(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
操縦のためのコマンド信号及びセンサからのフィードバック信号を受け機体のロール、ピッチ、ヨーの角加速度の擬似コマンド信号を算出し出力するインナーループ部と、
同インナーループ部から前記擬似コマンド信号を受け各制御対象のデバイスの駆動信号を算出すると共に、同算出した各デバイスの駆動信号にそれぞれ重み係数を掛けて各デバイスの制御駆動信号として分配するコマンド分配部と、
機体の姿勢信号に応じて前記インナーループ部の入出力信号を補正する補償部であって、機体の重力効果に伴って発生するピッチ角速度信号、ヨー角速度信号の各補正量を算出し前記インナーループ部の入力側の信号を補正する重力効果補正回路と、高機動中の慣性連成の影響により発生するロール、ピッチ、ヨーの各角加速度信号の補正量を算出し前記インナーループ部の出力側の信号を補正する慣性連成補正回路とからなる非線形補償部とを備え、
前記コマンド分配部は故障信号を受信すると、故障したデバイスの前記重み係数を零に設定し、故障していないデバイスに制御駆動信号を配分することを特徴とする故障、損傷耐性を有する再構成飛行制御システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は故障、損傷耐性を有する再構成飛行制御システムに関し、航空機故障時のバックアップシステムを不要とし、乗員の生存性や任務達成率を向上させ、高機動時の応答性を良好にするシステムである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の航空機においては、飛行制御則システムは駆動される舵面等の制御対象のデバイス駆動信号を直接生成しているシステムである。そのために、舵面等の故障、損傷などの異常な状態が発生した場合には、バックアップシステムに切替えるようにしている。もしくは機体を放棄してパイロットは機外へ脱出するシステムを採用している。
【０００３】
図４は従来の航空機の制御則システムの構成を示すブロック図である。図において、パイロットのコマンド信号（Ａ）やフィードバック信号（Ｂ）は、正常状態制御則システム１０に入力され、正常時には切替器１３を経由して正常時の制御則の信号が制御デバイス駆動信号（Ｈ）として舵面等のデバイスに出力される。
【０００４】
機体故障時には、故障検知信号（Ｃ）が正常状態制御則システム１０とバックアップ制御則システム１１とに入力され、切替器１３が切替えられると共に、バックアップ制御則システム１１が作動し、切替器１３を介してバックアップ時の制御信号が制御デバイス駆動信号として対象のデバイスに出力される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、従来の航空機の飛行制御は、正常状態制御則システムとバックアップ制御則システムの２種類、もしくは２種類以上のシステム構成が必要であり、システムが複雑となると共に、重量が増大し、コストもかさむことになり、何らかの対策が必要とされていた。
【０００６】
そこで本発明は、機体の回転運動を制御する制御部と、この制御部から出力される角加速度信号から制御駆動信号を算出し、制御対象の制御舵面信号に分配する分配部とに分け、更に航空機の運動状況に応じて制御部の入出力値を補正する非線形補償部を設け、舵面等が故障、損傷した場合には、制御舵面を使用しないようにするか、または使用程度を低くして再構成ができるような故障、損傷耐性を有する再構成飛行制御システムを提供することを課題としてなされたものである。
【０００７】
本発明のその他の目的や新規な特徴は後述の実施の形態において明らかにする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は前述の課題を解決するために次の手段を提供する。
【００１０】
操縦のためのコマンド信号及びセンサからのフィードバック信号を受け機体のロール、ピッチ、ヨーの角加速度の擬似コマンド信号を算出し出力するインナーループ部と、同インナーループ部から前記擬似コマンド信号を受け各制御対象のデバイスの駆動信号を算出すると共に、同算出した各デバイスの駆動信号にそれぞれ重み係数を掛けて各デバイスの制御駆動信号として分配するコマンド分配部と、機体の姿勢信号に応じて前記インナーループ部の入出力信号を補正する補償部であって、機体の重力効果に伴って発生するピッチ角速度信号、ヨー角速度信号の各補正量を算出し前記インナーループ部の入力側の信号を補正する重力効果補正回路と、高機動中の慣性連成の影響により発生するロール、ピッチ、ヨーの各角加速度信号の補正量を算出し前記インナーループ部の出力側の信号を補正する慣性連成補正回路とからなる非線形補償部とを備え、前記コマンド分配部は故障信号を受信すると、故障したデバイスの前記重み係数を零に設定し、故障していないデバイスに制御駆動信号を配分することを特徴とする故障、損傷耐性を有する再構成飛行制御システム。
【００１１】
本発明においては、インナーループ部では操縦のためのコマンド信号及びセンサからのフィードバック信号から機体のロール、ピッチ、ヨーの角加速度の擬似コマンド信号を算出する。コマンド分配部ではこの擬似コマンド信号を受け、角加速度信号から各制御対象のデバイスの駆動信号を算出し、算出した各駆動信号に、それぞれのデバイスごとの重み係数を掛け、それぞれのデバイスの制御駆動信号として各デバイス、例えば舵面に分配し、これらデバイスを制御する。コマンド分配部には故障信号が入力され、いずれかのデバイスが故障すると、対応するデバイスの重み係数を「０」に設定し、このデバイスの制御を使用しないようにするか、或いは故障の程度に応じてこの重み係数を低くして故障しないデバイスへ制御駆動信号を適正配分するように制御信号の配分の再構成を行う。
【００１２】
上記の本発明により、従来のような飛行制御則システムのようなバックアップシステムを不要とし、また、乗員の生存性を向上し、任務達成率を向上させることができる。
【００１３】
本発明では、上記インナーループ部とコマンド分配部とからなる構成に非線形補償部を追加したので、重力効果補正回路からの角速度信号の補正量によりインナーループ部の入力側の信号が補正され、慣性連成補正回路からの角加速度信号の補正量によりインナーループ部の出力である擬似コマンド信号が補正され、機体旋回中において発生する角速度や、高機動中に発生する慣性連成の影響を除去することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて具体的に説明する。図１は本発明の参考例に係る故障、損傷耐性を有する再構成飛行制御システムの全体構成図である。図において、１はインナーループ部であり、ロール、ピッチ、ヨーの角加速度信号の擬似コマンド（Ｆ）を出力する。２はコマンド分配部であり、インナーループ部１から入力される擬似コマンド（Ｆ）を実現し、ロール、ピッチ、ヨーの各角加速度信号から制御デバイスの駆動信号、即ち、舵面の舵角信号を各舵面に分配する。
【００１５】
（Ａ）はパイロットの操縦系統からのコマンド信号、（Ｂ）はジャイロやセンサからの機体姿勢に関するフィードバック信号であり、インナーループ部１へ入力される。（Ｃ）は故障検知信号であり、機体の故障時にヘルスモニター装置が故障の状態を検知して発する信号であり、コマンド分配部２へ入力される。（Ｇ）は制御デバイス駆動信号であり、コマンド分配部２から各デバイスに例えば舵面へ分配される駆動信号である。
【００１６】
上記構成のシステムにおいて、操縦のためのコマンド信号（Ａ）及びフィードバック信号（Ｂ）がインナーループ部１へ入力されると、インナーループ部１は、後述するように各デバイスのロール、ピッチ、ヨーの角加速度信号、即ち、擬似コマンド（Ｆ）を出力する。このロール、ピッチ、ヨーの擬似コマンドはコマンド分配部２へ入力され、コマンド分配部２では、これら角加速度信号の擬似コマンド（Ｆ）を各デバイス、即ち制御舵面駆動信号に最適となるように重み付けを行い、分配する。
【００１７】
上記の機能において、舵面が故障したり、損傷すると、コマンド分配部２において、制御舵面への駆動信号の分配割合を変更し、即ち、重み付けを「０」にするか少なくして、故障した舵面の駆動信号を「０」にするか小さくして、故障舵面を使用しないようにするか、もしくは、その舵面の使用率を下げるように制御デバイス駆動の再編成を行う。この際、インナーループ部１は何ら変化しない。
【００１８】
なお、インナーループ部１にＨ∞バスト制御則を適用すれば、再構築に時間が必要な場合においても、耐性の強い制御システムとなり、更に良好な制御システムとすることができる。
【００１９】
図２は本発明の実施の形態に係る故障、耐性を有する再構成飛行制御システムの構成図である。図において、符号１，２、及び信号（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｆ），（Ｇ）は図１に示すものと同じであり、本実施の形態においては、この構成に、更に、非線形補償部３を追加した構成である。従って、図１の構成と同じ部分については説明を省略して符号はそのまま引用して説明し、本実施の形態の特徴部分を中心に説明する。
【００２０】
非線形補償部３は、機体の姿勢信号（Ｄ）、即ち、迎角、バンク角（ロール角）、ピッチ角等の信号やフィードバック信号（Ｅ）を入力し、旋回中に重力効果において発生する角速度や、高機動中に発生する慣性連成の影響を除去する回路構成となっている。非線形補償部３では、後述するように、重力効果補正回路３ａにおいて、上記姿勢信号や重力加速度、対気速度からピッチ角速度補正量、ヨー角速度補正量を計算し、インナーループ部１の入力側へフィードバックし、フィードバック信号（Ｂ）の信号を補正する。
【００２１】
また、非線形補償部３の慣性連成補正回路３ｂにおいて、後述するようにロール、ピッチ、ヨーの角加速度信号の慣性連成補正項を算出し、インナーループ部１の出力である擬似コマンド（Ｆ）を補正する。このような非線形補償をインナーループ部１の入力側、出力側に行うことにより図１に示す参考例のシステムに比べ、更に、旋回時の重力の影響や、高機動時における応答性をより良好にすることができる。
【００２２】
上記に説明の実施の形態における故障、損傷耐性を有する再構成飛行制御システムによれば、参考例ではインナーループ部１とコマンド分配部２とを備えた構成とし、実施の形態では、参考例の構成に、更に非線形補償部３を加えた構成としたので、航空機が故障したり、損傷するような場合でも、従来のようなバックアップシステムが不要となり、乗員の生存性が高まり、任務達成率が向上する。また、旋回時の重力の影響を除去し、高機動時のシステムの応答性が高まり、自己修復の機能を有するシステムが実現できるものである。
【００２３】
次に、上記に説明した実施の形態におけるインナーループ部１、コマンド分配部２、非線形補償部３の各機能について詳しく説明する。まず、インナーループ部１は次に示す従来の制御則の（１）式のように機体のモデルを示す式に従うのではなく、（２）式のような拡張された機体（擬似コマンドシステム）に対して設計された制御則を使用する。
【００２４】
【数１】
0003643870.tif 000002
次に、コマンド分配部２は、インナーループ部１から入力される上記の擬似コマンドを次の（３）式のようにピッチ角加速度、ロール角加速度、ヨー角加速度の擬似コマンドを含む式を実現し、（４）式により制御デバイス駆動信号δｉを求める。
【００２５】
【数２】
0003643870.tif 000003
次に、上記（４）式により求められたデバイス駆動信号δｉを次の（５）式により評価値Ｊを最小にするように配分する。
【００２６】
【数３】
0003643870.tif 000004
上記の（４）式において、故障検知信号（Ｃ）を受信した場合、故障した制御デバイスにつけた重みＮｉを、Ｎｉ＝０とするか、またはこの値を小さくすることで故障した制御デバイス以外の制御デバイスで擬似コマンドの実現を行うことができる。
【００２７】
次に、非線形補償部３は、機体が旋回中に重力効果によって発生する角速度や高機動中に発生する慣性連成の影響を除去する回路であり、図２に示すように重力効果補正回路３ａと慣性連成補正回路３ｂとから構成されている。まず、重力効果補正回路３ａでは、次の（６）式によってピッチ角速度補正量ｑｗｃｍｐと、ヨー角速度補正量ｒｗｃｍｐを計算し、インナーループ部１へのフィードバック量の補正を行う。
【００２８】
【数４】
0003643870.tif 000005
慣性連成補正回路３ｂは、次の（７）式によってピッチ、ロール、ヨーの各信号の慣性連成補正項を算出する。この際、算出量は、インナーループ部１の出力である擬似コマンドが角加速度信号であり、擬似コマンドと同じ物理量であるため、擬似コマンドの補正を実施する。
【００２９】
【数５】
0003643870.tif 000006
【００３０】
以上本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されることなく請求項の記載の範囲内において各種の変形、変更が可能なことは当業者には自明であろう。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の故障、損傷耐性を有する再構成飛行制御システムは、操縦のためのコマンド信号及びセンサからのフィードバック信号を受け機体のロール、ピッチ、ヨーの角加速度の擬似コマンド信号を算出し出力するインナーループ部と、同インナーループ部から前記擬似コマンド信号を受け各制御対象のデバイスの駆動信号を算出すると共に、同算出した各デバイスの駆動信号にそれぞれ重み係数を掛けて各デバイスの制御駆動信号として分配するコマンド分配部と、機体の姿勢信号に応じて前記インナーループ部の入出力信号を補正する補償部であって、機体の重力効果に伴って発生するピッチ角速度信号、ヨー角速度信号の各補正量を算出し前記インナーループ部の入力側の信号を補正する重力効果補正回路と、高機動中の慣性連成の影響により発生するロール、ピッチ、ヨーの各角加速度信号の補正量を算出し前記インナーループ部の出力側の信号を補正する慣性連成補正回路とからなる非線形補償部とを備え、前記コマンド分配部は故障信号を受信すると、故障したデバイスの前記重み係数を零に設定し、故障していないデバイスに制御駆動信号を配分することを特徴としている。
【００３２】
上記構成では、コマンド分配部には故障信号が入力され、いずれかのデバイスが故障すると、対応するデバイスの重み係数を「０」に設定するか、このデバイスの制御を使用しないようにするか、或いは故障の程度に応じてこの重み係数を低くして故障しないデバイスへ制御駆動信号を適正配分するように制御信号の配分の再構成を行う。
【００３３】
上記構成により、従来のような飛行制御則システムのようなバックアップシステムを不要とし、また、乗員の生存性を向上し、任務達成率を向上させることができる。
【００３５】
上記構成により、重力効果補正回路からの角速度信号の補正量によりインナーループ部の入力側の信号が補正され、慣性連成補正回路からの加速度信号の補正量によりインナーループ部の出力である擬似コマンド信号が補正され、機体旋回中において発生する角速度や、高機動中に発生する慣性連成の影響を除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の参考例に係る故障、損傷耐性を有する再構成飛行制御システムの構成図である。
【図２】  本発明の実施の形態に係る故障、損傷耐性を有する再構成飛行制御システムの構成図である。
【図３】  本発明の実施の形態に係る重力効果補正回路の演算の一部を示すブロック図である。
【図４】  従来の飛行制御システムの構成図である。
【符号の説明】
１      インナーループ部
２      コマンド分配部
３      非線形補償部
３ａ    重力効果補正回路
３ｂ    慣性連成補正回路
【図１】
0003643870.tif 000007
【図２】
0003643870.tif 000008
【図３】
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【図４】
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