(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号（ｕ）の時間微分値が所定の値を越える場合、時間微分値が入力信号（ｕ）の時間微分値に対して制限された出力信号（ｙ）を生成するための車両の制御システムにおいて、
制御システムにおいて位相補償をするための手段を備え、
該手段が、
前記入力信号（ｕ）の時間微分値に対して時間微分値が制限されない信号（ｘ）から前記出力信号（ｙ）を生成するレート制限回路手段（２）を有し、前記入力信号（ｕ）の時間微分値に対して時間微分値が制限されない信号（ｘ）を前記レート制限回路手段（２）に供給する主レート制限回路手段（１）を含み、
前記主レート制限回路手段（１）は、
前記レート制限回路手段（２）からの出力信号（ｙ）と、前記信号（ｘ）との間の差信号（ε）を形成するための差手段と、
フィードバック信号（δ）を発生するための漸次安定フィルタであるフィルタ手段（３）を有し、前記差信号（ε）を、前記フィルタ手段を介して前記主レート制限回路手段の入力にフィードバックするためのフィードバック手段と、
前記フィードバック信号（δ）を前記入力信号（ｕ）に加算し、前記信号（ｘ）として前記レート制限回路手段（２）に入力するための加算手段（４）と、
を含む、車両の制御システム。
【請求項２】
前記フィルタ手段は、漸次安定ローパスフィルタを含む、請求項１記載の制御システム。
【請求項３】
前記フィルタ手段が、増幅率Ｋおよび時定数τを有する一次のローパスフィルタを含む、請求項１記載の制御システム。
【請求項４】
前記増幅率は５〜１０の範囲内の値である、請求項１記載の制御システム。
【請求項５】
航空機を制御するように作動する、請求項１記載の制御システム。
【請求項６】
入力信号（ｕ）の時間微分値がレート制限回路手段（２）によってセットされた所定の値を越える場合、入力信号（ｕ）の時間微分値に対して出力信号（ｙ）の時間微分値を制限するためのレート制限回路手段（２）を含む主回路手段（１）を備えた、出力信号（ｙ）を生成するための車両の制御システムであって、
制御システムにおいて位相補償を行うための前記主回路手段（１）が、
入力信号として前記出力信号（ｙ）および第２入力信号として前記主回路手段（１）内の、時間微分値が入力信号（ｕ）の時間微分値に対しては制限されない信号（ｘ）を受けるよう接続されており、前記出力信号（ｙ）と前記信号（ｘ）との間の差の信号（ε）を形成するように作動する第１加算手段（５）と、
フィードバック信号（δ）として、前記差信号（ε）を、漸次安定フィルタを介してフィードバックするためのフィードバックフィルタ手段（３）と、
前記フィードバックフィルタ手段（３）からの前記フィードバック信号（δ）に入力信号（ｕ）を加算し、前記信号（ｘ）を形成し、前記レート制限回路手段（２）の入力として前記信号（ｘ）を前記レート制限回路手段（２）に与える第２加算手段（４）と、
を備えた制御システム。
【請求項７】
入力信号に含まれる高周波の外乱信号の外乱の影響を制限するための高周波制限手段を更に含み、
該制限手段は、
入力信号を受け、この入力信号から前記高周波外乱信号を除き、フィルタ処理された入力信号を前記第２加算器に与えるように接続されたローパスフィルタ手段（８）と、
前記入力信号および前記フィルタ処理された入力信号を受け、前記入力信号と前記フィルタ処理された入力信号との差信号（ｕ２）を形成するための第３加算手段（９）と、
前記差信号（ｕ２）および前記出力信号（ｙ）を受け、加算信号を発生する第４加算手段（１０）と
を備え、
該第４加算手段は、前記出力信号（ｙ）と前記差信号（ｕ２）との和を得て該和信号を前記制御システムの変更された出力信号（ｙ１）として発生するようになっている、請求項６記載の制御システム。
【請求項８】
入力された信号の時間微分値を制限するための第２レート制限回路手段（１１）を更に備え、
該第２レート制限回路手段（１１）は、前記第４加算手段（１０）からの前記変更された出力信号（ｙ１）を入力信号として受け、更にレート制限された出力信号（ｙ２）をこの制御システムの出力信号として出力するようになっている、請求項７記載の制御システム。
【請求項９】
入力された信号の時間微分値を制限するための他のレート制限回路手段（１２）を更に備え、
該他のレート制限回路（１２）は、前記第３加算手段（９）からの前記差信号（ｕ２）を入力信号として受け、前記第４加算手段（１０）にレート制限された差信号（ｙ３）を出力するようになっており、
前記第４加算手段（１０）は、前記レート制限された差信号（ｙ３）および前記出力信号（ｙ）の和として前記和信号を発生し、前記制御システムの出力信号として出力信号（ｙ４）を提供するように接続されている、請求項７記載の制御システム。
【請求項１０】
前記フィードバックフィルタ手段がローパスフィルタを含む、請求項６記載の制御システム。
【請求項１１】
前記フィードバックフィルタ手段が増幅率Ｋおよび時定数τを有する一次のローパスフィルタを含む、請求項６記載の制御システム。
【請求項１２】
前記増幅率は５〜１０の範囲内の値である、請求項６記載の制御システム。
【請求項１３】
航空機を制御するように作動する、請求項６記載の制御システム。
【請求項１４】
主レート制限回路への入力信号（ｕ）の時間微分値が所定の値を越える場合、入力信号（ｕ）の時間微分値に対して時間微分値が制限された、主レート制限回路からの出力信号（ｙ）を生成するための、車両の制御システムにおいて、
入力信号（ｕ）の時間微分値に対して時間微分値が制御されていない、主レート制御回路内に存在する信号（ｘ）を得る工程と、
前記入力信号（ｕ）の時間微分値に対して時間微分値が制限された信号（ｙ）を前記信号（ｘ）から生成し、前記信号（ｘ）と前記信号（ｙ）との間の差信号（ε）を形成する工程と、
前記出力信号（ｙ）と前記信号（ｘ）との間の差信号（ε）を形成する工程と、
フィードバック信号（δ）を発生するよう、前記差信号（ε）を漸次安定フィルタ処理する工程と、
前記信号（ｘ）を形成するために、入力信号（ｕ）に前記フィードバック信号（δ）を加算する工程と、
を含む、制御システムにおいて位相補償するための方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、入力信号の時間微分係数が所定の値を越えた場合、制御システムに含まれる回路からの出力信号の時間微分係数を、この回路への入力信号の時間微分係数に対して制限する、モータ駆動車両の制御システムにおいて位相補償するための方法に関する。
更に本発明は、入力信号に対する時間微分係数が制限手段によってセットされた所定の値を越えた場合、回路への入力信号の時間微分係数に対し出力信号の時間微分係数を制限するための制限手段を含む回路を備えた、モータ駆動車両の制御システムにおいて位相補償するための装置に関する。
背景技術
すべての（車両）制御システムは物理的なアクチュエータ、例えば電動モータ、液圧サーボバルブ等を有する。これらすべてのアクチュエータは電源、流体圧等の限界によりレート（速度）の限界値を有する。従って、すべての制御システムは車両の運転者からの新しい指令、例えば制御システムへの入力信号の変化が制御システムからの物理的な出力信号の対応する変化を生じさせることができるレートに関し、限界値を本来含む。入力信号の時間微分係数が所定値よりも大きくなる場合、出力信号の時間微分係数は入力信号の時間微分係数に対して制限される。この制限は制御システムのレート限界値として知られている。入力信号が極めて急速に変化する時、例えば制御システムへの入力信号が過度に急速な（または大きな）正弦波状の信号を含んでいる時には、入力信号と出力信号の間で位相変化が生じる。すなわち出力信号は入力信号に対する時間遅延を受ける。このような位相変化は車両の性能を劣化させ、最悪の場合には不安定性が生じ得る。
飛行機に用いられている場合、入力信号の過度に急速な変化により制御システムのレート限界値が越えられると、いわゆるＰＩＯ（パイロットによって生じた振動）が生じ得る。この現象は予期されない状況下でパイロットが飛行機の操縦桿を操作することにより急速かつ大きな運動を行う場合に生じ得る。このような制御システムのレート限界値に起因して生じる位相変化により振動が増幅される。最悪のケースではこれら振動は発散状態となり、これにより飛行機の運動を制御することができない状態になり得る。
上記のレート限界値は、いわゆる不安定系を構成する飛行機では、顕著である。このタイプの飛行機では、飛行機のラダーはパイロットからの信号によって影響を受けるだけでなく、飛行機内の異なる点に設置されたセンサーから得られる値に応じた、制御システムで発生される安定化信号によっても影響される。
レート限界値による制御システムにおける上記問題を低減する１つの方法は、レート限界値がアクティブとなった時に位相補償を導入することである。このような位相補償は次の条件を満たしていなければならない。
Ａ．正弦波状入力信号の場合に位相遅れを低減すること。
Ｂ．高速ランプおよびステップ動作できるよう、ダイナミック遅れを最小にすること。
Ｃ．入力信号が十分に低速であるときに、入力信号と出力信号を同一にすること。
レート制限により制御システム内で位相補償を行う２つの異なる方法が、ブッフホルツ,Ｊ.Ｊ.（１９９３年）著、「制御表面レート飽和により誘導された時間遅れ」、航空科学および宇宙研究のためのジャーナル、シュプリンガー出版、第１７巻２８７〜２９３頁；アッハラー,Ｒ.Ｃ.（１９９２年）著、「ＤＬＲおよびその他によるコミュニケ」、ＮＡＳＡ本部、ワシントンＤ.Ｃ. １９９２年７月１４日；およびチョーク,Ｃ.Ｒ.（１９９２年）著、「ソフトウェアによるレート制限原理の研究」、カルスパン飛行研究メモ６３５、ニューヨーク州バッファロー市、にこれまで記載されている。これら方法は、制御システムで位相制御を実行することが必要かどうかを判断するのに論理条件（ＩＦ−ＴＨＥＮ−ＥＬＳＥ）を使用している。しかしながら、これら条件はそれぞれの方法を実行するのに少なくとも２つの異なるダイナミック運動の間をジャンプしなければならない。従って、好ましくない出力信号を生じさせるような入力信号が常に生じ得る。これらの理由から、これら方法のいずもレート制限を行う制御システムで実行するのには適していない。
発明の開示
従って、本発明の目的は従来技術の欠点を克服し、レート制限により行う制御システム内で位相補償を実行する方法および装置を提供することにある。
本発明の更に特定の目的は、異なるダイナミック運動間をジャンプすることなく、連続的に、レート制限を行う回路を有する従来の制御システム内で上記問題を解決する方法を提供することにある。
本発明の更に特定の目的は、漸次安定フィルタを通して差信号をフィードバックし、この結果得られるフィルタ処理された信号を回路の入力信号へ加え、時間微分係数が制限されない信号を形成することにより、入力信号の時間微分係数に対して特定信号の時間微分係数が制限されない、制限装置を含む回路内に存在する特定信号と出力信号との間差の信号を形成することにより、かかるシステムのための位相補償を実行するための方法を提供することにある。
本発明の更に別の目的は、信号の時間微分係数が入力信号の時間微分係数に対して制限されないレート制限装置を含む第１回路内に存在する特定の信号を得て、第１回路からの特定信号と出力信号との差を表示する差信号を得るための第１加算器と、差信号をフィードバックするためのフィードバックフィルタと、フィードバックフィルタの出力を受け、第１回路の入力信号をフィードバックフィルタからの信号に加算し、特定信号を形成する第２加算器とを備えた、レート制限された制御システムのための位相補償装置を提供することにある。
本発明の更に別の目的は、入力信号に高周波の外乱が存在している際に、低周波信号に対するブロック効果を解消（または低減）し、入力信号のレートが特定の限界値を越えない場合、出力信号にレート制限を課すことを防止し、出力信号のレートが特定限界値を越えないように出力信号を制限し、よって入力信号が十分低速の際に入力信号と出力信号とを同一とし、レート制限がアクティブな場合に位相補償を導入できるようにするための方法および装置を提供することにより、制御システムのバンド幅より上の周波数として定義される入力信号内に含まれる高周波の外乱信号の悪影響を解消することにある。
本発明の更に別の目的は、正弦波状入力信号が与えられたときに位相遅れを低減し、入力信号が高速にランプ変化およびステップ変化できるようにダイナミック遅れを最小とし、入力信号が十分低速の際に入力信号と出力信号とを同一とし、高周波の外乱が存在しているときに低周波信号に対するブロック効果を解消または低減し、入力信号のレートが特定の限界値を越えない場合に出力信号にレート制限を課すことを防止することによりレート制限を行う制御システム内の従来技術の問題を低減する方法および装置を提供することにある。
出力信号が特定のレート限界内にあり、高周波信号に対してしかレート限界が破られず、これら信号は通常位相補償を必要としないということを認識するので、よって本発明の目的は、出力信号のレートが特定のレート限界内に収まるように制限することなく、入力信号の低周波部分に対してしか第１回路による位相補償を行わないことにある。
従って、本発明の更に別の目的は、第１レート制限回路内に上記のような第１加算器とフィードバックフィルタと第２加算器とを含む位相補償装置に対する高周波外乱信号の外乱の影響を制限するための方法および装置であって、入力信号および出力信号を有する第３回路内の第１レート制限回路を含み、更に第２回路内の、高周波外乱信号を除去するためのローパスフィルタ並びに第３および第４加算器を含み、第２回路は入力信号をローパスフィルタのみならず第３加算器にも送り、第３加算器はローパスフィルタの出力信号も受けるようになっており、ローパスフィルタの出力信号は第１レート制限回路の入力信号であり、第３加算器は第２回路への入力信号と第１レート制限回路への入力信号の差信号を形成し、この差信号は第１レート制限回路からの出力信号と共に第４加算器へ送られ、第４加算器は第２回路の出力信号を形成する和信号を形成するようになっている方法および装置を提供することにある。
かかるシステムにおいて、本発明の更に別の目的は、出力信号のレートが特定の限界値を越えないようにこの出力信号のレートを制限することにある。
従って、本発明の目的は、入力信号の高周波成分に対しては位相補償を行うことなくレート制限し、入力信号の低周波成分にしか位相補償を行わず、入進信号の時間微分係数の２つの制限値に対するレート限界値を等しくすることにある。
従って、本発明の更に詳細な目的は、かかる本発明の装置において入力信号の時間微分係数を制限し、第４加算器からの和信号を受け、第２回路の出力信号を形成する出力信号を発生する第２レート制限装置を提供することにある。
本発明の更に別の目的は、第３加算器からの差信号を入力信号として受け、出力信号を発生する別のレート制限装置により入力信号の時間微分係数を更に制限し、この別のレート制限装置からの出力信号を第１レート制限回路からの出力信号と共に第４加算器へ送り、第２回路の出力信号を形成する和信号を形成するための方法および装置を提供することにある。
本発明によれば、上記目的に従い、入力信号（ｕ）の時間微分係数が所定の値を越える場合、時間微分係数が入力信号（ｕ）の時間微分係数に対して制限される出力信号（ｙ）を発生するための車両の制御システムにおいて、制御システムにおいて位相補償をするための手段を備える制御システムが提供される。この位相補償手段り段は、入力信号（ｕ）の時間微分係数に対して時間微分係数が制限されないような信号（ｘ）を発生するための主レート制限回路手段（１）を含む。この主レート制限回路手段（１）は、出力信号（ｙ）と信号（ｘ）との間の差信号（ε）を形成するための差手段（５）と、フィードバック信号（δ）を発生するためのフィルタ手段（３）を有し、前記差信号（ε）を前記主レート制限回路手段の入力にフィードバックするためのフィードバック手段と、前記フィードバック信号（δ）を入力信号（ｕ）に加算し、前記信号（ｘ）を出力するための加算手段（４）とを含む。
発明の別の目的によれば、本システムは入力信号に含まれる高周波の外乱信号の外乱の影響を制限するための高周波制限手段を更に含むことができる。かかる実施例では高周波制限手段は、入力信号を受け、この入力信号から前記高周波外乱信号を除き、フィルタ処理された入力信号を前記第２加算器に与えるように接続されたローパスフィルタ手段（８）と、前記入力信号および前記フィルタ処理された入力信号を受け、前記入力信号と前記フィルタ処理された入力信号との差信号（ｕ２）を形成するための第３加算手段（９）と、前記差信号（ｕ２）および前記出力信号（ｙ）を受け、和信号を発生する第４加算手段（１０）とを備え、該第４加算手段が前記出力信号（ｙ）と前記差信号（ｕ２）との和を得て該和信号を前記制御システムの変更された出力信号（ｙ１）として発生するようになっている。
本発明の更に別の目的によれば、かかるシステムは入力された信号の時間微分係数を制限するための第２レート制限回路手段（１１）を更に備え、該第２レート制限回路手段（１１）は前記第４加算手段（１０）からの前記変更された出力信号（ｙ１）を入力信号として受け、更にレート制限された出力信号（ｙ２）をこの制御システムの出力として出力するようになっている。
上記とは異なり、かかるシステムは入力された信号の時間微分係数を制限するための別のレート制限回路手段（１２）を更に備えることができる。この別のレート制限回路手段（１２）は前記第３加算手段（９）からの前記差信号（ｕ２）を入力信号として受け、前記第４加算手段（１０）にレート制限された差信号（ｙ３）を出力するように接続されている。このような構成において前記第４加算手段（１０）は前記レート制限された差信号（ｙ３）および前記出力信号（ｙ）の和として前記和信号を発生し、前記制御システムの出力として出力信号（ｙ４）を発生するように接続されている。
本発明に係わる制御システムでは、フィードバックフィルタ手段はローパスフィルタを含むことが好ましい。
より詳細には、フィルタ手段は増幅率Ｋおよび時定数τを有する一次のローパスフィルタを含むことができる。かかる構造では、前記増幅率は５〜１０の範囲内の値であることが好ましい。
本発明の主レート制限回路は入力として信号（ｘ）を受け、出力として出力信号（ｙ）を発生するレート制限装置を含むことができる。
本発明によれば、本制御システムは航空機を制御するように作動することが好ましい。
本発明の更に別の目的によれば、入力信号（ｕ）の時間微分係数に対して時間微分係数が制限されない、主レート制御回路内に存在する信号（ｘ）を得る工程と、出力信号（ｙ）と信号（ｘ）との間の差信号（ε）を形成する工程と、フィードバック信号（δ）を発生するよう、前記差信号（ε）をフィルタ処理する工程と、前記信号（ｘ）を形成するよう入力信号（ｕ）に前記フィードバック信号（δ）を加算する工程とを含む、制御システムにおいて位相補償するための方法が提供される。
本発明を実施するのに適した最良の態様（およびその他の実施例）のうちの１つに限定するためでなく、単に説明するための、本発明の好ましい実施例を図示し、説明した次の説明および図面を当業者が読めば、本発明の上記およびそれ以外の目的、特徴および利点が容易に明らかとなろう。本発明自体は請求の範囲に記載されている。本明細書および図面を検討すると理解できるように、本発明は上記以外の別の実施例も可能であり、その詳細は請求の範囲に記載の発明の範囲から逸脱することなく、種々の明らかな点で変更可能である。従って、本明細書に記載の説明および図面は性質上、説明のためのものであると見なすべきであり、本発明を制限するものではない。
【図面の簡単な説明】
次の説明と共に本発明の好ましい実施例のいくつかの特徴を示す、本発明の一部を構成する添付図面は、本発明の原理を説明するものである。図面において、
図１は、本発明に係わる装置の第１実施例のブロック略図を示し、
図２は、本発明に係わる装置の第２実施例のブロック略図を示し、
図３は、本発明に係わる装置の第３実施例のブロック略図を示し、
図４は、本発明に係わる装置の第４実施例のブロック略図を示し、
図５は、本発明の第１実施例の位相補償を示し、
図６は、本発明の第３および第４実施例の位相補償を示し、
図７ａは、本発明のレート制限装置および第１並びに第３実施例に入力される高周波信号の一例を示し、
図７ｂは、本発明のレート制限装置および第１並びに第３実施例からの、図７ａの入力信号に対応する出力信号を示す。
本発明を実施するための最良の態様
本発明は、いわゆる不安定系を構成する航空機の制御に主に使用するようになっている。しかしながら、本発明の概念は他のタイプのモータ駆動車両にも拡張でき、これらに実施することができると解すべきである。
次に、添付図面を参照すると、図１には本発明に係わる装置の第１実施例が示されている。図１では主レート制限回路全体には参照番号１が付けられている。本発明のレート制限回路１は一般に、入力信号ｕの時間微分係数を制限するための構造を含み、例えばレート制限器２およびフィードバックフィルタ３を含む。フィルタ３は出力信号δを発生する。
主レート制限回路１は加算器４も備え、この加算器への２つの入力として入力信号ｕおよびフィードバックフィルタ３の出力信号δを受ける。加算器４は和信号ｘを発生し、この和信号は入力信号としてレート制限器２へ与えられる。
レート制限回路１は減算器として機能する別の加算器５も含む。この加算器５はレート制限器２の出力端とフィードバックフィルタ３との間に接続されている。この加算器５はレート制限器２からの出力信号ｙおよびこのレート制限器２に加算器４からの出力信号として与えられる入力信号ｘを受け、更にフィードバックフィルタ３へ入力される差信号εをを発生するように接続されている。図１から判るように、レート制限器２の出力信号ｙは出力レート制限回路１の出力信号でもある。
当業者によって理解されるように、レート制限装置へ加えられる入力信号の時間微分係数すなわちレートが大きすぎる場合、このレート制限装置自体がアクティブ状態となる。次に、（レート制限された）出力は、２つの信号が再び等しくなるまで入力信号に追従しようとするが、そのレートは制限されている。従って、入力信号と出力信号が等しくなければいつも、レート制限装置はアクティブ状態のままである。更に、図１のレート制限値２への入力信号ｘおよび出力信号ｙが等しくないと、この結果生じる差信号εは０でないので、フィードバックループを閉じ、フィードバックフィルタ３をアクティブ状態とする。差信号εが再び０となるとフィードバックが中断され、アクティブ状態とならない。
次の説明から、図１の実施例の作動が理解できよう。
本発明の現段階で好ましい実施例によれば、簡単に理解できるようにするため、フィードバックフィルタ３は従来のタイプのローパスフィルタ、例えば次の伝達関数を有するフィルタを含む。
Ｇ（ｓ）＝Ｋ／（ｓτ＋１）
ここで、Ｋはフィルタ３の増幅率を示し、τはそのフィルタの時定数を示す。通常の状態では入力信号は入力信号の時間微分係数に適用できる限界値よりも、より低速で変化する。従って、通常のケースでは本発明に係わる装置内のレート制限器２もフィードバックフィルタ３もアクティブ状態とはならない。
フィルタへの入力信号εが０になると、すなわちレート制限器２への出力信号ｙと入力信号ｘとの間の差信号εが０になると、フィードバックが中断される。従って、フィードバックフィルタ３が真に安定であり、かつこのフィルタへの入力信号εが０となった時に、このフィルタ３からの出力信号δが０に向かって降下することが重要である。
入力信号ｕの変化が許容可能なレートを越えると、信号εは０と異なる値となる。出力信号の時間微分係数が制限されている時には、レート制限器からの出力信号ｙは入力信号ｕに従うことができないので、入力信号ｕが増加している場合、差信号εは負となる。従って、レート制限器２への入力信号ｘは出力信号ｙよりも大きくなり、加算器５の出力差信号εは負となる。従って、この結果フィルタ３の出力信号δは負となるので、レート制限器２への入力信号ｘを入力信号ｕよりも小さい値に減少させる。
入力信号ｕの変化が許容できるレート限界値内のレベルまで低下するか、または向きを変える場合、出力信号ｙは実際には即座に新しい入力信号に追従する。この理由は、レート制限器の入力信号ｘが既に限度外の値に設定されているからである。このことは、レート制限による位相のずれは本発明によって実質的に解消されることを意味している。
位相補償を連続的に行う目的は、上記作動モードによって解決される。差信号εが０以外の値となり、フィードバックフィルタの出力信号δが増加を開始すると、位相補償が自動的に実行されるので、Ｉｆ−ｔｈｅｎ−ｅｌｓｅ構造は不要である。εが０となり、δが０まで低下すると、位相補償は連続的に同じように外される。
この結果生じる位相補償後の出力信号は、図５における実線の曲線IIIで示されている。鎖線曲線Iはレート制限器に対する速度が速すぎる場合の入力信号ｕを示す。この図には点線曲線IIも表示されているが、この曲線は従来のレート制限器からの出力信号すなわち本発明によるフィードバックを実行しない場合に得られる信号を示している。
図５の曲線を比較して判るように、出力信号ｙの振幅は位相補償によって低減される。しかしながら、入力信号と出力信号との位相のずれは明らかに低減されており、この結果、出力信号と入力信号とは位相がほぼ一致する。この結果、運転手または操縦士は指令に対する応答がより迅速となるように感じる。
上で言及しているように、簡略化のため、フィードバックフィルタ３は一次のローパスフィルタを含むものとして示されている。良好な結果が得られるようにするには、フィルタのパラメータを適当な値にセットすることが重要である。
例えばフィルタの増幅率Ｋは、５〜１０の間のレンジ内にセットすることが好ましい。上記以外のより小さい増幅率では位相補償が過度に小さくなってしまう。
時定数τの選択は、一部は特定用途のための当該周波数の間隔によって決まり、一部は入力信号に対するこの回路のレート制限効果がなくなったときにどれだけ速くフィードバックフィルタからの出力信号が減少しなければならないかによって決まる。当該周波数の間隔が１〜１０ラジアン／秒である時、時定数τは比較的大きい値、例えばτ＝１．０秒となるように選択しなければならないが、１０〜１００ラジアン／秒のような、より高い周波数レンジでは時定数τはかなり小さい値、例えばτ＝０．１秒とする必要がある。
本発明の原理は、図面に示された実施例または上記例のみに限定されるものでなく、本発明の要旨の範囲内で多くの態様で変更できることが明らかであり、そのように理解すべきである。従って、好ましい実施例では一次のローパスフィルタが特定されているが、これは説明を簡潔にするために特定したものであり、他のタイプの漸次安定フィードバックフィルタも使用できることは明らかである。
装置に対する入力信号が高周波の外乱信号を含んでいない場合、主レート制限回路１は上記のような位相補償をするための３つの条件を満たす。しかしながらかかる高周波の外乱信号が存在している場合、回路１は所望の低周波信号の伝達をブロックすることがある。かかる高周波の外乱は、例えば通常でない構成の外部負荷、損傷またはセンサーエラーに起因する機体の空気弾性率によって生じる。これに関連し、高周波とは制御システムのバンド幅より高い周波数と定義される。
本発明に係わる装置への入力信号に含まれる、かかる高周波の外乱信号の悪影響を除くために、本発明の装置は次の付加的条件も満たすことができなければならない。
Ｄ．高周波の外乱が存在する時に低周波信号に対するブロック効果を解消するか、または低減すること。
これに関連し、上記位相補償のための第３の条件（Ｃ）は、回路に対する次の付加的条件を満たすことにより更に特殊化できる。
Ｅ．入力信号のレートが特定の限界を越えない場合、出力信号にレート制限を課さないこと。
Ｆ．出力信号のレートが特定の限界を越えないように出力信号を制限すること。
本願出願人は図２に上記付加的条件のいくつかを満たす本発明の第２実施例を開示している。
次に図２を参照すると、この図には、入力信号に含まれる高周波の外乱信号の外乱効果を制限するようになっている本発明の第２実施例が示されている。この図２の実施例は、変更された（組み合わされた）回路６を示しており、この回路６は主レート制限回路１と、組み合わせ回路６に入力される信号ｕ１の高周波部分を除去するよう、回路１の入力に直列接続されたローパスフィルタ８を含む。組み合わせ回路６は更に主レート制限回路１と組み合わされた第３加算器９および第４加算器１０を含む。
この目的のため、ローパスフィルタ８は次の伝達関数によって示される一次のローパスフィルタとすることができる。
Ｇ（ｓ）＝１／（ｓτ＋１）
一定の入力信号に対しては、このローパスフィルタは、上記差信号が０に等しくなるように入力信号に等しい出力を発生する。
ローパスフィルタ８の時定数τ１は、所定の周波数１／τ１ラジアン／秒よりも高い信号が高周波信号として処理され、これらがレート制限だけが行われ、位相補償が行われないように選択されている。この周波数よりも低い信号はレート制限と位相補償の双方が行われる。
好ましくはτ１は上記の主制限回路１のフィードバックローパスフィルタ３のτよりも小さくなるように選択される。この理由は１／τラジアン／秒の前後の周波数では位相補償が得られるが、これらの周波数は高周波パスによってバイパスすべきではないからである。すなわち、ローパスフィルタ８は位相補償の必要な周波数を減衰すべきではないからである。すなわち好ましい実施例によれば、時定数は次の関係を満たす。
１／τ＜１／τ１、すなわち  τ１＜τ
作動中、入力信号ｕ１はローパスフィルタ８だけでなくローパスフィルタの出力信号ｕも受ける第３加算器９にも送られる。この出力信号ｕは主回路１に対し入力信号としても与えられる。加算器９は入力信号ｕ１と信号ｕとの差を示す差信号ｕ２を発生する。信号ｕ１の値か信号ｕの値を引くことによって形成されるこの差信号ｕ２は主レート制限回路１からの出力信号ｙと共に第４加算器１０へ送られ、組み合わせ回路６の出力信号である和信号ｙ１を形成する。上記のように、主レート制限回路１は入力信号の低周波部分に対してしかレート制限および位相補償を行わず、出力信号のレート制限は行わない。従って、上記条件Ｆは満足されない。
しかしながら、入力信号の低周波部分だけに位相補償を行い、かつ高周波部分に対しては位相補償を行うことなくレート制限することが好ましい。また、出力信号のレートが特定の限界を越えないように条件Ｆを満たすこと、すなわち出力信号を制限することも好ましい。この目的のために（図３に示す）出願人の第３実施例は入進信号および出力信号の時間微分係数に対する等しいレート限界を補償する実施例において、第２のレート制限器を提供している。
従って、図３には入力信号が高周波の外乱信号部分を含むケースのためのこの発明に係わる装置の好ましい第３実施例が示されている。
この実施例では、第１レート制限回路の性能はほとんど失われていない。更に、図示した回路から理解できるように、出力信号が特定限度を越えるレートを有しないように出力信号を制限するという上記条件Ｆが満たされる。
図３に示されるように、組み合わせ回路６は更に回路６’として変形されている。この別の変形回路６’は信号ｙ１の時間微分係数をレート制限し、この変形回路６’からレート制限された出力信号ｙ２を出力するために追加された第２レート制限器１１を含む。この第２レート制限器１１は第１レート制限回路１に使用されているレート制限器２と同じタイプの従来のレート制限器である。これら第１および第２レート制限器のレート限界値は等しくなっていることが好ましい。第２レート制限器１１内でレート制限が行われる場合、このレート制限は入力信号の高周波部分、すなわち位相補償すべきでない信号ｕ２に起因する。
図４は上記Ｆに記載の条件を満たすための別個の解決方法を示し、回路６’が更に変形され、回路６”として示されている本発明の第４実施例を示す。ここに示されるように、参照番号１２で表示された追加レート制限器はレート制限された信号ｙ３を発生するのに入力信号ｕ１の高周波部分ｕ２しか制限しない。この実施例では、第４加算器１０内で２つのレート制限信号ｙおよびｙ３が加算され、レート制限された出力信号ｙ４を発生するようになっている。
第４実施例は従来技術よりも改善されているが、図３の実施例は図４の第４実施例よりもより効果的であることが理解されよう。特に図３では、直列接続された回路１および１１は出力信号ｙ２に対する特定のレート限界値を提供するように、等しいレート限界値、すなわち特定のレート限界値を有する。しかしながら、図４では２つの回路１および１２は並列接続されている。従って、出力信号ｙ４が特定レート限界内に入るようにするには、これら回路の各々はこれらレート限界値の和が特定レート限界値に等しくなるように、特定レート限界値よりも小さいレート限界値を有していなければならない。たとえば、回路６”からの出力信号ｙ４が特定レート限界値を越えないようにするためには、第１回路１は特定レート限界値の８０％にセットされたレート限界値を有し、回路１２は特定レート限界値の２０％にセットされたレート限界値を有しなければならない。
レートが制御された信号が最大レートとなるが、逆方向である場合、回路６”からの出力信号ｙ４は特定レートの６０％にしかならない。例えばｙのレートが限界値の正の８０％であり、ｙ３のレートが限界値の負の２０％である場合、ｙ４のレートは限界値の６０％となる。第４実施例に係わる装置は特定レート限界値に近いが、これを越えないよう入力信号を制限するレートを開始できることが実証できる。従って、高周波信号ｕ２または低周波信号ｕが、それぞれ指定レート限界値の８０％および２０％でレート制限される場合、第４実施例は上記条件Ｅを満足できない。かかるケースでは、上記第３実施例は入力信号を変えてない。
次に図６を参照すると、曲線ＩＶは第３の好ましい実施例の位相補償効果を示しており、曲線Ｖは比較のための第４実施例の効果を示している。図６において、入力信号は曲線Ｉで示されている。図５の曲線と比較すると、第３実施例は（この入力信号に対し）第１実施例の出力信号とほぼ同じ出力信号を発生することが明らかである。しかしながら別の入力信号に対しては第１実施例の出力と第３実施例の出力の差は多少大きくなり得ることに留意すべきである。図６は第４実施例が曲線Ｉの入力信号より振幅が小さく位相差が増した出力信号Ｖを発生し、よって第４実施例は第３実施例よりも劣ることも示している。
高周波の外乱信号の減衰をチェックするため、実験装置を使用した。この実験の結果を図７ａおよび７ｂに示してある。図７ａでは入力高周波信号は曲線ＶＩで示されており、図７ｂには数個の異なる回路からの出力信号が示されている。より詳細に説明すれば、従来のレート制限器からの出力信号は曲線ＶＩＩで示されており、本発明の第１実施例に係わる第１レート制限回路１からの出力信号は曲線ＶＩＩＩで示されており、本発明の第３実施例からの出力信号は曲線ＩＸで示されている。図７ｂの曲線から明らかなように、従来のレート制限器からの出力信号は最短の遅延時間で一定レベルまで立ち上がる。これに関し、第３実施例は第１実施例よりも良好である。
実験の終了時には、すなわち約８〜１０秒の時間で３つのすべての出力信号が同じ位相となることが明らかである。従って、いずれの装置の外乱周波数でも位相補償は行われなかった。
ローパスフィルタ８の時定数τ１を変えることにより、曲線ＶＩＩに示されるような従来のレート制限器の応答または曲線ＶＩＩＩに示されるような本発明の第１実施例の応答に近づくように、第３実施例の応答を調節できることを理解すべきである。より詳細に説明すれば、高いほうの周波数は主レート制限回路１により位相補償によってレート制限されるので、時定数τ１をより短くすると、曲線ＩＸは曲線ＶＩＩＩに近づくように調節される。低いほうの周波数は回路１の位相補償をバイパスし、従来のレート制限器１１によってしかレート制限されないので、時定数τ１をより長くすると、曲線ＩＸは従来のレート制限器の曲線ＶＩＩに近づくように調節される。
本発明の好ましい実施例のこれまでの説明は、本発明を図解し、説明するためのものであった。本発明の要旨の範囲内では種々の変形または変更が可能であるので、この説明は本発明を完全に網羅するものでもないし、また本発明を開示した態様だけに限定するものでもない。いくつかの変形例は本明細書に記載されているが、これは単に可能な変形を説明するためのものである。かかる変形および変形のいずれも本発明の範囲内にあり、いずれも本発明に均等なものである。本明細書に説明した実施例は、本発明の原理およびその実際の応用例を最良に説明し、当業者が本発明を種々の実施例または意図する特定の用途に合わせた種々の変形をしながら変更して本発明を利用できるように選択され記載されたものである。請求の範囲に対して成文法上のおよび衡平法上の権利が認められる全範囲に従って解釈する際に、本発明の範囲を請求の範囲によって定めるものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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