JPS60196009A

JPS60196009A - フエイル・パツシブ駆動回路

Info

Publication number: JPS60196009A
Application number: JP60029500A
Authority: JP
Inventors: デイメトリアス・ポウマキス
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: RTX Corp
Priority date: 1984-02-27
Filing date: 1985-02-19
Publication date: 1985-10-04
Also published as: DE3505584A1; IL74333A; FR2560401B1; IT1184349B; IT8519692A0; GB8503254D0; GB2155209B; FR2560401A1; IL74333A0; US4560938A; GB2155209A

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】技術分野本発明はフェイル・パッシブ（ｆａｉｌ−ｐａｓｓ　ｉ
　ｖｅ）駆動回路に関し、特に、パルス幅変調技術と関
連して作動するフェイル・パッシブ駆動回路に関する。

背景技術サーボ駆動回路はアクチュエータの位置を制御する。パ
ルス幅変調技術は、クロック周期（変調インターバル）
内におけるパルス（位置リクエスト）の持続時間（また
は移相量）の関数としてアクチュエータの位置設定を行
うことができる駆動回路を使用する必要がある。開ルー
プ系において、アクチュエータの位置に応じたフィード
バック信号が発生し、これが位置リクエストと比較され
てエラー信号が得られ、これがアクチュエータの位置設
定に用いられる。したがって、回路が故障したり、ある
いは位置リクエスト信号若しくはフィードバック信号が
なくなると、制御力が喪失することがあるばかりでなく
、最大電流が流れてアクチュエータのハードオーバー（
ｈａｒｄｏｖｅｒ）が起こることがある。適用分野によ
っては、たとえば航空宇宙分野においては、ハードオー
バーを起こすよりも、制御力が喪失する方が好ましい。

このように故障時に制御力が喪失することを、フェイル
・パッシブネス（ｆａｉ　１−ｐａｓｓｉｖｅｎｅｓｓ
）と呼ぶ。

発明の要約従って本発明の目的は、サーボ駆動回路にフェイル・パ
ッシブネスを持たせ、回路の故障または位置リクエスト
信号もしくはフィードバック信号の喪失によって、アク
チュエータのハードオーバーを生じないようにすること
である。

本発明によるアクチュエータは、コマンドに応答する。

このコマンドはパルス幅変調されて移相された位置リク
エスト信号を発生し、この位置リクエスト信号は第１の
フリップ７０ツブのクロック入力と、第２のフリップフ
ロップのリセット入力とに印加される。リニア可変位相
変成器（ＬＶＰＴ）が、位置リクエスト信号と同期して
励振される。このｌ　ＶＰＴの出力はアクチュエータの
位置にしたがって移相され、第２の７リツプフロツブの
り臼ツク入力と第１のフリップフロップのリセット入力
に印加される。しかして、第１のフリップフロップの出
力は第１のエラー信号であり、これはフィードバック信
号が位置リクエスト信号より遅れている時の、位置リク
エスト信号とフィードバック信号との位相差を示す。第
２のフリップフロップの出力は第２のエラー信号であり
、これはフィードバック信号が位置リクエスト信号より
進んでいる時の、位置リクエスト信号とフィードバック
信号との位相差を示す。この２つのエラー信号はＢ８間
伸張をされ、第１のエラー信号に基づく第１の出力駆動
信号と、第２のエラー信号に基づく第２の出力駆動信号
が得られる。これらの出力駆動信号は４つのスイッチを
制御する。これらのスイッチは、一方の対になったスイ
ッチが閉じるとアクチュエータの位置を増加させるよう
に、他方の対のスイッチが閉じるとアクチュエータの位
置を減少させるように、構成される。アクチュエータの
位置がコマンドと一致する方向に変化するに従い、各エ
ラー信号はゼロに向かって変化する。ハードオーバーを
防止するために、出力駆動信号の持続時間にはある限界
が存在する。

本発明の他の目的、特徴および利点は、以下の詳細な説
明から明らかになろう。

実施例以下、図面を参照し本発明の一実施例について詳細に説
明する。

第１図は本発明による駆動回路の概略ブロック図である
。この図に示される駆動回路１０は、ライン１４上のコ
マンドに応答してアクチュエータ１２を位置設定するよ
うに動作する。パルス幅変調回路１６は、ライン１４上
のコマンドと、ライン１８上の基準正弦波信号などの同
期信号とに応答し、パルス（位置リクエスト信号）をラ
イン２０に送出する。これらの位置リクエスト信号の位
相は、コマンドの大きさの関数である。各位置リクエス
ト信号は変調インターバル中に発生するが、この変調イ
ンターバルは、基準正弦波信号の連続した負極ゼロ交差
点によって決められるか、または、ディジタル回路の場
合に好ましいが、整形回路２２で方形波に変換した後の
基準正弦波信号の連続したＬＯＷ−ＨＩＧＨ変化点によ
って決められる。位置リクエスト信号は、ＬＯＷからＨ
ＩＧＨへの変化点で終わる。

前記各信号は第２図に示されている。基準正弦波信号２
６の負極ゼロ交差は時刻（ｔＯ＞に起り、整形回路２２
の方形波出力２８のＬＯＷがらｌ−１１ＧＨへの変化も
時刻（ｔｏ）で起こる。位置リクエスト信号３０のＬＯ
Ｗから）−１１ＧＨへの変化は、時刻（ｔｌ）で起こる
。従って、位置リクエスト信号１７）移相１　（ｔｌ　
−ｔｏ　）　ハ、信号２８がＬＯＷからＨＩＧＨへ変化
してから、位置リクエスト信号がしＯＷからＨＩＧＨへ
変化するまでの時間で決まり、これはコマンドの大きさ
に直接関係する。位置リクエスト信号の移相１（ｔｌ　
−ｔＯ）は、コマンドにより要求されるアクチュエータ
位置が大きいほど増加する。

再び第１図を参照する。リニア可変位相変成器（ＬＶＰ
Ｔ）３４は、適当な連結手段３５を介してアクチュエー
タ１２と連結され、アクチュエータの位置を示すフィー
ドバック信号を発生する。

このＬＶＰＴはパルス幅変調と同期して基準正弦波信号
により励振され、また適当な位相回路３６により基準正
弦波信号からつくられた余弦信号によって励振される。

ＬＶＰＴの出力（フィードバック信号）は、アクチュエ
ータ位置に比例した壷だけ基準正弦波信号から移相され
た正弦波であり、整形回路３８によって方形波に変換さ
れる。第２図に示すように、方形波フィードバック信号
４０のＬＯＷからＨＩＧ）ｌへの変化点は、フィードバ
ック信＠４２の負極ゼロ交差点（ｔ２）と時間的に一致
している。フィードバック信号４２の移相量（ｔ２−ｔ
Ｏ）は、アクチュエータの位置に比例し、アクチュエー
タの位置を増加させるほど大きくなる。アクチュエータ
の位置がコマンドと一致した時、フィードバック信号の
移相量（ｔ２−１０）は、位置リクエスト信号の移相１
（ｔｌ−１０）と一致する。すなわちｔ２　＝ｔｌとな
る。

アクチュエータの位置がコマンドと一致しない時には、
フィードバック信号の移相量は位置リクエスト信号の移
相りと一致せず、位相差（ｔ２−ｔｌ）は、その位置の
差に比例する。この位置リクエスト信号とフィードバッ
ク信号との位相差は、アクチュエータの位置とコマンド
とを一致させるために必要なアクチュエータ位置の変化
方向および変化−を決定するために用いられる。

本実施例のアクチュエータ１２は双方向直流モータであ
り、その巻線の印加電圧の極性に応じ、位置を増加また
は減少させるように動作する。この印加電圧は、第１の
電圧（＋Ｖ）および第２の電圧（−Ｖｌを有する電源４
４によって与えられるが、その一方の電圧をアース電位
としても゛よい。

アクチュエータの巻線は、第１の入力４６および第２の
入力４８に引き出される。本実施例においては、第１の
電圧（＋Ｖ）が第１の入力４６に印加され、かつ第２の
電圧（−■）が第２の入力４８に印加された時に、アク
チュエータの位置が減少し、第１の１電圧（＋■）が第
２の入力４８に印加され、かつ第２の電圧（−Ｖ）が第
１の入力４６に印加された時に、アクチュエータの位置
が増大する。

フリップフロップのような双安定素子５０が、位１リク
エスト信号のＬＯＷからＨＩＧＨへの遷移によってクロ
ッキング（ＣＬ）され、方形波フィードバック信号のＬ
ＯＷからＨＩＧＨへの遷移によりリセット（Ｒ）される
ように、駆動回路１０に接続されている。アクチュエー
タの位置がコマンドよりも大きい時には、フィードバッ
ク信号は位置リクエスト信号より遅れ、ライン５１に出
力（Ｑ）が発生する。これは第１のエラー（８号であり
、位置リクエスト信号のＬＯＷからｌ−１１Ｇ）（への
変化点で立ち上がり、方形波位置フィードバック信号の
ＬＯＷからＨＩ　Ｇ　Ｈへの変化点で立ち下がる。換言
すれば、この第１のエラー信号の持続時間は、位置リク
エス］〜信号とフィードバック信号との位相差（ｔ２−
ｔｌ　）に等しく、アクチュエータ位置のコマンドを越
えている吊を示す。

第２図には、この場合におけるエラー信号５２が示され
ている。第１図に戻る。第１のエラー信号は持続時間の
短い論理電圧レベルの信号であるから、時間利得（１（
）のパルス幅伸張器５４によって時間伸張され、第１の
出力駆動信号（第２図の５３）がライン５５に得られる
。この出力駆動信号は、以下に説明するように、アクチ
ュエータの位置を減少させるために使用される。パルス
幅伸張器５４は本質的に単安定素子であり、その周期は
エラー信号の持続時間に従って変化する。換言すれば、
出力駆動信号の持続時＠は、エラー信号の持続時間の（
Ｋ）倍である。その持続時間の限界は、後述するように
、故障時に単安定素子の周期が最大となるように設定さ
れる。

同様に、フリップフロップなどの双安定素子５６は、フ
ィードバック信号によってクロッキング（ＣＬ）され、
位置リクエスト信号によってリセット（Ｒ）され、その
出力（Ｑ）は第２のエラー信号（第２図には示されてい
ない）としてライン５７に送出される。この第２のエラ
ー信号の持続時間は、位置信号に対するフィードバック
信号の進み時間に対応し、アクチュエータの位置がコマ
ンドよりも小さいことを示ず。この第２のエラー信号は
、同様に利得（Ｋ）のパルス幅伸張器５８によって時間
伸張され、第２の出力駆動信号がライン５９に得られる
。これはアクチュエータの位置を増加させるために用い
られる。

上記各出力駆動信号に対するアクチユエータの応答は、
次の通りである。、４つのスイッチ６０゜６２．６４．
６６が設けられて４３す、これらスイッチの一方の対ま
たは他方の対が閉じられると、アクチュエータの位置が
増加または減少する。第１と第２の出力駆動信号は、互
いに排他的な事象（すなわち位置リクエス！〜信号に対
してフィードバック信号が進むか又は遅れるかであり、
これらは同時には起こらない）に依存するから、互いに
排他的に発生する。したがって、第１の出力駆動信号が
発生づる時には、第２の出力駆動信号は発生しない。第
１の出力駆動信号が発生すると、スイッチ６０が閉じて
第１の電圧（＋Ｖ）をアクチュエータ１２の第１の入力
４６に供給する。第２の出力駆動信号が発生しないと、
インバータ６８がスイッチ６２を閉じさせ、このスイッ
チ６２は第２の電圧（−Ｖ）をアクチュエータ１２の第
２の入力４８に与える。このように一対のスイッチが閉
じると、アクチュエータの位置が減少し、それによりフ
ィードバック信号の位相が位置リクエスト信号に接近づ
るように増加し、その結果、第１のエラー信号はゼロ側
へ駆動される。

同様に、第２の出力駆動信号が発生覆る時には、第１の
出力駆動信号は発生しない。第２の出力駆動信号が発生
すると、スイッチ６４が閉じて第１の電圧（＋■）を第
２の入力４８１．：供給づ−る。第１の出力駆動信号が
発生しないと、インバー９７０はスイッチ６６を閉じ、
スイッチ６６は第２の電圧（−Ｖ）をアクチュエータ１
２の第１の人力４６に供給する。このように一対のスイ
ッチが閉じられると、アクチュエータの位置が増加し、
フィードバック信号の位相は位置リク］−スト信号に近
ｆリクように遅らされ、その結果、第２のエラー信号は
ゼロ側へ駆動される。１つの出力駆動信号の終わりから
、次の出力駆動信号が開始までの間に静的状態があり、
その期間にスイッチ６２，６６は閉じて、アクチュエー
タ１２の巻線を短絡し、その結果、アクチュエータの巻
線の磁界に蓄積されたエネルギーが利用される。

単安定素子の最大周期は、出力駆動信号のハードオーバ
ーなど、特定の故障モードによってアクチュエータのハ
ードオーバーが起こらないように決められる。フィード
バック信号が失われた場合を想定しよう。フリップフロ
ップ５０はクロッキング（ＣＬ）され、出力（Ｑ）を１
つ発生する。

フィードバック信号がないから、フリップフロップ５０
はリセットしない。従って、ライン５１上のエラー信号
はハードオーバーの状態になり、その結果、第１の出力
駆動信号がハードオーバー状態となるが、これは単安定
素子の最大周期の間だけである。その後、次のパルス・
インターバルに位置リクエスト信号が発生するが、フリ
ップフロップ５０を再トリガーしない。従って、フリッ
プ７０ツブ５０は単にクロッキングされた状態を維持し
、次の出力駆動信号は発生しない。位置リクエスト信号
が失われた場合も同様である。この場合、短時間の第２
の出力駆動信号が１つ発生する。

従って、位置リクエスト信号またはフィードバック信号
の何れが失われても、アクチュエータのハードオーバー
は起こらない。

たとえば、パルス幅伸張器が故障し出力が止まらないた
め、出力駆動信号のハードオーバーが抑制されない場合
についても考えてみよう。たとえば、ライン５５上の第
１の出力駆動信号のハードオーバーが起こると、スイッ
チ６０が持続的に閉じられる。アクチュエータの位置が
コマンドにより与えられた位置よりも大きければ、フィ
ードバック信号はコマンドより遅れるため、第１のエラ
ー信号が発生し、第２のエラー信号は発生しない。

第１のエラー信号の発生は第１の出力駆動信号のハード
オーバ一時には無意味であるが、第２のエラー信号が発
生しないためにスイッチ６２が閉じ、アクチュエータ回
路を閉成する結果、アクチュエータの位置が減少する。

アクチュエータの位置がコマンドよりも非常に僅かな量
だ番プ減少すると、第２のエラー信号および第２の出力
駆動信号が発生し、スイッチ６２ではなくスイッチ６４
を閉じるため、アクチュエータは短絡され（スイッチ６
０．６４は開成）、シたがってアクチュエータの位置は
変化しなくなる。このように、１つの出力駆動信号のハ
ードオーバーが生じても、アクチュエータの位置そのも
のはコマンドより僅かな距離しか変化せず、アクチュエ
ータのハードオーバーは起こらない。アクチュエータの
ハードオーバーが起こるのは、両方の出力駆動信号が同
時にかつ逆極性にハードオーバー状態となった場合、あ
るいはスイッチ６０．６２．６４．６４３の何れかの対
が故障した場合に限られる。

以上の説明から明らかなように、アクチュエータの動作
は、入力（位置リクエスト信号およびフィードバック信
号）のＬＯＷからＨＩＧＩ−１への変化に概ね依存し、
１つの出力駆動信号のハードオーバーが生じて、アクチ
ュエータはハードオーバーを起こさない。

上記駆動回路の訂細図を第３図に示す。この図において
、フリップフロップ５０は、たとえばナシヨナル・セミ
コンダクタ社のＣＤ４０１３Ｂであるが、これは位置リ
クエスト信号によってクロッキング（ＣＬ）され、たと
えばプレシジョン・モノリシック社のＣＭＰ０４などの
比較器７４により与えられる方形波フィードバック信号
によってリセット（Ｒ）される。

フィードバック信号が位置リクエスト信号より遅れたた
めに、フリップフロップ５０の出力（Ｑ）がＨＩＧＨに
なると、その相補出力（Ｑ）はＨＩＧ）ＩからＬＯＷに
変化する。これにより単安定素子７６、たとえばナショ
ナル・セミコンダクタ社の７４Ｇ２２１は非安定状態に
なり、第１の出力駆動信号をライン７７に発生する。こ
の第１の出力駆動信号は、単安定素子７６が安定状態に
なるまで、すなわち入カフ８の電圧が、電源電圧（■Ｄ
Ｄ）８０のある部分電圧に等しい転移（ＴＲ）電圧にな
るまで持続する。入カフ８の電圧が転移電圧に達するま
での時間は、第１のエラー信号の持続時間、つまりフリ
ップ７０ツブ５０の出ノＪ（Ｑ）の持続時間に依存する
。これにより、第１図に関連して説明した時間利得が得
られるが、これについて以下に具体的に説明する。

トランジスタ８２は、第１のエラー信号の持続時間だけ
オンしてライン８３を接地するスイッチとして動作する
。この期間中に、コンデンサ８４は、抵抗８６を通じて
、第１のエラー信号の電圧（論理レベル）および持続時
間に比例した値まで充電される。第１のエラー信号の終
わりでトランジスタ８２がオフした時に、コンデンサ８
４は、抵抗８６，８８．９０を介して電′ＩＩＡ電圧８
０により逆方向に充電される。この充電は、第１のエラ
ー信号による逆極性の充電に打ち勝ち、転移電圧（ＴＲ
）まで上昇し、単安定素子７６を安定状態へ反転させる
。この充電カーブは直線的ではないが、小さなエラー信
号に関してはほぼリニアな時間利得を得られる。容量の
大きな第２のコンデンサ９２が設けられている。このコ
ンデンサ９２はコンデンサ８４よりゆっくり充電し、単
安定素子の最大周期を決定する。この最大周期は、解析
を容易にするために変調インターバルよりも長く選ばれ
ている。フリップ７０ツブ５６に関連した回路は、フリ
ップフロップ５０に関連して説明した回路と本質的に同
一であるので、その説明を省略する。

半導体スイッチ９４，９６．９８，１００はそれぞれ第
１図のスイッチ６０．６２．６４．６６に対応し、アク
チュエータ１２の巻線を電源４４と選択的に接続する。

一方の対のスイッチ９４゜９８は他方の対のスイッチ９
６．１００に対して相補型のものであり、たとえばスイ
ッチ９４．９８はインターナショナル・レフティファイ
ア社のＩＲＦＦ９１３０であり、スイッチ９６，１００
はインターナショナル・レフティファイア社のＩＲＦＦ
１３０である。従って、インバータ（第１図の６８．７
０）は不要である。この回路によれば、使用電子素子の
故障モードにより別のフェイル・パッシブ特性が得られ
る。たとえば、第３図で説明した半導体素子の故障モー
ドはｌ−１１ＧＨまたはＬＯＷであり、発振しない。

以上、機能ブロックを用いて本発明を説明したが、前記
各機能は種々の素子を用いて実現可能であり、信号の変
化および位置の増減の意味は相対的なものである。従っ
て、本発明の前記説明は、本発明を当業者が実施できる
ようにすることを意図しているものである。本発明は、
適用する用途に応じ、他の実施例、変形および置換が可
能であることは当然である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の駆動回路の概略ブロック図、第２図は
前記駆動回路内の諸点の信号波形を示すタイムチャート
、１４３図は前記駆動回路の詳細回路図である。１０・・・駆動回路、１２・・・アクチュエータ、１６
・・・パルス幅変ｖＡ回路、２２．３８・・・整形回路
、３４・・・リニア可変位相変成器（ＬＶＰＴ）、３６
・・・移相回路、５０．５６・・・双安定素子（フリッ
プフロップ＞、５４．５８・・・パルス幅伸張器（単安
定素子＞、ｅｏ、６２，６４．６６・・・スイッチ、６
８．７０・・・インバータ。特許出願人　ユナイテッド・チクノロシーズ・コーポレ
イション代理人　弁理士　大蒜　泉

Claims

【特許請求の範囲】

（１）第１の入力及び第２の入力を有し、第１の電圧を
前記第１の入力に印加されかつ第２の電圧を前記第２の
入力に印加されると位置が増加し、前記第１の電圧を前
記第２の入力に印加されかつ前記第２の電圧を前記第１
の入力に印加されると位置が減少するように作動するア
クチュエータを、コマンドに応答して位置設定するため
のフェイル・パッシブ駆動回路であって、前記コマンドに応じてパルス幅変調された位置リクエス
ト信号を発生するもので、その位置リクエスト信号の変
調インターバル内における移相量が前記コマンドの関数
である手段と、前記アクチュエータの位置に応じて移相されたフィード
バック信号を発生する手段と、クロック入力が前記位置
リクエスト信号に応答するように接続され、かつリセッ
ト入力が前記フィードバック信号に応答するように接続
され、前記位置リクエスト信号に対する前記フィードバ
ック信号の遅れ時間の大きさに応じた第１のエラー信号
を発生する第１の双安定素子と、クロック入力が前記フィードバック信号に応答するよう
に接続され、かつリセット人ノコが前記位置リクエスト
信号に応答するように接続され、前記位置リクエスト信
号に対する前記フィードバック信号の進み時間の大きさ
に応じた第２のエラー信号を発生する第２の双安定素子
と、前記第１のエラー信号に応じた第１の出力駆動信号を発
生する手段と、前記第２のエラー信号に応じた第２の出力駆動信号を発
生する手段と前記第１の出力駆動信号が発生すると前記アクチュエー
タの第１の入力に前記第１の電圧を供給するように動作
する第１のスイッチ手段と前記第２の出力駆動信号が発
生すると前記アクチュエータの第２の入力に前記第１の
電圧を供給するように動作する第２のスイッチ手段と前
記第２の出力駆動信号が発生しないと前記アクチュエー
タの第２の入力に前記第２の電圧を供給するように作動
する第３のスイッチ手段と前記第１の出力駆動信号が発
生しないと前記アクチュエータの第１の入力に前記第２
の電圧を供給するように作動する第４のスイッチ手段と
、からなることを特徴とするフェイル・パッシブ駆動回
路。
（２）前記第１の出力駆動信号は前記第１のエラー信号
の時間伸張関数として与えられ、ある限界を越えること
がなく、前記第２の出力駆動信号は前記第２のエラー信
号の時間伸張関数として与えられ、前記限界を越えるこ
とがないことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
フェイル・パッシブ駆動回路。