適している座標系にアクチュエータがない構造体の剛性 マトリックスであり、Ｔはアクチュエータ座標における負荷を形状制御に適した 座標系に変換するマトリックスであり、ＫとＴの分割１および２は所望の形状を 特定するために用いられる座標１と残りの座標である座標２にそれぞれ従ってい る、請求項２６記載の装置。 ３０． 制御コマンドがＨfを用いて得られるものと同一である請求項２９記載 の装置。 ３１． 上記ストロークマトリックスＨfがアクチュエータ負荷誤差とアクチュ エータ負荷をそれぞれ最小化し、ここで、Ｈ＝Ｔ1 T＋Ｔ2 TＫ22 -1（Ｔ2Ｖ−Ｋ21 ）であり、式中の記号の定義は上記のとおりである、請求項２９記載の装置。 ３２． 制御コマンドがＨを用いて得られるものと同一である、請求項２９記載 の装置。 ３３． 上記負荷マトリックスがＶfで、表面偏差誤差を最小化する請求項２８ 記載の装置。 ３４． 制御コマンドがＶfを用いて得られるものと同一である請求項２８記載 の装置。 ３５． 上記負荷マトリックスがＶで、アクチュエータ負荷誤差とアクチュエー のとおりである、請求項２８記載の装置。 ３６． 制御コマンドがＶを用いて得られるものと同一である請求項２８記載の 装置。 ３７． 少なくとも一の表面を有する構造体の形状を制御する方法において、 長さの変化が自在な複数の並進アクチュエータを上記構造体の表面に固定して 構造体を形成し、 偏差を検出し、 表面形状を処理し、必要なアクチュエータコマンドを演算する、 工程を具備する方法。 ３８． 上記検出が、上記表面の偏差の検出である請求項３７記載の方法。 ３９． 上記検出が、上記構造体の偏差の検出である請求項３７記載の方法。 ４０． 上記検出が、上記アクチュエータの偏差を検出する請求項３７記載の方 法。 ４１． 応力マトリックスを作り、指令される前に、応力マトリックスに所望の 表面偏差を乗じ、応力を許容応力と比較することによって、応力を予測して、上 記構造体を応力過度状態から保護する工程をさらに具備する、請求項３７記載の 方法。 ４２． 応力比マトリックスをつくり、指令される前に、応力比マトリックスに 所望の表面偏差を乗じ、許容値に対する応力比を予測して、上記構造体を応力過 度状態から保護する工程をさらに具備する、請求項３７記載の方法。 ４３． 表面偏差を乗じて応力を演算し、連続的に応力を許容応力と比較して上 記構造体を応力過度状態から保護する応力マトリックスをつくる工程をさらに具 備する、請求項３７記載の方法。 ４４． 表面偏差を乗じて応力比を演算し、連続的に許容値に対する応力比を調 べて上記構造体を応力過度状態から保護する応力比マトリックスをつくる工程を さらに具備する、請求項３７記載の方法。 ４５． 表面偏差誤差を処理してアクチュエータストローク誤差とアクチュエー タストロークを得る工程をさらに具備する、請求項３８記載の方法。 ４６． 表面偏差誤差を処理し、アクチュエータ負荷誤差とアクチュエータ誤差 を演算する工程をさらに具備する、請求項３８記載の方法。 ４７． 表面偏差誤差を乗じてアクチュエータストローク誤差を得るアクチュエ ータストロークマトリックスをつくる工程をさらに具備する、請求項３８記載の 方法。 ４８． 所望の表面偏差誤差を乗じて所望のアクチュエータ負荷誤差を得るため にアクチュエータストロークマトリックスを用いる工程をさらに具備する、請求 項４０記載の方法。 ４９． 所望の表面偏差を乗じて所望のアクチュエータストロークを得るための ゲインマトリックスとしてアクチュエータストロークマトリックスを用いる工程 をさらに具備する、請求項４０記載の方法。 ５０． 所望の表面偏差を乗じて所望のアクチュエータ負荷を得るためにアクチ ュエータ負荷マトリックスを用いる工程をさらに具備する、請求項４０記載の方 法。 ５１． 上記ストロークマトリックスがＨfで表面偏差誤差を最小にし、 Ｋ11，Ｋ12、Ｋ22、Ｔ1、Ｔ2は、ＫおよびＴの分割で、 ここで、Ｋは形状制御に適している座標系にアクチュエータがない構造体の剛性 マトリックスであり、Ｔはアクチュエータ座標における負荷を形状制御に適した 座標系に変換するマトリックスであり、ＫとＴの分割１および２は所望の形状を 特定するために用いられる座標１と残りの座標である座標２にそれぞれ従ってい る、請求項４７記載の方法。 ５２． 制御コマンドがＨfを用いて得られるものと同一である請求項５１記載 の方法。 ５３． 上記ストロークマトリックスＨがアクチュエータ負荷誤差とアクチュエ 記のとおりである、請求項５１記載の方法。 ５４． 上記負荷マトリックスが表面偏差誤差を最小化し、上記のＶrである、 請求項５１記載の方法。 ５５． 制御コマンドが上記のＶfを用いて得られるものと同一である請求項５ １記載の方法。 ５６． 上記負荷マトリックスがＶで、アクチュエータ負荷誤差とアクチュエー タ負荷をそれぞれ最小化し、ここで、Ｈ＝Ｔ1 T＋Ｔ2 TＫ22 -1（Ｔ2Ｖ−Ｋ21）で あり、式中の記号の定義は上記のとおりである、請求項５１記載の方法。 ５７． Ｈで表される上記ストロークマトリックスがアクチュエータ負荷誤差と アクチュエータ負荷をそれぞれ最小化し、ここで、 Ｈ＝Ｔ1 T＋Ｔ2 TＫ22 -1（Ｔ2Ｖ−Ｋ21）であり、式中の記号の定義は上記のと おりである、請求項４９記載の方法。 ５８． 制御コマンドが上記のＨを用いて得られるものと同一である請求項５３ 記載の方法。 ５９． 制御コマンドが上記のＶを用いて得られるものと同一である請求項５３ 記載の方法。 ６０． 上記ストロークマトリックスがＨrで表面偏差誤差を最小にし、 Ｋ11，Ｋ12、Ｋ22、Ｔ1、Ｔ2は、ＫおよびＴの分割で、 ここで、Ｋは形状制御に適している座標系にアクチュエータがない構造体の剛性 マトリックスであり、Ｔはアクチュエータ座標における負荷を形状制御に適した 座標系に変換するマトリックスであり、ＫとＴの分割１および２は所望の形状を 特定するために用いられる座標１と残りの座標である座標２にそれぞれ従ってい る、請求項１２記載の装置。 ６１． 上記ストロークマトリックスＨ1がアクチュエータ負荷誤差とアクチュ エータ負荷をそれぞれ最小化し、ここで、Ｈ＝Ｔ1 T＋Ｔ2 TＫ22 -1（Ｔ2Ｖ−Ｋ21 ）であり、式中の記号の定義は上記のとおりである、請求項１２記載の装置。 ６２． 制御コマンドがＨを用いて得られるものと同一である請求項１２記載の 装置。 ６３． 上記負荷マトリックスが表面偏差誤差を最小化し、Ｖfである、請求項 １３記載の装置。 ６４． 制御コマンドがＶfを用いて得られるものと同一である請求項１３記載 の装置。 ６５． 上記負荷マトリックスがＶで、アクチュエータ負荷誤差とアクチュエー の通りである、請求項１３記載の装置。 ６６． 制御コマンドがＶを用いて得られるものと同一である請求項１３記載の 装置。 ６７． 上記ストロークマトリックスがＨfで表面偏差誤差を最小にし、 Ｋ11，Ｋ12、Ｋ22、Ｔ1、Ｔ2は、ＫおよびＴの分割で、 ここで、Ｋは形状制御に適している座標系にアクチュエータがない構造体の剛性 マトリックスであり、Ｔはアクチュエータ座標における負荷を形状制御に適した 座標系に変換するマトリックスであり、ＫとＴの分割１および２は所望の形状を 特定するために用いられる座標１と残りの座標である座標２にそれぞれ従ってい る、請求項２７記載の装置。 ６８． 上記ストロークマトリックスがＨfで表面偏差誤差を最小にし、 Ｋ11，Ｋ12、Ｋ22、Ｔ1、Ｔ2は、ＫおよびＴの分割で、 ここで、Ｋは形状制御に適している座標系にアクチュエータがない構造体の剛性 マトリックスであり、Ｔはアクチュエータ座標における負荷を形状制御に適した 座標系に変換するマトリックスであり、ＫとＴの分割１および２は所望の形状を 特定するために用いられる座標１と残りの座標である座標２にそれぞれ従ってい る、請求項１２記載の装置。
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