JP2003316403A - ダイナミックエアデータ生成方法及び装置 - Google Patents

ダイナミックエアデータ生成方法及び装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 動的に変化するエアデータ(ダイナミックエ
アデータ)を生成することができるダイナミックエアデ
ータ生成装置を提供する。 【解決手段】 逆伝達関数補償法により空圧回路25の
制御を行い、前記空圧回路から出力される空気圧に関し
連続的に変化するダイナミックエアデータを生成するダ
イナミックエアデータ生成方法であって、前記空圧回路
を単純適応制御器21により制御するステップと、前記
単純適応制御器の適用により低次元化された前記空圧回
路の逆モデル22を生成するステップと、前記逆モデル
を用いて前記逆伝達関数補償法を実行するステップとを
備えている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ダイナミックエア
データ生成方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】航空機のセンサに入力されるエアデータ
を変化させて飛行模擬環境下での評価を行うことによ
り、飛行試験前の航空機の不具合を抽出する試みがなさ
れている。ここで、航空機が飛行しているときには、静
圧(大気圧)と動圧(その対気速度で飛行することによ
ってかかる空気圧)の和に相当する空気圧がその航空機
に作用する。エアデータとは、その空気圧に関するデー
タである。
【0003】飛行試験前の航空機の不具合抽出の効果を
上げるためには、地上にて、所望の変化率でエアデータ
を動的に変化させて、よりリアルな飛行模擬環境を生成
し、その飛行模擬環境下での航空機の状態を評価するこ
とが望まれている。
【0004】従来のエアデータ発生装置は、図5に示す
ように、ポイントポイントしか評価できない離散的評価
であった。また、手動によりエアデータを変化させた模
擬環境を生成することしかできなかった。
【0005】従来の計測方法は、離散的評価であり、極
性チェックしかできなかった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】動的に変化するエアデ
ータ(ダイナミックエアデータ)を生成できることが望
まれている。簡単な方法で自動で連続的に変化するエア
データを生成できることが望まれている。自動で連続的
に変化するエアデータを生成できる空気圧のシミュレー
ション装置が望まれている。
【0007】空圧回路の遅れ要素をなくし、シミュレー
ション演算値に追従した空気圧を生成できることが望ま
れている。非線形要素を有する空圧回路に関して、逆伝
達関数補償法を用いてシミュレーション演算値と制御量
を一致させることが望まれている。
【0008】本発明の目的は、動的に変化するエアデー
タ(ダイナミックエアデータ)を生成できるダイナミッ
クエアデータ生成方法及び装置を提供することである。
本発明の他の目的は、簡単な方法で自動で連続的に変化
するエアデータを生成できるダイナミックエアデータ生
成方法及び装置を提供することである。本発明の更に他
の目的は、自動で連続的に変化するダイナミックエアデ
ータ生成方法及び装置を提供することである。
【0009】本発明の更に他の目的は、空圧回路の遅れ
要素をなくし、シミュレーション演算値に追従した空気
圧を生成できるダイナミックエアデータ生成方法及び装
置を提供することである。本発明の更に他の目的は、非
線形要素を有する空圧回路に関して、逆伝達関数補償法
を用いてシミュレーション演算値と制御量を一致させる
ことができるダイナミックエアデータ生成方法及び装置
を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】以下に、[発明の実施の
形態]で使用する番号・符号を用いて、[課題を解決す
るための手段]を説明する。これらの番号・符号は、
[特許請求の範囲]の記載と[発明の実施の形態]の記
載との対応関係を明らかにするために付加されたもので
あるが、[特許請求の範囲]に記載されている発明の技
術的範囲の解釈に用いてはならない。
【0011】本発明のダイナミックエアデータ生成方法
は、逆伝達関数補償法により空圧回路(25)の制御を
行い、前記空圧回路(25)から出力される空気圧に関
し連続的に変化するダイナミックエアデータを生成する
ダイナミックエアデータ生成方法であって、前記空圧回
路(25)を単純適応制御器(21)により制御するス
テップと、前記単純適応制御器(21)の適用により低
次元化された前記空圧回路(25)の逆モデル(22)
を生成するステップと、前記逆モデル(22)を用いて
前記逆伝達関数補償法を実行するステップとを備えてい
る。
【0012】本発明のダイナミックエアデータ生成装置
は、弁開度が制御されて所定の空気圧(24)が出力さ
れる空圧サーボバルブ(25a)と、前記空圧サーボバ
ルブ(25a)を制御する単純適応制御器(21)と、
前記空圧サーボバルブ(25a)と前記単純適応制御器
(21)とを有する空気圧制御装置(20)の伝達関数
の逆数(22)を用いて演算を行う演算部(27)とを
備えている。
【0013】本発明のダイナミックエアデータ生成装置
(30)において、前記空圧サーボバルブ(25a)
は、前記演算部(27)による演算結果(23)に追従
した前記空気圧(24)が出力されるように前記弁開度
が制御される。
【0014】
【発明の実施の形態】添付図面を参照して、本発明のダ
イナミックエアデータ生成装置の一実施形態を説明す
る。
【0015】図1は、本実施形態のダイナミックエアデ
ータ生成装置の構成を示すブロック図である。図2は、
本実施形態のダイナミックエアデータ生成装置により生
成した、飛行模擬環境の一例を示す図である。図3は、
本実施形態のダイナミックエアデータ生成装置の詳細な
構成を示すブロック図である。図4は、本実施形態のダ
イナミックエアデータ生成装置の構成を対比説明するた
めの逆伝達関数補償法による回路を示すブロック図であ
る。
【0016】特開平10−27008号公報にも記載さ
れているように、モデル制御方法が知られている。モデ
ル制御方法とは、制御対象をモデル化してモデルの出力
と制御対象の出力とが一致するようにコントローラで制
御して制御性を向上させるものである。
【0017】ここで、制御対象(図4の符号13)の伝
達関数をF(s)としたとき、モデルとしてその逆関数
1/F(s)の逆モデル(図4の符号10)を用いれ
ば、系全体の伝達関数は、 (1/F(s))×F(s)=1 となり、制御量(図4の符号12)を常に目標値(図4
の符号11)に等しくすることができる。
【0018】図4に示すように、モデル制御方法(逆伝
達関数補償法)によれば、逆モデル10に目標値11を
入力して得た出力(操作量)15を制御対象(順モデ
ル)13に入力すれば、全体の伝達関数が1であるた
め、制御対象13からは目標値11と同じ出力(制御
量)12が得られる。
【0019】しかしながら、実際には完全な逆モデルを
実現することは無理であり、特にモデルが非線形の場
合、直接逆モデルを求めることはほとんど不可能であ
る。空圧回路は、空気流量の2乗が差圧(負荷上流圧力
と負荷下流圧力との差)にほぼ比例するため、入力振幅
(入力したい空気圧)によって特性が変わる等様々な非
線形要素を持っている。
【0020】モデル制御方法(逆伝達関数補償法)を用
いて、ダイナミックなエアデータを生成しようとして
も、様々な非線形要素を有する空圧回路を正確に同定
(制御対象のモデル化)することができないため、図4
における、空圧回路の遅れ要素をなくす逆モデル10は
近似的なものとなっており、シミュレーション演算値1
1に制御量12を一致させることは困難である。
【0021】本実施形態では、図1に示すように、コン
トローラ(空気圧制御回路G)20にSAC(単純適応
制御:Simple Adaptive Contro
ller)21を用いることにより、空圧回路を容易に
低次化(一次近似)することができる。その簡単化され
た空圧回路の逆モデル22は容易に作ることができる。
その簡単化された空圧回路の逆モデル22を用いること
で、空圧回路の遅れ要素をなくし、シミュレーション演
算によって求められた演算値(目標値)23に追従した
空気圧24を生成できる。
【0022】図3に示すように、本実施形態のダイナミ
ックエアデータ生成装置(シミュレータ)30は、機体
40に対して所望の空気圧を供給する。機体40は、そ
の空気圧をエアデータセンサシステム41で検知し、そ
の検知結果に基づいて飛行制御コンピュータ42でフラ
イトコントロールのテストを行う。
【0023】図3及び図1に示すように、シミュレータ
30は、空気圧制御装置20と、空気圧制御プログラム
(シミュレーション計算機)27とを備えている。空気
圧制御装置20は、制御対象25である空圧回路と、S
AC21とを有している。
【0024】空圧回路25では、正負圧力を制御できる
空圧サーボバルブ25aが用いられる。工場からのエア
を供給するエア供給部25bには、リザーバタンク25
cが接続されている。真空ポンプ25dには、リザーバ
タンク25eが接続されている。空圧サーボバルブ25
aは、加圧側のリザーバタンク25cと、真空側のリザ
ーバタンク25eと接続されている。本実施形態では、
空圧サーボバルブ25aを所定の操作量28だけ操作さ
せることで、エアデータ24を自動で連続的に変化させ
る。
【0025】エアデータ24は、SAC21にフィード
バックされる。逆モデル22は、シミュレーション計算
機27上で生成される。シミュレーション計算機27で
は、パイロットによって入力される操舵信号26aと、
初期値26bに基づいて機体40の運動が模擬され、そ
の機体運動の模擬結果に基づいて、エアデータの目標値
23が逆計算される(26d)。
【0026】ここで、SAC(単純適応制御)について
は、例えば特開平10−161706号公報に記載され
ている。同公報には以下のように記載されている。単純
適応制御方法は、制御対象がASPR条件(殆ど強正実
化可能条件)を満足しさえすれば容易に構成することが
できる。また、単純適応制御としては、特開平4−34
601号公報、サーボシステムに適用された事例として
は、日本機械学会論文集(C編)61巻590号論文N
o.95−0150、又単純適応制御の近時の動向を述
べたものとしては、岩井善太;単純適応制御、計測と制
御学会誌,第35巻第6号1996年などを挙げること
ができる。単純適応制御方法の理論的背景は上記した文
献を参照されたい。これら文献および本発明者自らの実
験によって、単純適応制御方法を用いれば、制御対象の
運動方程式を厳密に知らなくても、最適な制御装置が設
計でき、また同時にその制御対象のパラメータが変動し
ても安全な制御性能を得ることができる。なお、特開平
10−161706号公報には、SACを利用して制御
対象の逆モデルを作るという示唆すら無いことはいうま
でもない。
【0027】上記のように、空圧回路は、流量の2乗が
差圧にほぼ比例するため、入力振幅によって特性が変わ
る等様々な非線形要素を持っている。従来は、図4に示
すように、空圧回路13の非線形要素を吸収できなかっ
たため、シミュレーション演算によって求められた目標
値11に制御量(空気圧)12を追従させることができ
なかった。これに対し、本実施形態では、SACを適用
することで空圧回路25の非線形性を吸収して簡単化
し、逆伝達関数補償法と組合わせることで、図1に示す
ようなシミュレーション演算値23と制御量24を一致
させることが可能となる。その結果、自動で連続的に変
化するダイナミックエアデータを生成することができる
ため、図2に示すように、連続的な飛行模擬環境を生成
することができる。
【0028】本実施形態によれば、自動で連続的にエア
データを変化させて、飛行模擬環境下での評価を行うこ
とにより、連続的な評価ができるようになり、飛行試験
前の不具合抽出が可能となる。また、再現性・品質を向
上させることができるようになる。
【0029】上記の特開平10−27008号公報の技
術は、制御対象をモデル化し、制御対象の順モデルとフ
ィードバックとを組合せて逆モデルを構成する方法であ
る。上記の特開平10−27008号公報の技術は、エ
ンジン制御の技術であるから、制御対象のモデル化を比
較的行い易い。これに対し、本実施形態では、制御対象
25である空圧回路のモデル化(正確な同定)は難しい
ことから、SACを用いることで制御対象25のモデル
化を必要とせずに逆モデル22を構成する。
【0030】なお、本実施形態では、空圧回路について
説明したが、同様に油圧回路にも適用することができ
る。
【0031】
【発明の効果】本発明のダイナミックエアデータ生成装
置によれば、動的に変化するエアデータ(ダイナミック
エアデータ)を生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本実施形態のダイナミックエアデータ
生成装置の構成を示すブロック図である。
【図2】図2は、本実施形態のダイナミックエアデータ
生成装置により生成した、飛行模擬環境の一例を模式的
に示す図である。
【図3】図3は、本実施形態のダイナミックエアデータ
生成装置の詳細な構成を示すブロック図である。
【図4】図4は、本実施形態のダイナミックエアデータ
生成装置の構成を対比説明するための逆伝達関数補償法
による回路を示すブロック図である。
【図5】図5は、従来のエアデータ生成装置により生成
した、飛行模擬環境の一例を模式的に示す図である。
【符号の説明】
10 逆モデル 11 目標値(演算値) 12 制御量 13 制御対象 15 操作量 20 空気圧制御回路(装置) 21 SAC 22 逆モデル 23 目標値(演算値) 24 制御量 25 制御対象 25a バルブ 25b エア供給部 25c リザーバタンク 25d 真空ポンプ 25e リザーバタンク 26 シミュレーション演算部 27 シミュレーション計算機 28 操作量 30 シミュレータ 40 機体 41 エアデータセンサシステム 42 飛行制御コンピュータ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 逆伝達関数補償法により空圧回路の制御
    を行い、前記空圧回路から出力される空気圧に関し連続
    的に変化するダイナミックエアデータを生成するダイナ
    ミックエアデータ生成方法であって、 前記空圧回路を単純適応制御器(SAC:Simple
    AdaptiveController)により制御
    するステップと、 前記単純適応制御器の適用により低次元化された前記空
    圧回路の逆モデルを生成するステップと、 前記逆モデルを用いて前記逆伝達関数補償法を実行する
    ステップとを備えたダイナミックエアデータ生成方法。
  2. 【請求項2】 弁開度が制御されて所定の空気圧が出力
    される空圧サーボバルブと、 前記空圧サーボバルブを制御する単純適応制御器(SA
    C:Simple Adaptive Control
    ler)と、 前記空圧サーボバルブと前記単純適応制御器とを有する
    空気圧制御装置の伝達関数の逆数を用いて演算を行う演
    算部とを備えたダイナミックエアデータ生成装置。
  3. 【請求項3】 請求項2記載のダイナミックエアデータ
    生成装置において、 前記空圧サーボバルブは、前記演算部による演算結果に
    追従した前記空気圧が出力されるように前記弁開度が制
    御されるダイナミックエアデータ生成装置。
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