JP2015023793A - 冗長電流和フィードバックアクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】電気機械的制御システムにおける不具合の抑制に関する。
【解決手段】アクチュエータシステム４００の冗長電流和フィードバック制御のためのシステム及び方法が提案される。アクチュエータ４０２は、アクチュエータを作動させるように構成されるアクチュエーションコイル４２２、４２４を備え、アクチュエーションコイル電流センサ４６０は、アクチュエーションコイルの各々のコイル電流の合計を含む測定される全コイル電流を感知する。アクチュエータコイル制御装置４０６、４０８は、命令される全コイル電流及び測定される全コイル電流に基づいて、アクチュエーションコイルを制御する。
【選択図】図４

Description

本開示の実施形態は、概して、電気機械的制御システムにおける不具合の抑制に関する。より具体的には、本開示の実施形態は、アクチュエーションシステムにおける不具合の抑制に関する。

航空機の飛行経路は、飛行操縦翼面の変位によって制御される。多くの現代の航空機において、飛行操縦翼面はアクチュエータによって変位される。そのような飛行操縦翼面は、ピッチ制御のためのエレベータ、ロール制御のためのエルロン及びフラッペロン、並びにヨー制御のためのラダーを含む。多くの場合において、電流がアクチュエータの出力を制御する。いくつかの場合において、電流の電磁効果は、電気機械的なアクチュエータ（ＥＭＡ）又は電気流体静力学的なアクチュエータ（ＥＨＡ）のための機械的な出力を直接に生み出し、一方で他の場合においては、単一又は複数の段階において、直接駆動弁（ＤＤＶ）又は電気油圧式のサーボ弁（ＥＨＳＶ）などのサーボ弁を通る油圧油の流れを制御するなどの、いくつかの他の手段によりその出力を増幅させる。

電流は、コイル（又は複数のコイル）を通って流れ、アクチュエータを作動させるために使用可能な電磁誘導された力へと変換される。間違ったレベルの電流をもたらす非最適性は、アクチュエータが、命令されていない位置へ動くこと又は命令されていない力を出力する原因となる。そのような非最適性は、特に非最適性が振動性又は循環性のものである場合、航空機が命令されている経路から逸脱する原因となり、及び／又は航空機における構造異常をもたらす。

アクチュエータシステムの冗長電流和フィードバック制御のためのシステム及び方法が提案される。アクチュエータは、アクチュエータを作動させるように構成されるアクチュエーションコイルを備え、アクチュエーションコイル電流センサは、アクチュエーションコイルの各々のコイル電流の合計を含む測定される全コイル電流を感知する。アクチュエータコイル制御装置は、命令される全コイル電流及び測定される全コイル電流に基づいて、アクチュエーションコイルを制御する。

このやり方において、電気的非最適性の効果は、無視できるレベルにまで抑制される。実施形態は、非最適性の特徴に関わらず、冗長制御ループのうちの１つにおける電気的非最適性の効果を構造的に抑制する。それゆえ、アーキテクチャは、カスタム解析／精巧なモニターの調整などのタスクに対する必要性を緩和させ、スケジュール及び認可に対する影響を回避する。さらに、より廉価な装置の適用が可能になる。

実施形態において、冗長電流和フィードバックアクチュエータシステムは、アクチュエータ、アクチュエーションコイル電流センサ、及びアクチュエータコイル制御装置を備える。アクチュエータは、アクチュエータを作動させるように構成されるアクチュエーションコイルを備える。アクチュエーションコイル電流センサは、アクチュエーションコイルの各々のコイル電流の合計を含む測定される全コイル電流を感知する。アクチュエータコイル制御装置は、命令される全コイル電流と測定される全コイル電流との差異に基づいて、アクチュエーションコイルを制御する。

別の実施形態において、アクチュエータ制御システムの中の非最適性を抑制するための方法は、アクチュエーションコイル電流センサを用いて、アクチュエータのアクチュエーションコイルのコイル電流の合計を含む測定される全コイル電流を感知する。方法はさらに、命令される全コイル電流と測定される全コイル電流との差異に基づいて、少なくとも２つのアクチュエータコイル制御装置を用いて、アクチュエーションコイルを制御する。

さらなる実施形態において、冗長電流和フィードバックアクチュエータ制御装置は、望ましい全コイル電流、及びアクチュエータの複数のアクチュエーションコイルの各々のコイル電流の合計を含む測定される全コイル電流を受信する、内側フィードバック制御ループを備える。内側フィードバック制御ループはまた、命令される全コイル電流と測定される全コイル電流との差異に基づいて、アクチュエーションコイルを制御する。

この発明の概要は、後述の詳細な説明においてさらに記載される一連の概念を簡単に紹介するものである。この発明の概要は、特許請求される主題の重要なフィーチャ又は基本となるフィーチャを特定することを意図したものでも、特許請求される主題の範囲を決定するために援用されることを意図したものでもない。

本開示の実施形態は、下記の図面と合わせて詳細説明および請求項を参照することによって、さらに完全に理解できる。図面における同じ参照番号は、図面全体を通して類似の要素を指すものである。図面は、本開示の広さ、範囲、規模、または適用性を限定することなく、本開示の理解を促すために提供される。図面の縮尺は必ずしも正確でない。

図１は、例示的な航空機の生産および保守方法を示す流れ図である。 図２は、航空機の例示的なブロック図である。 図３は、既存のアクチュエータの図である。 図４は、本開示の一実施形態による、全電流の内側ループを伴う例示的な平行二重アクチュエータ制御装置の図である。 図５は、本開示の一実施形態による、全電流の内側ループを伴う例示的な平行三重アクチュエータ制御装置の図である。 図６は、図３の従来のアクチュエータにおいてシミュレートされた不具合に対する、ピストン位置（インチ）プロット、差圧（ポンド／平方インチ絶対圧力）プロット、及び電流（ミリアンペア）プロットを示す例示的な時間履歴プロットの図である。 図７は、本開示の一実施形態による、図５の三重アクチュエータにおいてシミュレートされた不具合の抑制に対する、ピストン位置（インチ）プロット、差圧（ポンド／平方インチ絶対圧力）プロット、及び電流（ミリアンペア）プロットを示す例示的な時間履歴プロットの図である。 図８は、本開示の一実施形態による、独立した電流測定の図である。 図９は、本開示の一実施形態による、図８の独立した電流測定における全電流の派生の図である。 図１０は、本開示の一実施形態による、全電流の測定の図である。 図１１は、本開示の一実施形態による、アクチュエータ制御装置における不具合の抑制のための工程を示す例示的な流れ図である。

下記の詳細な説明は、例示的な性質を有し、本開示、または本開示の実施形態の用途及び使用を限定することを意図していない。特定の装置、技術、および応用の説明は、実施例としてのみ提供されている。本明細書の中に記載された実施例に対する修正は、当業者には自明であり、ここに定義される一般的原理は、本開示の精神および範囲を逸脱せずに、他の実施例および用途にも適用可能である。本開示は、特許請求の範囲と合致するものと理解されるべきであり、本明細書の中に記載され示される実施例に限定されない。

本開示の実施形態は、本明細書において、機能的及び／又は論理的ブロック構成要素および様々な処理ステップの観点から記載される。このようなブロック構成要素は、特定の機能を実施するように構成された任意の数のハードウェア、ソフトウェア、及び／又はファームウェア構成要素によって実現可能であることを理解されたい。説明を簡潔にするために、制御法則、制御システム、測定技術、測定センサ、アクチュエータ、データ送信、信号送信、ネットワーク制御、及びシステムの他の機能的側面（並びにシステムの個々の動作構成要素）に関する従来技術及び構成要素については、本明細書では詳細に記載しない。加えて、当業者であれば、本発明の実施形態が、様々なハードウェア及びソフトウェアと併せて実施されること、並びに本明細書の中に記載される実施形態が本発明の例示的実施形態にすぎないことを理解するであろう。

本明細書の中では、本開示の実施形態は、実用的で非限定的な一用途、すなわち、航空機の飛行操縦翼面のためのアクチュエータにおける不具合の抑制という観点から記載される。しかしながら、本開示の実施形態は、そのような航空機の構造に限定されず、本明細書の中に記載される技術は他の用途にも利用され得る。例えば、限定しないが、実施形態は有人及び無人の地上輸送、空中輸送、水上輸送、及び水中輸送のためのビークル、風車、又は他の機械に応用可能である。

本明細書を読んだ当業者には明らかであるように、後述は、本開示の実施例及び実施形態であり、これらの実施例における作動に限定されない。他の実施形態が利用可能であり、本開示の例示的実施形態の範囲から逸脱することなく構造的変更を加えることができる。

より具体的に図を参照すると、本開示の実施形態は、図１に示される例示的な航空機の製造および保守方法１００（方法１００）、および図２に示される航空機２００に照らして説明することができる。製造前の段階では、方法１００は、航空機２００の仕様および設計１０４と、材料の調達１０６とを含むことができる。製造段階では、航空機２００の構成要素およびサブアセンブリの製造工程１０８（生産段階１０８）と、システムインテグレーション１１０（生産段階１１０）とが行われる。その後、航空機２００は認可及び納品１１２を経て運航１１４に供される。顧客により運航される間に、航空機２００は、定期的な整備および保守１１６（改造、再構成、改修なども含みうる）が予定され得る。

方法１００の各工程は、システムインテグレーター、第三者、及び／又はオペレーター（例えば顧客）によって実施又は実行される。本明細書の目的のために、システムインテグレーターは、例えば、限定しないが、任意の数の航空機メーカー、および主要システムの下請業者を含むことができ、第三者は、例えば、限定しないが、任意の数のベンダー、下請業者、及び供給業者を含むことができ、オペレーターは、例えば、限定しないが、航空会社、リース会社、軍事団体、サービス機関などであり得る。

図２に示されるように、方法１００によって製造された航空機２００は、複数のシステム２２０および内装２２２を有する機体２１８を備える。システム２２０の高レベルシステムの例には、推進システム２２４、電気システム２２６、油圧システム２２８、環境システム２３０、及び冗長電流和フィードバックアクチュエータシステム２３２のうちの１以上が含まれる。任意の数の他のシステムが含まれてもよい。航空宇宙産業の例を示したが、本発明の実施形態は、他の産業にも適用され得る。

本明細書の中で具現化された装置と方法は、方法１００の１以上の任意の段階で採用することができる。例えば、生産段階１０８に対応する構成要素又はサブアセンブリは、航空機２００の運航中に生産される構成要素又はサブアセンブリに類似の方法で作製又は製造される。加えて、１以上の装置の実施形態、方法の実施形態、又はそれらの組み合わせは、例えば、航空機２００の組立てを実質的に効率化するか、又は航空機２００のコストを削減することにより、製造段階１０８及び１１０の間に利用することができる。同様に、装置の実施形態、方法の実施形態、又はそれらの組み合わせのうちの１以上を、航空機２００の運航中に、例えば限定しないが、整備及び保守１１６に利用することができる。

飛行操縦翼面は、究極的には飛行経路を制御するために、アクチュエータ（油圧式又は電動式）によって変位される。そのような飛行操縦翼面は、例えば、しかし限定されることなく、ピッチ制御のためのエレベータ、ロール制御のためのエルロン及びフラッペロン、ヨー制御のためのラダー、又は他の飛行操縦翼面を備える。単一の飛行操縦翼面に平行に取り付けられる複数のアクチュエータがしばしば存在し、多くの場合それらは、通常の状態において駆動される。各々のアクチュエータが飛行操縦翼面を位置決めするその変位を制御する制御機構（例えば、電気的な、機械的な）が存在する。通常の状態において、単一の／同じ翼面の上のアクチュエータは調和して働き、飛行操縦翼面を命令された位置まで変位させる。しかしながら、アクチュエータ又はその制御装置の中の異常は、影響を受けたアクチュエータ（「非最適なアクチュエータ」）が、命令された位置とは異なる位置まで飛行操縦翼面を変位させようとする原因となる。

本開示の実施形態は、サーボ弁及び電流和（「電流和」、又は複数のコイルを通る全電流）フィードバックループの中で加算される流束が、複数のアクチュエータ制御装置の各々におけるフィードバックパラメータとして使用され、ほぼ完璧な不具合抑制能力を達成する、システム及び方法を提供する。「電流和」は、電流の合計のことを言及しており、それゆえ本文書の中で、電流和、電流の合計、及び全電流は、相互に交換可能に使用され得る。

図３は、既存のアクチュエータ制御装置３００の図である。従来のアクチュエータ３０２のアクチュエータ出力３１０は、望ましい出力３０６（命令３０６）と、測定される出力３０４（フィードバック３０４）との差異３０８によって制御される。ピストン位置３１０は、このやり方で制御されるアクチュエータ出力３１０の一実施例である。命令３０６とフィードバック３０４との差異３０８は、適切な制御電流３１４を決定して、フィードバック３０４を命令３０６に近づけるように使用される。アクチュエータ制御装置３１６は、制御電流３１４の出力が差異３０８と比例するように設定される場合を示すが、他にも利用可能な多くの制御方法が存在する。制御電流３１４は、上述された様々な方法において機械的な出力に変換される。

図４は、本開示の一実施形態による、全電流の内側ループを伴う例示的な平行二重アクチュエータ制御装置システム４００の図である。従来のアクチュエータ３０２のように、アクチュエータ４０２の出力は、フィードバック制御を通じて制御され、測定される出力４１０／４１２（フィードバック４１０／４１２）は、それぞれ望ましい出力４１４／４１６（命令４１４／４１６）に対して比較される。この場合、フィードバック制御ループ４１８及び４２０は、「外側フィードバック制御ループ４１８及び外側フィードバック制御ループ４２０」として言及され、電気的に独立した外側制御ループ４１８／４２０である。この文書において、測定される出力及び測定されるアクチュエータ位置は、相互に交換可能に使用され得る。同様に、この文書において、望ましい出力、命令、及び望ましいアクチュエータ位置は、相互に交換可能に使用され得る。

システム４００は、アクチュエータ４０２、アクチュエータコイル制御装置１（４０６）、アクチュエータコイル制御装置２（４０８）、アクチュエーションコイル電流センサ４６０、及び外側ループフィードバックセンサ４５８を備える。

アクチュエータ４０２は、アクチュエータ４０２を作動させるように構成される、アクチュエーションコイル１（４２２）及びアクチュエーションコイル２（４２４）などの、複数のアクチュエーションコイルを備える。アクチュエーションコイル４２２／４２４は、共通の作動力を備える。

アクチュエーションコイル電流センサ４６０は、アクチュエーションコイル１（４２２）及びアクチュエーションコイル２（４２４）のコイル電流４２６及び４２８の合計を含む、測定される全コイル電流４６２を感知するように構成される。アクチュエーションコイル電流センサ４６０は、下の図８から図１０の議論においてより詳細に説明される。

アクチュエータコイル制御装置１（４０６）及びアクチュエータコイル制御装置２（４０８）は、命令される全コイル電流４３６／４３８及び測定される全コイル電流４６２に基づいて、それぞれ、アクチュエーションコイル１（４２２）及びアクチュエーションコイル２（４２４）を制御するように構成される。

既存のアクチュエータ制御装置３００と比べた場合の制御システム４００における一つの差異は、複数の独立して駆動されるアクチュエーションコイル、すなわちアクチュエーションコイル１（４２２）及びアクチュエーションコイル２（４２４）が存在するということであり、アクチュエーションコイル４２２を通るコイル電流４２６及びアクチュエーションコイル４２４を通るコイル電流４２８は、アクチュエータコイル制御装置１（４０６）及びアクチュエータコイル制御装置２（４０８）によってそれぞれ独立に制御される。

別の差異は、各々の制御パスが、外側フィードバック制御ループ４１８及び外側フィードバック制御ループ４２０のそれぞれに加えて、内側フィードバック制御ループ４３０及び内側フィードバック制御ループ４３２をそれぞれ備えるということである。内側フィードバック制御ループ４３０／４３２に対する制御パラメータは、測定される全コイル電流４６２である。測定される全コイル電流４６２は、複数のアクチュエータコイル制御装置４０６／４０８の各々におけるフィードバックパラメータとして、複数のアクチュエーションコイル４２２／４２４を通って流れる、コイル電流４２６及び４２８の合計、若しくは「電流和」、又は全電流である。それゆえ、測定される全コイル電流、測定される全電流和、電流和の値、及び電流和フィードバックの値は、本文書の中において、相互に交換可能に使用され得る。

外側フィードバック制御ループ４１８は、望ましいアクチュエータ出力４１４と測定されるアクチュエータ出力４１０と差異４４２に基づいて、望ましい電流和４３６（命令される全コイル電流４３６、又は望ましい値４３６）を決定する。内側フィードバック制御ループ４３０（アクチュエーションコイル電流センサ４６０を通して、及びコイル電流の合計４６２を通してフィードバックされる）は、命令される全コイル電流４３６（望ましい全コイル電流４３６、又は望ましい値４３６）と、測定される全コイル電流４６２との電流和の差異に基づいて、その電流増幅器４５０に対する適切な命令４４６（命令出力４４６）を決定して、命令出力４４６を発生しアクチュエータ４０２を制御する。

同様に、外側フィードバック制御ループ４２０は、望ましいアクチュエータ出力４１６と測定されるアクチュエータ出力４１２との差異４４４に基づいて、命令される全コイル電流４３８（望ましい全コイル電流４３８）を決定する。内側フィードバック制御ループ４３２（アクチュエーションコイル電流センサ４６０を通して、及びコイル電流の合計４６２を通してフィードバックされる）は、命令される全コイル電流４３８と測定される全コイル電流４６２との電流和の差異に基づいて、その電流増幅器４５２に対する適切な命令４４８（命令出力４４８）を決定して、命令出力４４８を発生しアクチュエータ４０２を制御する。

望ましい全コイル電流４３６／４３８は、望ましいアクチュエータ電流出力４１４／４１６と、測定されるアクチュエータ電流出力４１８／４２０との出力電流の差異４５４／４５６を含み、命令出力４４６／４４８は、望ましい全コイル電流４３６／４３８及び測定される全コイル電流４６２の間の差異を含む。

システム４００は、電気的非最適性の効果を抑制する。間違ったレベルの電流は、任意の様々な異常モード及び任意の数の異常モードの結果として、１つのアクチュエータコイル制御装置４０６／４０８から出力され、異常モードは、アクチュエータコイル制御装置の電子機器、センサ、又は２つの制御ループの範囲内又は外部の装置における異常モードを含む。異常の源に関わりなく、１つのコイル４２２／４２４における電流の異常は、他のアクチュエータコイル制御装置４０６／４０８の中で、内側ループフィードバックパラメータとして適用される、測定される全コイル電流４６２に直接に影響を与える。その後、アクチュエータコイル制御装置４０６／４０８は、その電流出力を調整して、望ましい値４３６／４３８に向けて電流和の値４６２を調整し、それゆえアクチュエータ出力４６４の上への影響を抑制する。アクチュエータ出力４６４は、コイル電流の合計すなわち測定される全コイル電流４６２によって決定されるので、システム４００は、非最適性の特性に関わらず、冗長制御ループ４１８／４２０及び４３０／４３２のうちの１つにおける電気的非最適性の影響を構造的に抑制する。

二重冗長アーキテクチャが上述された一方で、任意の冗長性（例えば、三重、四重など）は、冗長性のレベルに従って増加する有効性の程度を伴って、非最適性の影響を抑制する。

図５は、本開示の一実施形態による、全電流の内側ループを伴う例示的な平行三重アクチュエータコイル制御装置システム５００（システム５００）の図である。システム５００は、本明細書の中でシステム４００と関連付けて説明される。システム５００は、システム４００と類似の機能、材料、及び構造を有する。それゆえ、共通のフィーチャ、機能、及び要素は本明細書の中において重複して記載していない。

アクチュエーションコイル電流センサ５２８は、アクチュエーションコイル１（４２２）、アクチュエーションコイル２（４２４）、及びアクチュエーションコイル３（５３９）のコイル電流４２６、４２８、及び５２６の合計を含む、測定される全コイル電流５２４を感知するように構成される。アクチュエーションコイル電流センサ５２８は、下の図８から図１０の議論においてより詳細に説明される。

外側フィードバック制御ループ４１８／４２０／５０８は、望ましいアクチュエータ出力４１４／４１６／５１６と、測定されるアクチュエータ出力４１０／４１２／５１８との差異４４２／４４４／５１４に基づいて、望ましい電流和４３６／４３８／５１２（命令される全コイル電流４３６／４３８／５１２）を決定する。内側フィードバック制御ループ４３０／４３２／５０６は、命令される全コイル電流４３６／４３８／５１２と、測定される全電流和５２４（測定される全コイル電流５２４）との差異に基づいて、その電流増幅器４５０／４５２／５２２に対する適切な命令４４６／４４８／５２０を決定する。測定される全コイル電流５２４は、複数のアクチュエータコイル制御装置４０６／４０８／５０４の各々におけるフィードバックパラメータとして、複数のアクチュエーションコイル４２２／４２４／５３０を通って流れる、コイル電流の合計４２６／４２８／５２６、若しくは「電流和」、又は全電流である。

図６は、図３の従来のアクチュエータ３０２においてシミュレートされた不具合に対する、ピストン位置（インチ）プロット６０２、差圧（ポンド／平方インチ絶対圧力）プロット６０４、及び電流（ミリアンペア）プロット６０６を示す例示的な時間履歴プロット６００の図である。プロット６０６によって示されるように、図３の従来のアクチュエータ３０２のアクチュエーションコイル３１２を通る間違った電流６１０は、図７のプロット７０２において示されるような望ましい正弦曲線の命令プロフィールからの逸脱によって表現されるプロット６０２において示されるピストン位置のずれ６１６及び６１８によって示されるのと同様に、プロット６０４において示される差圧６１２と６１４との差異によって示されるように、同じ空気力学的な翼面の上にある機内及び機外のアクチュエータの間の大きな力の闘争をもたらす。

望ましいアクチュエータ出力４１４／４１６／５１６と、測定されるアクチュエータ出力４１０／４１２／５１８との差異４４２／４４４／５１４に基づいて、望ましい電流和４３６／４３８／５１２（命令される全コイル電流４３６／４３８／５１２）を決定する外側フィードバック制御ループ４１８／４２０／５０８、並びに命令される全コイル電流４３６／４３８／５１２と、測定される全コイル電流５２４との差異に基づいて、その電流増幅器４５０／４５２／５２２に対する適切な命令４４６／４４８／５２０を決定する内側フィードバック制御ループ４３０／４３２／５０６によって、システム５００は、ほぼ完ぺきな前例のない非最適性の抑制を提供する。この実施例は、下の時間履歴プロット７００において示される。

図７は、本開示の一実施形態による、図５の平行三重アクチュエータコイル制御装置システム５００においてシミュレートされた不具合の抑制に対する、ピストン位置（インチ）プロット７０２、差圧（ポンド／平方インチ絶対圧力）プロット７０４、及び電流（ミリアンペア）プロット７０６を示す例示的な時間履歴プロット７００の図である。間違ったレベルの制御電流７０８（間違った電流７０８）がサーボ弁の範囲内の１つのアクチュエータコイル４２２／４２４／５３０を通って流れる場合、測定される全コイル電流５２４におけるわずかな変化は、アクチュエーションコイル電流センサ５２８によって感知され、他の２つのアクチュエータコイル制御装置は、間違った電流７０８にただちに対抗する電流を活発に発生するように働き、測定される全コイル電流５２４を命令される全コイル電流４３６／４３８／５１２の大きさに保持する。

このやり方において、間違った電流７０８の影響は、プロット７０２によって示される望ましい正弦曲線の命令プロフィールからの逸脱によって表現されるピストン位置のずれ７１８及び７２０によって示されるのと同様に、プロット７０４において示される差圧７１４と７１６との差異によって表現される力の闘争によって示されるように、無視できるレベルに保持される。これは、図６において示される従来のアクチュエータ３０２などの「従来の」アクチュエータにおいて見られる極端な影響と対比される。

この実施例においてより具体的に、アクチュエーションコイル４２２を通る間違った電流７０８は、例えば、アクチュエーションコイル２（４２４）及びアクチュエーションコイル３（５３０）のそれぞれなどの、他の２つのアクチュエーションコイルを通る電流７１０及び７１２によって実質的にただちに対抗される。それゆえ、同じ空気力学的な翼面の上の機内及び機外のアクチュエータの間のピストン位置のずれと同様に、力の闘争は無視できるレベルまで低減される。

フィードバック制御ループは、各々の制御電流が他の制御電流に電磁気学的に直接に影響するという特徴を導入し、それによって、間違った制御電流は、他の制御電流によって活発にかつただちに対抗される。それゆえ、いずれかのフィードバックループのラインのうちの１つの中の、又は望ましいピストン位置を表現する望ましいアクチュエータ出力４１４などの信号を発生する装置の中の１以上の信号における異常が、間違った電流７０８がアクチュエーションコイル４２２などのアクチュエーションコイルを通って流れる原因となる場合、結果として生ずる磁束８１８／８２０は、位置制御ループの他の２つのラインの中の磁束センサ８０２／８１２（図８、図４及び図５の中のアクチュエーションコイル電流センサ４６０／５２８）によって感知される。今度は、このことが、電流が他の２つのアクチュエーションコイル４２４／５２６の中を流れる原因となり、間違った電流７０８によって生成されるものに対抗する磁束８１８／８２０を生成する。

円筒形ピストンの２つの側面の間の油圧における差異、「差圧」、は、アクチュエータ４０２に適用される負荷又はアクチュエータ４０２による出力に実質的に比例する。この差圧は、力センサーによって測定され監視される。力センサーは、少なくとも２つの測定されるアクチュエータ力を監視する。システム４００／５００は、「差圧」が力を測定するために使用されない電気機械的なアクチュエータなどの他の種類のアクチュエータを備えることもできる。この場合、力測定の他の手段は、歪みゲージ又は他の力の測定の手段などとして使用されるが、それらに限定されるものではない。

図８は、本開示の一実施形態による、独立した電流測定８００の図である。図９は、本開示の一実施形態による、図８の独立した電流測定における全電流の派生９００の図である。

複数のセンサコイル８０４／８１４は、それぞれのアクチュエーションコイル４２２／４２４のうちの１つを作動させるアクチュエーション電流４２６／４２８を受信するように構成される。センサコイル８０４／８１４は、センサコイル８０４／８１４が測定している電気回路から発生する電流から独立しており、それによって、共通の電気的な異常が、別のアクチュエータコイル制御装置に対するフィードバックとして適用される測定結果を破損することと平行して、間違った電流７０８などの間違った電流をもたらすことがない。

磁心８０８／８１６は、センサコイル８０４／８１４のそれぞれから磁束８１８／８２０を受信するように構成される。

少なくとも１つの磁束センサ８０２／８１２が、磁心８０８／８１６に結合され、測定される全コイル電流４６２を測定するように構成される。少なくとも１つの磁束センサ８０２／８１２は、例えば、ホール効果センサ、又は他のセンサを備えるが、それらに限定されるものではない。測定される全コイル電流４６２（電流和フィードバックの値）は、任意の数のやり方で派生する。測定される全コイル電流４６２は、電流を制御している装置及び電気回路から電気的に独立したやり方において測定される（共通の装置又は電気回路の異常に対処する別の保護手段が提供されなければ）。

上で説明されたように、これによって、他のアクチュエータコイル制御装置に対するフィードバックパラメータとして適用される測定結果を破損することと平行して、共通の電気的な異常が間違った電流をもたらすことはない。例えば、システム４００は、間違った電流がアクチュエーションコイル１（４２２）を流れる原因となり、アクチュエータコイル制御装置２（４０８）において使用される全電流の測定結果を破損する、異常を避けるべきである。

図８及び図９において、アクチュエータコイル制御装置４０６及び４０８（図４を見よ）などの複数の制御装置の各々は、電気的に独立した手段を通じて互いのアクチュエータコイル電流を測定して、それぞれの隣接するコイル電流を測定し、それぞれの隣接するコイル電流をそれぞれの局所コイル電流と合計し、フィードバックパラメータとして測定される全コイル電流４６２を生成する。

例えば、アクチュエータコイル制御装置４０６は、アクチュエータコイル４２２のコイル電流４２６などのそれ自身の局所コイル電流（測定されるコイル電流８２６）を測定し、アクチュエータコイル４２４のコイル電流４２８などの隣接するコイル電流（測定されるコイル電流８２８）を測定し、コイル電流４２８／８２８をコイル電流４２６／８２６と合計し、フィードバックパラメータとして測定される全コイル電流９０２／４６２を生成する。

同様に、アクチュエータコイル制御装置４０８は、アクチュエータコイル４２４のコイル電流４２８などのそれ自身の局所コイル電流（測定されるコイル電流８２８）を測定し、アクチュエータコイル４２２のコイル電流４２６などの隣接するコイル電流（測定されるコイル電流８２６）を測定し、コイル電流４２８／８２８をコイル電流４２６／８２６と合計し、フィードバックパラメータとして測定される全コイル電流９０４／４６２を生成する。

独立した測定は、この実施例において、電流４２６／４２８が、センサコイル８０４／８１４のそれぞれを通って流れ、それぞれの磁心８０８／８１６におけるそれぞれのギャップ８０６／８１０の中で測定されるそれぞれの磁束８１８／８２０を発生する、磁束センサ８０２／８１２によって達成される。

加えて、アクチュエータ５０２の種類に応じて、実施形態は、図１０に示されるように、測定目的で外部のセンサコイル８０４／８１４を設置するよりもむしろ、アクチュエーションコイル４２２／４２４を直接的に使用して、測定される全コイル電流４６２（又はそれに非常に近い値）を独立して測定又は導出する。

図１０は、本開示の一実施形態による、全電流の測定１０００の図である。図１０は、測定される全コイル電流４６２が、２つのセンサコイル８０４／８１４によって発生される磁束８１８／８２０（図８）を磁気的に合計することによって測定される、別の実施例を示している。

２つのアクチュエータコイル制御装置４０６及び４０８（図４）は、２つのセンサコイル８０４／８１４によって発生される磁束８１８／８２０を磁気的に合計することによって、全コイル電流４６２を測定する。独立した測定は、この実施例において、電流４２６／４２８が、センサコイル８０４／８１４を通って流れ、磁束８１８／８２０を発生し、それらの合計（１００４／４６２及び１００６／４６２）が磁心１００２におけるギャップ８０６及び８１０の中でそれぞれ測定される、磁束センサ８０２／８１２によって達成される。

図８から図１１における方法は、他のレベルの冗長（例えば、三重、四重など）に対して測定される全コイル電流４６２を導出するために展開され得る。

図１１は、本開示の一実施形態による、アクチュエータコイル制御装置における非最適性の抑制のための工程１１００を示す例示的な流れ図である。工程１１００に関連して実行される様々なタスクは、機械的に実行されるか、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、工程方法を実行するためのコンピュータ実行可能指令を有するコンピュータ可読媒体、又はそれらの組み合わせによって実行される。工程１１００は、任意の数の追加タスク又は代替タスクを含んでもよく、図１１に示されるタスクは必ずしも図示の順序で実行されなくともよく、工程１１００は、本明細書の中に記載されない追加の機能性を有するもっと包括的な手順又は工程に包含されてもよい。

図解する目的で、工程１１００の以下の説明が、図４又は図５、及び図７から図１０に関連して上述した要素に言及する場合がある。いくつかの実施形態において、工程１１００の各部分は、システム４００又はシステム５００の異なる要素によって実行されてもよく、それらの例は、外側フィードバック制御ループ４１８／４２０／５０８、内側フィードバック制御ループ４３０／４３２／５０６、電流増幅器４５０／４５２／５２２、アクチュエーションコイル４２２／４２４／５２６、センサコイル８０４／８１４、磁束センサ８０２／８１２などである。工程１１００は、図４又は図５、及び図７から図１０において示される実施形態に類似する機能、材料、及び構造を有する。それゆえ、共通のフィーチャ、機能、及び要素は本明細書の中において重複して記載していない。

工程１１００は、アクチュエーションコイル電流センサ４６０などのアクチュエーションコイル電流センサを用いて、アクチュエータ４０２などのアクチュエータのアクチュエーションコイル４２２／４２４などの複数のアクチュエーションコイルの各々のコイル電流の合計を含む、測定される全コイル電流４６２などの測定される全コイル電流を感知することによって始められる（タスク１１０２）。

その後、工程１１００は、命令される全コイル電流４３６／４３８などの命令される全コイル電流、及び測定される全コイル電流４６２に基づいて、アクチュエータコイル制御装置４０６／４０８などの複数のアクチュエータコイル制御装置を用いて、アクチュエーションコイル４２２／４２４を制御することによって継続される（タスク１１０４）。アクチュエータコイル制御装置４０６／４０８を用いてアクチュエーションコイル４２２／４２４を制御することは、命令される全コイル電流４３６／４３８と測定される全コイル電流４６２との差異（電流和差異）に基づくことができる。

その後、工程１１００は、アクチュエーションコイル４２２／４２４を介してアクチュエータ４０２を作動させることによって継続される（タスク１１０６）。

工程１１００は、望ましい出力４１４／４１６などの望ましいアクチュエータ位置、及び測定される出力４１０／４１２などの測定されるアクチュエータ位置を受信することによって継続される（タスク１１０８）。

工程１１００は、望ましい出力４１４／４１６などの望ましいアクチュエータ位置、及び測定される出力４１０／４１２などの測定されるアクチュエータ位置に基づいて、命令される全コイル電流４３６／４３８を発生することによって継続される（タスク１１１０）。

工程１１００は、アクチュエーションコイル４２２／４２４のうちの１つをそれぞれ作動させるアクチュエータ電流４２６／４２８などのアクチュエータ電流を、センサコイル８０４／８１４などの複数のセンサコイルの各々において、受信することによって継続される（タスク１１１２）。

工程１１００は、磁心８０８／８１６などの磁心の中のセンサコイル８０４／８１４から、磁束８１８／８２０などの磁束を受信することによって継続される（タスク１１１４）。

工程１１００は、磁心８０８／８１６に結合される磁束センサ８０２／８１２などの少なくとも１つのセンサによって、測定される全コイル電流４６２を測定することによって継続される（タスク１１１６）。

このやり方において、システム及び方法は、アクチュエータの中の異常を抑制するために提供される。

上の説明は、「接続」又は「結合」される、要素、又はノード、又はフィーチャについて一緒に言及している。本明細書の中において使用される"接続される"とは、別途明記されていない限り、一つの要素／ノード／フィーチャが別の要素／ノード／フィーチャに、必ずしも機械的にではなく、直接結合（または直接通信）していることを意味する。同様に、特に明記しない限り、「結合された」とは、一つの要素／ノード／フィーチャが別の要素／ノード／フィーチャに必ずしも機械的にではなく、直接あるいは間接的に連結している（又は直接あるいは間接的に通信している）ことを意味する。このように、図４又は図５では要素の例示的な構成を示したが、本開示の一実施形態において、追加的な仲介要素、デバイス、フィーチャ、又は構成要素が存在してもよい。

本明細書で使用される用語及び表現、並びにそれらの変化形は、別途明確な記載がない限り、限定的なものではなく、変更可能なものとして解釈すべきである。その例として、「含む」という表現は、「限定せずに含む」などを意味するものと理解することができ、「例」は、議論されるアイテムを説明する事例を提供するために使用されているのであり、その排他的又は限定的なリストではない。「従来の」、「常套的な」、「通常の」、「標準の」、「既知の」、及び同様の意味を有する表現は、記載されているアイテムを、所定の時期に限定しているわけでも、ある時期に入手可能であるアイテムに限定しているわけでもなく、現在又は未来のいずれかの時期における「従来技術、常套的技術、通常の技術、又は標準的技術と理解すべきである。

同様に、「及び」でつながったアイテムのグループは、グループ分けにおいてそれらのアイテムの各々、また全てが存在することが要求されると理解すべきではなく、特に明記しない限り、「及び／又は」でつながったものとして理解すべきである。同様に、「又は」でつながったアイテムのグループは、グループ内で相互排他性が要求されると理解すべきではなく、特に明記しない限り、「及び／又は」でもつながったものとして理解すべきである。

さらに、本発明のアイテム、要素、又は構成要素が単一形で記載又は特許請求されているかもしれないが、明確な記載がない限り、本発明の範囲内で複数形も考慮される。一部の事例において"１以上の"、"少なくとも"、"限定されないが"などの広義的な用語および同様の表現が使用されているということは、そのような広義的な表現がない場合に、より狭い範囲を意図するまたはより狭い範囲を要求することを意味していると読み取るべきではない。数字により表現される値または範囲に言及して"約"という場合、測定時に起こりうる実験誤差により生じる値を包含することを意図している。

本開示の一態様にしたがって、アクチュエータを作動するように構成される複数のアクチュエーションコイルを備えるアクチュエータを備える冗長電流和フィードバックアクチュエータシステムが存在し、システムはさらに；アクチュエーションコイルの各々のコイル電流の合計を含む測定される全コイル電流を感知するように構成されるアクチュエーションコイル電流センサ；及び命令される全コイル電流と測定される全コイル電流との電流和の差異に基づいてアクチュエーションコイルを制御するように構成される複数のアクチュエータコイル制御装置を備える。

システムはさらに、測定される全コイル電流を感知するように構成され、アクチュエーションコイルのうちの１つをそれぞれ作動するアクチュエータ電流を受信するように構成される複数のセンサコイルを備える、アクチュエーションコイル電流センサ；センサコイルから磁束を受信するように構成される磁心；及び磁心に結合され、測定される全コイル電流を測定するように構成される少なくとも１つのセンサを備える。

システムは、望ましいアクチュエータ位置及び測定されるアクチュエータ位置を受信するように各々が構成され；及び望ましいアクチュエータ位置及び測定されるアクチュエータ位置に基づいて、命令される全コイル電流を発生するように各々が構成される、複数の電気的に独立した外側制御ループを備える、外側フィードバック制御ループを備える。

システムでは、アクチュエーションコイルは、共通の作動力を備える。

本開示の一態様にしたがって、アクチュエータ制御システムにおける非最適性を抑制するための方法が提供され、方法は、アクチュエーションコイル電流センサを用いて、アクチュエータの複数のアクチュエーションコイルの各々のコイル電流の合計を含む測定される全コイル電流を感知すること；及び命令される全コイル電流と測定される全コイル電流との電流和の差異に基づいて、複数のアクチュエータコイル制御装置を用いて、アクチュエーションコイルを制御することを含む。

方法はさらに、アクチュエーションコイルを介してアクチュエータを作動することを含む。

方法は、望ましいアクチュエータ位置及び測定されるアクチュエータ位置を受信すること；及び望ましいアクチュエータ位置及び測定されるアクチュエータ位置に基づいて、命令される全コイル電流を発生することを含む。

方法はさらに、複数のセンサコイルの各々において、アクチュエーションコイルのうちの１つをそれぞれ作動するアクチュエータ電流を受信すること；磁心の中のセンサコイルから磁束を受信すること；及び磁心に結合される少なくとも１つのセンサによって、測定される全コイル電流を測定することを含む。

本開示の一態様にしたがって、望ましい全コイル電流、及びアクチュエータの複数のアクチュエーションコイルの各々のコイル電流の合計を含む、測定される全コイル電流を受信するように構成される、内側フィードバック制御ループを備える冗長電流和フィードバックアクチュエータ制御装置が提供され、内側フィードバック制御ループはさらに、望ましい全コイル電流と測定される全コイル電流との電流和の差異に基づいて、アクチュエーションコイルを制御するように構成される。

冗長電流和フィードバックアクチュエータ制御装置はさらに、測定される全コイル電流を感知するように構成され、アクチュエーションコイルのうちの１つをそれぞれ作動するアクチュエータ電流を受信するように構成される複数のセンサコイルを備える、アクチュエーションコイル電流センサ；センサコイルからの磁束を受信するように構成される磁心；及び磁心に結合され、測定される全コイル電流を測定するように構成される少なくとも１つのセンサを備える。

冗長電流和フィードバックアクチュエータ制御装置はさらに、望ましいアクチュエータ位置及び測定されるアクチュエータ位置を受信するように各々が構成され；及び望ましいアクチュエータ位置及び測定されるアクチュエータ位置に基づいて命令される全コイル電流を発生するように各々が構成される、複数の電気的に独立した各外側制御ループを備える、外側フィードバック制御ループを備える。

冗長電流和フィードバックアクチュエータ制御装置では、アクチュエーションコイルは、共通の作動力を備える。

冗長電流和フィードバックアクチュエータ制御装置では、冗長電流和フィードバックアクチュエータ制御装置が、航空機の飛行操縦翼面を制御する。

冗長電流和フィードバックアクチュエータ制御装置はさらに、望ましい全コイル電流と測定される全コイル電流との電流和の差異を受信し、命令出力を発生してアクチュエータを制御するために使用可能な、電流増幅器を備える。

冗長電流和フィードバックアクチュエータ制御装置では、望ましい全コイル電流は、望ましいアクチュエータ電流出力と測定されるアクチュエータ電流出力との出力電流の差異を含む。

冗長電流和フィードバックアクチュエータ制御装置では、アクチュエーションコイルは、アクチュエータを作動するように構成される。

冗長電流和フィードバックアクチュエータ制御装置では、測定される全コイル電流は、複数の制御装置の各々におけるフィードバックパラメータとして、アクチュエータのアクチュエーションコイルのコイル電流の合計を含む。

冗長電流和フィードバックアクチュエータ制御装置では、測定される全コイル電流は、制御装置の各々のセンサコイルによって発生される磁束を磁気的に合計することによって測定される。

冗長電流和フィードバックアクチュエータ制御装置では、制御装置の各々は、電気的に独立した手段を通じて互いのアクチュエータコイル電流を測定して、それぞれの隣接するコイル電流を測定し、それぞれの隣接するコイル電流をそれぞれの局所コイル電流と合計して、フィードバックパラメータとして測定される全コイル電流を生成する。

冗長電流和フィードバックアクチュエータ制御装置では、アクチュエーションコイルのうちの１つを通る間違った電流は、電流がアクチュエーションコイルのうちの他のアクチュエーションコイルの中を流れる原因となり、間違った電流に対抗する磁束を生成して、それによって同じ翼面の上のアクチュエータの間の力の闘争を低減させる。

１００ 方法
１０４ ブロック
１０６ ブロック
１０８ ブロック
１１０ ブロック
１１２ ブロック
１１４ ブロック
１１６ ブロック
２００ 航空機
２１８ 機体
２２０ システム
２２２ 内装
２２４ 推進システム
２２６ 電気システム
２２８ 油圧システム
２３０ 環境システム
２３２ 冗長電流和フィードバックアクチュエータシステム
３００ 既存のアクチュエータ制御装置
３０２ 従来のアクチュエータ
３０４ フィードバック
３０６ 命令
３０８ 差異
３１０ アクチュエータ出力
３１２ アクチュエーションコイル
３１４ 制御電流
４００ 平行二重アクチュエータ制御装置システム
４０２ アクチュエータ
４０６ アクチュエータコイル制御装置１
４０８ アクチュエータコイル制御装置２
４１０ 測定される出力
４１２ 測定される出力
４１４ 望ましい出力
４１６ 望ましい出力
４１８ 外側フィードバック制御ループ
４２０ 外側フィードバック制御ループ
４２２ アクチュエーションコイル１
４２４ アクチュエーションコイル２
４２６ コイル電流
４２８ コイル電流
４３０ 内側フィードバック制御ループ
４３２ 内側フィードバック制御ループ
４３６ 命令される全コイル電流
４３８ 命令される全コイル電流
４４２ 差異
４４４ 差異
４４６ 命令出力
４４８ 命令出力
４５０ 電流増幅器
４５２ 電流増幅器
４５４ 差異
４５６ 差異
４５８ 外側ループフィードバックセンサ
４６０ アクチュエーションコイル電流センサ
４６２ 測定される全コイル電流
４６４ アクチュエータ出力
５００ 平行三重アクチュエータコイル制御装置システム
５０２ アクチュエータ
５０６ 内側フィードバック制御ループ
５０８ 外側フィードバック制御ループ
５１２ 命令される全コイル電流
５１４ 差異
５１６ 望ましいアクチュエータ出力
５１８ 測定されるアクチュエータ出力
５２０ 適切な命令
５２２ 電流増幅器
５２４ 測定される全コイル電流
５２６ コイル電流
５２８ アクチュエーションコイル電流センサ
５３０ アクチュエーションコイル
６００ 例示的な時間履歴プロット
６０２ ピストン位置プロット
６０４ 差圧プロット
６０６ 電流プロット
６１０ 間違った電流
６１２ 差圧
６１４ 差圧
６１６ ピストン位置のずれ
６１８ ピストン位置のずれ
７００ 時間履歴プロット
７０２ ピストン位置プロット
７０４ 差圧プロット
７０６ 電流プロット
７０８ 間違った電流
７１０ 他の２つのアクチュエーションコイルを通る電流
７１２ 他の２つのアクチュエーションコイルを通る電流
７１４ 差圧
７１６ 差圧
７１８ ピストン位置のずれ
７２０ ピストン位置のずれ
８００ 独立した電流測定
８０２ 磁束センサ
８０４ センサコイル
８０６ ギャップ
８０８ 磁心
８１０ ギャップ
８１２ 磁束センサ
８１４ センサコイル
８１６ 磁心
８１８ 磁束
８２０ 磁束
８２６ コイル電流
８２８ コイル電流
９００ 独立した電流測定における全電流の派生
９０２ 測定される全コイル電流
９０４ 測定される全コイル電流
１０００ 全電流の測定
１００２ 磁心
１００４ 測定される全コイル電流
１００６ 測定される全コイル電流
１１００ 工程
１１０２ タスク
１１０４ タスク
１１０６ タスク
１１０８ タスク
１１１０ タスク
１１１２ タスク
１１１４ タスク
１１１６ タスク

Claims (10)

1. 望ましい全コイル電流、及びアクチュエータの複数のアクチュエーションコイルの各々のコイル電流の合計を含む測定される全コイル電流を受信し、
   前記望ましい全コイル電流と前記測定される全コイル電流との電流和の差異に基づいて、前記アクチュエーションコイルを制御する
   ように構成される内側フィードバック制御ループを備える冗長電流和フィードバックアクチュエータ制御装置。
2. 前記測定される全コイル電流を感知するように構成されるアクチュエーションコイル電流センサをさらに備え、前記アクチュエーションコイル電流センサは、
   前記アクチュエーションコイルのうちの１つをそれぞれ作動するアクチュエータ電流を受信するように構成される複数のセンサコイルと、
   前記センサコイルから磁束を受信するように構成される磁心と、
   前記磁心に結合され、前記測定される全コイル電流を測定するように構成される少なくとも１つのセンサと
   を備える、請求項１に記載の冗長電流和フィードバックアクチュエータ制御装置。
3. 望ましいアクチュエータ位置及び測定されるアクチュエータ位置を受信し、
   前記望ましいアクチュエータ位置及び前記測定されるアクチュエータ位置に基づいて、前記望ましい全コイル電流を発生する
   ように各々が構成される複数の電気的に独立した外側制御ループを備える外側フィードバック制御ループをさらに備える、請求項１又は２に記載の冗長電流和フィードバックアクチュエータ制御装置。
4. 前記アクチュエーションコイルは共通の作動力を備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の冗長電流和フィードバックアクチュエータ制御装置。
5. 航空機の飛行操縦翼面を制御する、請求項１から４のいずれか一項に記載の冗長電流和フィードバックアクチュエータ制御装置。
6. 前記望ましい全コイル電流と前記測定される全コイル電流との前記電流和の差異を受信し、命令出力を発生してアクチュエータを制御するように動作可能な電流増幅器をさらに備える、請求項１から５のいずれか一項に記載の冗長電流和フィードバックアクチュエータ制御装置。
7. 前記望ましい全コイル電流は、望ましいアクチュエータ電流出力と測定されるアクチュエータ電流出力との出力電流の差異を含む、請求項６に記載の冗長電流和フィードバックアクチュエータ制御装置。
8. 前記アクチュエーションコイルはアクチュエータを作動するように構成される、請求項１に記載の冗長電流和フィードバックアクチュエータ制御装置。
9. 前記測定される全コイル電流は、複数の制御装置の各々におけるフィードバックパラメータとして、前記アクチュエータの前記アクチュエーションコイルの前記コイル電流の合計を含む、請求項８に記載の冗長電流和フィードバックアクチュエータ制御装置。
10. 前記測定される全コイル電流は、前記制御装置の各々のセンサコイルによって発生される磁束を磁気的に合計することによって測定される、請求項９に記載の冗長電流和フィードバックアクチュエータ制御装置。

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