Brevet FR3152895A1 — publié le 20250314

L’invention concerne un système (100) de commande d’un aéronef, comportant : - une commande de vol (101) mobile ; - un système de retour actif (106) de la commande de vol (101), comportant : un moteur électrique (108) d’entraînement de la commande de vol (101), un dispositif de mesure (112) conçu pour fournir une mesure ( ) représentative d’une position ( ) de la commande de vol (101), et un dispositif (114) de commande du moteur électrique (108) conçu pour fournir une consigne de couple au moteur électrique (108) à partir de la mesure ( ) et d’une consigne de position ( ) ; et - un dispositif (118) de détection d’une prise en main de la commande de vol (101). Le dispositif de détection (118) comporte un observateur d’état (120) conçu pour fournir, à partir de la mesure ( ), une estimation ( ) d’un effort externe ( ) appliqué à la commande de vol (101), l’observateur d’état (120) utilisant une modélisation de la commande de vol (101) et du système de retour actif (106), et en ce que le dispositif de détection (118) est conçu pour détecter la prise en main de la commande de vol (101) à partir de l’estimation ( ) de l’effort externe ( ). Figure pour l’abrégé : Fig. 1 DÉTECTION D’UNE PRISE EN MAIN D’UNE COMMANDE DE VOL Domaine technique de l’invention La présente invention concerne un système de commande avec un dispositif de détection d’une prise en main d’une commande de vol, et procédé de détection d’une prise en main d’une commande de vol et un programme d’ordinateur correspondant. Arrière-plan technologique On connait de l’état de la technique un système de commande d’un aéronef, comportant : une commande de vol mobile ; un système de retour actif de la commande de vol, comportant : un moteur électrique d’entraînement de la commande de vol, un dispositif de mesure conçu pour fournir une mesure représentative d’une position de la commande de vol, et un dispositif de commande du moteur électrique conçu pour fournir une consigne de couple au moteur électrique à partir de la mesure et d’une consigne de position ; et un dispositif de détection d’une prise en main de la commande de vol. Le dispositif de détection utilise généralement un capteur capacitif. La détection est alors basée sur un changement de capacité lorsque la commande de vol est prise en main. Alternativement, il est également connu d’utiliser un capteur d'effort. Dans les deux cas, le dispositif de détection implique l’ajout d’éléments à la commande de vol (élément capacité dans le premier cas, capteur d’effort dans le second), qui présentent donc un coût supplémentaire de par leur achat, mais également leur intégration nécessitant par exemple des études de sécurité, critiques dans le domaine avionique. Il peut ainsi être souhaité de prévoir un système de commande qui permette de s’affranchir d’au moins une partie des problèmes et contraintes précités. Il est donc proposé un système de commande d’un aéronef, comportant : une commande de vol mobile ; un système de retour actif de la commande de vol, comportant : un moteur électrique d’entraînement de la commande de vol, un dispositif de mesure conçu pour fournir une mesure représentative d’une position de la commande de vol, et un dispositif de commande du moteur électrique conçu pour fournir une consigne de couple au moteur électrique à partir de la mesure et d’une consigne de position ; et un dispositif de détection d’une prise en main de la commande de vol ; caractérisé en ce que le dispositif de détection comporte un observateur d’état conçu pour fournir, à partir de la mesure, une estimation d’un effort externe appliqué à la commande de vol, l’observateur d’état utilisant une modélisation de la commande de vol et du système de retour actif, et en ce que le dispositif de détection est conçu pour détecter la prise en main de la commande de vol à partir de l’estimation de l’effort externe. Ainsi, grâce à l’invention, la détection de prise en main utilise la mesure réalisée par le dispositif de mesure, ce dernier étant de toute façon présent pour permettre la fonction de retour actif. Il n’est donc pas nécessaire d’ajouter un élément supplémentaire à la commande de vol. L’invention peut en outre comporter l’une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes, selon toute combinaison techniquement possible. De façon optionnelle, l’observateur d’état est linéaire proportionnel intégral. De façon optionnelle également, l’observateur d’état utilise un état comportant au moins un parmi : une position angulaire du moteur électrique, une vitesse angulaire du moteur électrique, la position de la commande de vol et une vitesse de la commande de vol. De façon optionnelle également, le système de retour actif comporte une chaîne mécanique connectant le moteur électrique à la commande de vol. De façon optionnelle également, le système de commande comporte un système de pilotage automatique conçu pour fournir la consigne de position et un dispositif de commande du moteur électrique conçu pour fournir, au moteur électrique, une consigne de couple à partir de la consigne de position et de la mesure. De façon optionnelle également, le système de pilotage automatique est conçu pour se désactiver, en particulier pour cesser de fournir la consigne de position, lorsqu’une prise en main de la commande de vol est détectée et/ou pour s’activer, en particulier pour fournir la consigne de position, lorsqu’une absence de prise en main de la commande de vol est détectée. De façon optionnelle également, la commande de vol actionne au moins l’un parmi : une gouverne de l’aéronef, une incidence de pâles d’un rotor ou bien d’une hélice, une direction d’un train d’atterrissage, un actionneur piloté. De façon optionnelle également, la commande de vol comporte un manche. De façon optionnelle également, la mesure représentative de la position de la commande de vol est cette position de la commande de vol, et la consigne de position est une consigne de cette position de la commande de vol. Il est également proposé un procédé de détection d’une prise en main d’une commande de vol mobile, caractérisé en ce qu’il comporte : une estimation par un observateur d’état d’un effort externe appliqué à la commande de vol, l’observateur d’état utilisant une modélisation de la commande de vol et d’un système de retour actif de la commande de vol, l’estimation étant réalisée à partir d’une mesure représentative d’une position de la commande de vol, le système de retour actif comportant : un moteur électrique d’entraînement de la commande de vol, un dispositif de mesure conçu pour fournir la mesure, et un dispositif de commande du moteur électrique conçu pour fournir une consigne de couple au moteur électrique à partir de la mesure et d’une consigne de position ; et une détection de la prise en main de la commande de vol à partir de l’estimation de l’effort externe. Il est également proposé un programme d’ordinateur téléchargeable depuis un réseau de communication et/ou enregistré sur un support lisible par ordinateur, caractérisé en ce qu’il comprend des instructions pour l’exécution des étapes d’un procédé selon l’invention, lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur Brève description des figures L’invention sera mieux comprise à l’aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels : la FIG. 1 est une vue fonctionnelle d’un système de commande dans lequel l’invention est mise en œuvre, la FIG. 2 est une vue schématique illustrant un exemple d’une modélisation d’une commande de vol et d’un système de retour actif du système de commande de la FIG. 1 , la FIG. 3 est une vue fonctionnelle d’un exemple d’un observateur d’état d’un dispositif de détection de prise en main du système de commande de la FIG. 1 , la FIG. 4 est un graphique illustrant l’évolution au cours du temps de différents signaux du système de commande de la FIG. 1 , dans un exemple d’utilisation, et la FIG. 5 est une vue fonctionnelle d’un dispositif informatique dans lequel le dispositif de détection peut être implémenté. Description détaillée de l’invention En référence à la FIG. 1 , un exemple d’un système de commande 100 d’un aéronef, dans lequel l’invention est mise en œuvre, va à présent être décrit. Le système de commande 100 comporte tout d’abord une commande de vol 101 présentant une position pouvant être changée. La commande de vol 101 est en particulier conçue pour être prise en main et manipulée par un pilote de l’aéronef pour en changer la position, cette position définissant un ou plusieurs paramètres de vol. Un paramètre de vol possible est par exemple une orientation d’une gouverne 104 de l’aéronef. La commande de vol 101 comporte par exemple un manche 102 mobile en rotation et présentant ainsi une position angulaire pouvant être changée par le pilote. La gouverne 104 est alors par exemple actionnée par le manche 102, de manière à ce que son orientation dépende de la position angulaire du manche 102. Le système de commande 100 comporte en outre un système de retour actif 106 de la commande de vol 101, conçu pour déplacer cette dernière à une position de consigne, sans intervention externe en particulier du pilote. Le système de retour actif 106 comporte tout d’abord un moteur électrique 108 d’entraînement de la commande de vol 101. Le système de retour actif 106 peut en outre comporter une chaîne mécanique 110 par laquelle la commande de vol 101 est connectée au moteur électrique 108. Le système de retour actif 106 comporte en outre un dispositif de mesure 112 conçu pour fournir une mesure représentative de la position de la commande de vol 101. Cette mesure est par exemple une mesure de la position de la commande de vol 101 et/ou une mesure d’une position angulaire du moteur électrique 108. Dans le cas du manche 102, comme dans l’exemple illustré, il s’agit par exemple d’une mesure de la position angulaire du manche 102. Le système de commande 100 comporte en outre un dispositif de commande 114 du moteur 108 conçu pour fournir une consigne de couple au moteur 108 à partir de la mesure (la mesure de la position angulaire du manche dans l’exemple illustré) et d’une consigne de position (une consigne de la position angulaire du manche 102 dans l’exemple illustré). Par la suite, on va décrire plus spécifiquement le cas du manche 102 et de l’utilisation de sa position angulaire . Ainsi, la mesure utilisée sera la mesure de cette position angulaire et la consigne s’appliquera à cette position angulaire . Cependant, ce cas n’est pas limitatif et la personne du métier pourra aisément adapter la description qui va suivre au cas d’autres types de commandes de vol, comme un volant, et à d’autres positions mesurées représentatives de la position de la commande de vol, comme la position angulaire du moteur électrique 108. Le système de commande 100 comporte en outre un système de pilotage automatique 116 conçu en particulier pour fournir la consigne de position au dispositif de commande 114. Le système de commande 100 comporte en outre un dispositif 118 de détection d’une prise en main du manche 102 par le pilote. Le dispositif de détection 118 comporte tout d’abord un observateur d’état 120 conçu pour fournir une estimation de l’effort externe , à partir au moins de la mesure de position , par exemple à partir de la mesure de position et de la consigne de couple , comme dans l’exemple illustré. Le dispositif de détection 118 comporte en outre par exemple un comparateur 122 conçu pour comparer une valeur absolue de l’estimation à un seuil prédéfini. Le comparateur 122 est ainsi conçu pour détecter une prise en main du manche lorsque la valeur absolue de l’estimation est supérieure au seuil prédéfini et pour détecter une absence de prise en main lorsque la valeur absolue de l’estimation est inférieure au seuil prédéfini. Le comparateur 122 est ainsi conçu pour fournir un résultat de détection D indiquant soit la prise en main, soit l’absence de prise en main. Ce résultat de détection D est par exemple fournit au système de pilotage automatique 116, ce dernier étant alors conçu pour se désactiver, en particulier pour cesser de fournir la consigne de position , lorsque le résultat de détection D indique une prise en main du manche 102 et/ou pour s’activer, en particulier pour fournir la consigne de position , lorsque le résultat de détection indique une absence de prise en main du manche 102. En référence à la FIG. 2 , un exemple d’une modélisation 200 pouvant être utilisée par l’observateur d’état 120 va à présent être décrite. La modélisation 200 modélise au moins le manche 102 et le système de retour actif 106, et tient compte de l’effort externe . La modélisation 200 est par exemple linéaire. Ainsi, le manche 102 et le système de retour actif 106 peuvent être modélisés par la représentation d’état suivante : , où est une matrice d’état, est une matrice de commande associée à la consigne de couple moteur , est une matrice de commande associée au couple externe , est une matrice d’observation, est un vecteur d’état, et est un vecteur de mesure. Le vecteur d’état comporte par exemple au moins un parmi : la position angulaire du manche 102, une vitesse angulaire du manche 102, la position angulaire du moteur électrique 108, et une vitesse angulaire du moteur électrique 108. De préférence, le vecteur d’état comporte ces quatre variables. Par ailleurs, le vecteur de mesure comporte par exemple au moins la mesure de position : et . Par exemple, le moteur électrique 108 est modélisé par sa position angulaire , une inertie et un frottement visqueux . Toujours par exemple, la chaîne mécanique 110 est modélisée par un rapport de réduction , une raideur équivalente et un coefficient d’amortissement visqueux équivalent . Toujours par exemple, le manche 102 est modélisé par une inertie . Avec ces modélisations des différents éléments, les matrices de la représentation d’état précédente peuvent par exemple s’exprimer par : , , , et . En référence à la FIG. 3 , un exemple d’un observateur d’état 120 utilisant la modélisation de la FIG. 2 , va à présent être décrit. Dans cet exemple, l’observateur linéaire issu de l’article « Robust control system design with a proportional integral observer » de S. R. Beale et B. Shafai, publié dans le journal « International Journal of control, 1989 – Taylor & Francis » est utilisé. Dans ce cas, l’observateur 120 est linéaire proportionnel intégral et met en œuvre les équations suivantes : , où est un gain proportionnel de l’estimateur, est un gain intégral de l’estimateur, et = est une estimation de la mesure . Comme cela est apparent, l’observateur d’état 120 fonctionne de manière itérative et, à chaque itération, produit en parallèle une estimation de l’état et une estimation de l’effort externe à partir des estimations précédentes, de manière à chercher à annuler l’erreur entre la mesure et son estimation . La vitesse d’annulation de cette erreur se fait, en particulier, en choisissant les gains et adaptés qui garantissent la convergence de l’observateur. Les gains , sont en outre de préférence choisis pour que, en réponse à l’application d’un effort externe constant, l’estimation atteigne 95% de l’effort externe dans un délai de convergence compris de préférence entre 100 ms et 200 ms. Les gains , sont par exemple choisis selon la méthode suivante. En notant et respectivement l’erreur d’estimation de l’effort extérieur et l’erreur d’estimation du vecteur d’état , on obtient : . Dans la présente invention, il n’est pas nécessaire d’estimer l’effort externe avec une grande précision. Ainsi, il est possible de choisir les gains , en supposant que l’effort externe est continu et non un Dirac ou une impulsion résultant par exemple d’un coup de coude accidentel, ce qui simplifie l’équation précédente en : . Pour simplifier encore la détermination des gains , , il est possible de considérer le cas simple où toutes les valeurs propres de la matrice sont égales à un même scalaire α, choisi suffisamment négatif pour garantir une convergence acceptable, en particulier pour garantir le délai de convergence en 100 ms à 200 ms. Avec ces différentes simplifications, les gains , peuvent être donnés par : , , , , et . En référence à la FIG. 4 , les résultats d’une simulation numérique vont à présent être présentés. Ces résultats ont été obtenus en utilisant les valeurs numériques suivantes : , , , , , et . Comme cela est apparent, initialement, la consigne de couple est sinusoïdale ce qui peut être la conséquence de la régulation de position réalisée dans le dispositif de commande 114. À un instant t1, un effort externe constant est exercé sur le manche 102. Ensuite, l’estimation de cet effort externe est améliorée à chaque itération et se rapproche progressivement de l’effort externe réellement appliqué, tout en restant inférieure au seuil prédéfini S. Le résultat de détection D reste donc une absence de prise en main (D = 0). À un instant t2, l’estimation atteint le seuil prédéfini. Le résultat de détection D représente donc une détection de prise en main (D = 1). En réponse à cette détection, le système de pilotage automatique 116 cesse donc de transmettre la consigne de position , de sorte que le dispositif de commande 114 transmette une consigne de couple nulle, arrêtant de fait le moteur électrique 108 et donc le retour actif. Le manche 102 peut ainsi être manœuvré par le pilote sans que ce dernier ne soit gêné par le retour actif. En référence à la FIG. 5 , le dispositif de détection 118 est par exemple un système informatique comportant une unité 502 de traitement de données (telle qu’un microprocesseur) et une mémoire principale 504 (telle qu’une mémoire RAM, de l’anglais « Random Access Memory ») accessible par l’unité de traitement 502. Le système informatique comporte en outre par exemple une interface réseau et/ou un support 506 lisible par ordinateur, comme par exemple un support local (tel qu’un disque dur local) ou bien un support distant (tel qu’un disque dur distant et accessible via par l’interface réseau au travers d’un réseau de communication) ou bien encore un support amovible (tel qu’une clé USB, de l’anglais « Universal Serial Bus », ou bien un CD, de l’anglais « Compact Disc » ou bien un DVD, de l’anglais « Digital Versatile Disc ») lisible au moyen d’un lecteur approprié du système informatique (tel qu’un port USB ou bien un lecteur de disque CD et/ou DVD). Un programme d'ordinateur 508 contenant des instructions pour l’unité de traitement 502 est enregistré sur le support 506 et/ou téléchargeable via l’interface réseau. Ce programme d’ordinateur 508 est par exemple destiné à être chargé dans la mémoire principale 504, afin que l’unité de traitement 502 exécute ses instructions pour mettre en œuvre l’observateur 120 et/ou le comparateur 122. Alternativement, tout ou partie du programme d’ordinateur 508 pourrait être implémenté sous forme de matériel, c'est-à-dire sous forme d'un circuit électronique, par exemple micro-câblé, ne faisant pas intervenir de programme d'ordinateur. En conclusion, il apparaît clairement qu’un système de commande tel que celui décrit précédemment permet de se passer d’éléments à ajouter à la commande de vol pour détecter sa prise en main. On notera par ailleurs que l’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment. Il apparaîtra en effet à l'homme de l'art que diverses modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits ci-dessus, à la lumière de l'enseignement qui vient de lui être divulgué. Dans la présentation détaillée de l’invention qui est faite précédemment, les termes utilisés ne doivent pas être interprétés comme limitant l’invention aux modes de réalisation exposés dans la présente description, mais doivent être interprétés pour y inclure tous les équivalents dont la prévision est à la portée de l'homme de l'art en appliquant ses connaissances générales à la mise en œuvre de l'enseignement qui vient de lui être divulgué. Système (100) de commande d’un aéronef, comportant : une commande de vol (101) mobile ; un système de retour actif (106) de la commande de vol (101), comportant : un moteur électrique (108) d’entraînement de la commande de vol (101), un dispositif de mesure (112) conçu pour fournir une mesure ( ) représentative d’une position ( ) de la commande de vol (101), et un dispositif (114) de commande du moteur électrique (108) conçu pour fournir une consigne de couple au moteur électrique (108) à partir de la mesure ( ) et d’une consigne de position ( ) ; et un dispositif (118) de détection d’une prise en main de la commande de vol (101) ; caractérisé en ce que le dispositif de détection (118) comporte un observateur d’état (120) conçu pour fournir, à partir de la mesure ( ), une estimation ( ) d’un effort externe ( ) appliqué à la commande de vol (101), l’observateur d’état (120) utilisant une modélisation de la commande de vol (101) et du système de retour actif (106), et en ce que le dispositif de détection (118) est conçu pour détecter la prise en main de la commande de vol (101) à partir de l’estimation ( ) de l’effort externe ( ). Système de commande (100) selon la revendication 1, dans lequel l’observateur d’état (120) est linéaire proportionnel intégral. Système de commande (100) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l’observateur d’état (120) utilise un état comportant au moins un parmi : une position angulaire du moteur électrique, une vitesse angulaire du moteur électrique, la position ( ) de la commande de vol (101) et une vitesse de la commande de vol (101). Système de commande (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le système de retour actif (106) comporte une chaîne mécanique (110) connectant le moteur électrique (108) à la commande de vol (101). Système de commande (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, comportant un système de pilotage automatique (116) conçu pour fournir la consigne de position ( ) et un dispositif (114) de commande du moteur électrique (108) conçu pour fournir, au moteur électrique (108), une consigne de couple à partir de la consigne de position ( ) et de la mesure ( ). Système de commande (100) selon la revendication 5, dans lequel le système de pilotage automatique (116) est conçu pour se désactiver, en particulier pour cesser de fournir la consigne de position ( ), lorsqu’une prise en main de la commande de vol (101) est détectée et/ou pour s’activer, en particulier pour fournir la consigne de position ( ), lorsqu’une absence de prise en main de la commande de vol (101) est détectée. Système de commande (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la commande de vol (101) actionne au moins l’un parmi : une gouverne de l’aéronef, une incidence de pâles d’un rotor ou bien d’une hélice, une direction d’un train d’atterrissage, un actionneur piloté. Système de commande (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la commande de vol (101) comporte un manche (102). Système de commande (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel la mesure ( ) représentative de la position ( ) de la commande de vol (101) est cette position ( ) de la commande de vol (101), et dans lequel la consigne de position ( ) est une consigne de cette position ( ) de la commande de vol (101). Procédé de détection d’une prise en main d’une commande de vol (101) mobile, caractérisé en ce qu’il comporte : une estimation par un observateur d’état (120) d’un effort externe ( ) appliqué à la commande de vol (101), l’observateur d’état (120) utilisant une modélisation de la commande de vol (101) et d’un système de retour actif (106) de la commande de vol (101), l’estimation étant réalisée à partir d’une mesure ( ) représentative d’une position ( ) de la commande de vol (101) , le système de retour actif (106) comportant : un moteur électrique (108) d’entraînement de la commande de vol (101), un dispositif de mesure (112) conçu pour fournir la mesure ( ), et un dispositif (114) de commande du moteur électrique (108) conçu pour fournir une consigne de couple au moteur électrique (108) à partir de la mesure ( ) et d’une consigne de position ( ) ; et une détection de la prise en main de la commande de vol (101) à partir de l’estimation ( ) de l’effort externe ( ). Programme d’ordinateur (508) téléchargeable depuis un réseau de communication et/ou enregistré sur un support (506) lisible par ordinateur, caractérisé en ce qu’il comprend des instructions pour l’exécution des étapes d’un procédé selon la revendication 10, lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur.