(57)【要約】  アクチュエータ内部の遊びを監視するためのシステムおよび方法が提供される。さまざまな実施例に従って、この方法は、予め定められた期間に複数のアクチュエータパラメータデータセットを収集するステップを含む。予め定められた期間中、移動プラットホームなどの構造システムの可動コンポーネントに動作可能に接続されたアクチュエータ出力ラムを伸縮させるようにアクチュエータ駆動モータに指令が与えられる。この方法はまた、特定的な予め定められた判定基準を満たす、複数のアクチュエータパラメータデータセットのさまざまなセットを選択的に分離するステップを含む。さらに、この方法は、分離されたアクチュエータパラメータデータセットに基づいてアクチュエータ内部の遊び値の量を計算するステップを含む。
2009528813.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクチュエータ内部の遊びを監視するための方法であって、
アクチュエータ出力ラムを伸張方向と収縮方向との間で繰返し駆動するようにアクチュエータ駆動モータに指令が与えられるときの予め定められた期間に、複数のアクチュエータパラメータデータセットを収集するステップと、
特定的な予め定められた判定基準を満たす、前記複数のアクチュエータパラメータデータセットのさまざまなセットを選択的に分離するステップと、
分離された前記アクチュエータパラメータデータセットに基づいてアクチュエータ内部の遊び値の量を計算するステップとを備える、方法。
【請求項２】
前記遊び値を電子記憶媒体に格納するステップと、
複数の次の予め定められた期間に、前記複数のアクチュエータパラメータデータセットを収集する前記ステップ、さまざまなアクチュエータデータセットを分離する前記ステップ、および前記遊び値を計算する前記ステップを繰り返して、前記電子記憶媒体に格納される複数の次の遊び値をまとめるステップと、
まとめられた前記遊び値についての傾向分析を行って前記アクチュエータの潜在的な故障を予測するステップとをさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記複数のアクチュエータパラメータデータセットを収集するステップは、前記駆動モータを動作させて、前記伸張方向と収縮方向との間で前記駆動モータの動作を振動させる波形指令に従って前記アクチュエータ出力ラムを駆動するステップを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記複数のアクチュエータパラメータデータセットを収集するステップは、前記アクチュエータパラメータデータセットに含まれる複数のデータ種類の各々について同一のフィルタリングを実行して、前記アクチュエータパラメータデータセットからノイズを除去するステップを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記複数のアクチュエータパラメータデータセットを収集するステップは、前記アクチュエータパラメータデータセットに含まれる複数のデータ種類の少なくともいくつかを正規化するステップを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記複数のアクチュエータパラメータデータセットのさまざまなセットを選択的に分離するステップは、予め定められた範囲内に値を有するデータを備えるアクチュエータパラメータデータセットのみを分離するステップを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
遊び値の量を計算するステップは、分離された前記アクチュエータパラメータデータセットのみを利用して前記遊び値を算出するステップを備える、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
実質的に同時に実行される、
前記複数のアクチュエータパラメータデータセットを収集するステップと、
さまざまなアクチュエータデータセットを分離するステップと、
複数のアクチュエータの前記遊び値を計算するステップとを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
移動プラットホームの操縦翼面の動きを制御するアクチュエータ内部の遊びを監視するための方法であって、
少なくとも、アクチュエータ出力ラムを伸張方向と収縮方向との間で繰返し駆動するようにアクチュエータ駆動モータに指令が与えられるときの予め定められたデータ収集期間
中の駆動モータ位置を示す複数のモータ位置データを備えるアクチュエータ駆動モータ位置信号、前記データ収集期間中の駆動モータ速度を示す複数のモータ速度データを備える駆動モータ速度信号、および前記データ収集期間中のアクチュエータ出力ラム位置を示す複数のラム位置データを備えるアクチュエータ出力ラム位置信号を生成するステップと、
前記データ収集期間に複数のアクチュエータパラメータデータセットを収集するステップとを備え、各アクチュエータパラメータデータセットは、モータ位置データ値、モータ速度データ値およびラム位置データ値を備え、前記方法はさらに
モータ位置範囲内のモータ位置データ値、モータ速度範囲内のモータ速度データ値、およびラム位置範囲内のラム位置データ値を含む、前記複数のアクチュエータパラメータデータセットのさまざまなセットを選択的に分離するステップと、
分離された前記アクチュエータパラメータデータセットに基づいて前記データ収集期間についてのアクチュエータ内部の遊び値の量を計算するステップとを含む、方法。
【請求項１０】
前記遊び値を電子記憶媒体に格納するステップと、
複数の次の予め定められた期間に、前記モータ位置信号、モータ速度信号およびラム位置信号を生成する前記ステップ、前記複数のアクチュエータパラメータデータセットを収集する前記ステップ、さまざまなアクチュエータデータセットを分離する前記ステップ、ならびに前記遊び値を計算する前記ステップを繰り返して、前記電子記憶媒体に格納される複数の次の遊び値をまとめるステップと、
まとめられた前記遊び値についての傾向分析を行って前記アクチュエータの潜在的な故障を予測するステップとをさらに備える、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記モータ位置信号、モータ速度信号およびラム位置信号を生成するステップは、前記駆動モータを動作させて、前記伸張方向と収縮方向との間で前記駆動モータの動作を振動させる波形指令に従って前記アクチュエータ出力ラムを駆動するステップを備える、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記複数のアクチュエータパラメータデータセットを収集するステップは、前記モータ位置信号、モータ速度信号およびラム位置信号の各々について同一のフィルタリングを実行して、前記モータ位置信号、前記モータ速度信号および前記ラム位置信号からノイズを除去するステップを備える、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記複数のアクチュエータパラメータデータセットを収集するステップは、前記モータ位置信号および前記ラム位置信号を正規化するステップを備える、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
遊び値の量を計算するステップは、分離された前記アクチュエータパラメータデータセットを利用して前記モータ位置と前記ラム位置との間の遅れの平均値を算出するステップを備える、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
実質的に同時に実行される、
前記複数のアクチュエータパラメータデータセットを収集するステップと、
さまざまなアクチュエータデータセットを分離するステップと、
複数のアクチュエータの前記遊び値を計算するステップとを備える、請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
移動プラットホームの操縦翼面の動きを制御する移動プラットホームアクチュエータの信頼性状態を監視するためのシステムであって、
少なくとも、アクチュエータ出力ラムを伸張方向と収縮方向との間で繰返し駆動するようにアクチュエータ駆動モータに指令が与えられるときの予め定められたデータ収集期間
中の駆動モータ位置を示す複数のモータ位置データを備えるアクチュエータ駆動モータ位置信号、前記データ収集期間中の駆動モータ速度を示す複数のモータ速度データを備える駆動モータ速度信号、および前記データ収集期間中のアクチュエータ出力ラム位置を示す複数のラム位置データを備えるアクチュエータ出力ラム位置信号を生成するように適合された移動プラットホーム計算システムと、
前記データ収集期間に、各々が、モータ位置データ値、モータ速度データ値およびラム位置データ値を備える複数のアクチュエータパラメータデータセットを収集し、モータ位置範囲内のモータ位置データ値、モータ速度範囲内のモータ速度データ値、およびラム位置範囲内のラム位置データ値を含む前記複数のアクチュエータパラメータデータセットのさまざまなセットを選択的に分離し、かつ分離された前記アクチュエータパラメータデータセットに基づいて前記データ収集期間についてのアクチュエータ内部の遊び値の量を生成するように適合された、前記移動プラットホーム計算システムと協働して動作可能なアクチュエータ遊びモニタモジュールとを備える、システム。
【請求項１７】
前記モータ位置信号、前記モータ速度信号および前記ラム位置信号を生成するため、前記移動プラットホーム計算システムは、前記駆動モータを動作させて、前記伸張方向と収縮方向との間で前記駆動モータの動作を振動させる波形指令に従って前記アクチュエータ出力ラムを駆動するようにさらに適合される、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記複数のアクチュエータパラメータデータセットを収集するため、前記アクチュエータ遊びモニタモジュールは、前記モータ位置信号、前記モータ速度信号および前記ラム位置信号の各々について同一のフィルタリングを実行して、前記モータ位置信号、前記モータ速度信号および前記ラム位置信号からノイズを除去するようにさらに適合される、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１９】
前記複数のアクチュエータパラメータデータセットを収集するため、前記アクチュエータ遊びモニタモジュールは、前記モータ位置信号および前記ラム位置信号を正規化するようにさらに適合される、請求項１６に記載のシステム。
【請求項２０】
遊び値の量を計算するため、前記アクチュエータ遊びモニタモジュールは、分離された前記アクチュエータパラメータデータセットを利用して前記モータ位置と前記ラム位置との間の遅れの平均値を算出するようにさらに適合される、請求項１６に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明における政府の権利
この発明は、米国空軍によって与えられた契約Ｆ３３６１５−０３−２−２３０６のもと、政府の支援を受けてなされた。政府はこの発明に一定の権利を有する。
【０００２】
発明の分野
この発明は電気機械アクチュエータに関し、特に、電気機械アクチュエータのための遊びまたは機械的磨耗モニタに関する。
【背景技術】
【０００３】
発明の背景
航空機、列車、船、バスなどのたとえば移動プラットホームなどの多くの構造システムは、たとえば電気機械アクチュエータ（electro-mechanical actuator: EMA）などのアクチュエータを用いて構造システムのさまざまなコンポーネントの動きを制御する。たとえば、航空機においてアクチュエータを利用して点検窓、着陸装置、飛行操縦翼面、および他の航空機コンポーネントの動きを制御することができる。アクチュエータの運用寿命を通じて、「遊び（freeplay）」と称されることもある機械的磨耗が、アクチュエータモータ、ベアリング、ギア、およびアクチュエータ駆動機構の他の要素において増大する。そのような磨耗は測定および予測することが困難であるため、定期的な地上試験が必要となる。典型的に、アクチュエータ試験は特殊な地上支援機材を必要とし、行うのに非常に時間がかかる。また、たとえば航空機アクチュエータまたはＥＭＡなどのアクチュエータの実現例の中には、使用の５０時間ごとの頻度で遊び／機械的磨耗測定が必要となり得るものもあり、測定の各セットを完了するのに８〜１６整備工数（man-hours）がかかり得る。しばしば、機械的磨耗試験中は構造システムの電源を落とすか、またはその他の場合は動作不能にしなければならない。たとえば、航空機は典型的に遊び試験中は飛行不可能である。いくつかの場合では、実験室でしか摩耗を査定できないため、構造システムから機能機材を完全に取外すことが必要となる。必要な整備時間、磨耗試験を行うための整備訓練、試験を行なうための機材、および構造システムのダウンタイムはすべて、アクチュエータ遊び試験に多大な金銭的および時間的コストを加えることになる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
発明の簡単な要約
この発明は、たとえば電気機械アクチュエータ（ＥＭＡ）などのアクチュエータ内部の遊びを監視するためのシステムおよび方法を提供する。さまざまな実施例に従って、この方法は、予め定められた期間に複数のアクチュエータパラメータデータセットを収集するステップを含む。予め定められた期間中、移動プラットホームなどの構造システムの可動コンポーネントに動作可能に接続されたアクチュエータ出力ラムを伸縮させるように、アクチュエータモータに指令が与えられる。この方法はまた、特定的な予め定められた判定基準を満たす、複数のアクチュエータパラメータデータセットのさまざまなセットを選択的に分離するステップを含む。さらに、この方法は、分離されたアクチュエータパラメータデータセットに基づいてアクチュエータ内部の遊び値の量を計算するステップを含む。
【０００５】
この発明の応用性のさらなる領域が、この後に与えられる詳細な説明から明らかになるであろう。詳細な説明および特定的な例は、本発明の好ましい実施例を示しているが、例示を意図しているに過ぎず、本発明の範囲を限定することを意図するものではないことを理解すべきである。さらに、この発明の特徴、機能、および利点は、この発明のさまざま
な実施例において独立して達成され得るか、またはさらに他の実施例において組合わせられ得る。
【０００６】
詳細な説明および添付の図面からこの発明がより十分に理解されるであろう。
図中のいくつかの図面にわたって対応する参照番号は対応する箇所を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
発明の詳細な説明
好ましい実施例の以下の説明は例示的な性質のものに過ぎず、本発明、その応用または使用を限定することを意図するものでは全くない。また、以下に説明されるような好ましい実施例によって与えられる利点は例示的な性質のものであり、すべての好ましい実施例が同じ利点または同じ程度の利点を与えるとは限らない。
【０００８】
図１を参照して、さまざまな実施例において、たとえば電気機械アクチュエータ（ＥＭＡ）、デジタルリニアモータまたは位置出力を有するいずれかの他の電気モータ駆動システムなどの、少なくとも１つのアクチュエータ１４の機械的磨耗を測定および監視するための機械的磨耗管理システム（mechanical wear management system: MWMS）１０が提供される。アクチュエータ内部の機械的磨耗はアクチュエータの遊びとしばしば称されるため、ＭＷＭＳ１０は本明細書中において遊び管理システム（freeplay management system: FMS）１０とも称することにする。各アクチュエータ１４は、移動プラットホームなどの構造システム２２の少なくとも１つのコンポーネント１８の動きを制御する。たとえば、各アクチュエータ１４は航空機の操縦翼面の動きを制御することができる。構造システム２２は図１では航空機として例示的に図示されているが、構造システム２２は航空機、またはバス、船、列車もしくは他の乗物などの他の移動プラットホームに限定されない。構造システム２２は、構造システム２２の少なくとも１つのコンポーネント１８の動きを制御するために１つ以上のアクチュエータ１４を組込んだ如何なる構造システムであってもよい。たとえば、構造システム２２は、空気の流れの方向および／または体積を制御するための１つ以上のルーバ、シャッタ、タレットまたは弁の動きを制御するために１つ以上のアクチュエータ１４を組込んだ暖房、換気および空調システムであり得る。さらに、各アクチュエータ１４は図１では単一のアクチュエータとして例示的に図示されているが、ＦＭＳ１０を利用して、複数の相互接続されたアクチュエータ１４の遊びを測定および監視することができることを理解すべきである。たとえば、複数の相互接続されたアクチュエータ１４を組込んで構造コンポーネント１８の冗長性および／または追加制御を提供してもよく、これは本発明の範囲内にとどまる。
【０００９】
ＦＭＳ１０は、１つ以上のアクチュエータ１４と、構造システム２２のさまざまな動作を制御および／または監視することができる構造システム２２の移動プラットホーム計算システム（ＭＰＣＳ）２６とを含む。たとえば、ＭＰＣＳ２６は、パイロット指令の伝達などを制御し、かつ対気速度、航空機に対する重力およびさまざまな航空機操縦翼面の撓み量などを監視する、航空機のメインコンピュータベース航空機管理システムであり得る。ＦＭＳ１０を用いて１つ以上のアクチュエータ１４の遊びを実質的に同時に測定および監視可能であることを理解すべきだが、単純化および明確化のため、１つ以上のアクチュエータ１４を本明細書中では単数形で、すなわち単にアクチュエータ１４と一般に称することにする。同様に、各アクチュエータ１４は１つ以上のコンポーネント１８に動作可能に接続され得ることを理解すべきだが、単純化および明確化のため、１つ以上のコンポーネント１８を本明細書中では単数形で、すなわち単にコンポーネント１８と一般に称することにする。
【００１０】
一般に、アクチュエータ出力ラム３０を駆動する、たとえば出力ラム３０を伸張するか収縮させるようにアクチュエータ１４に指令が与えられると、アクチュエータ１４に含ま
れる１つ以上のアクチュエータ駆動モータ２８が、ある回転距離を動いてから出力ラム３０に係合して出力ラム３０を駆動し、出力ラム３０に動作可能に接続されたシステムコンポーネント１８の位置を変更することになる。出力ラム３０との係合前に駆動モータ２８が動く回転距離が、機械的遊びである。遊び測定は外部要因に基づいて若干異なり得るが、長期傾向は特定可能であり、また絶対的な遊び測定は重要である一方で、経時的なアクチュエータ１４の使用にわたる遊び測定の重大な変化のほうがはるかに重要である。典型的に、アクチュエータ１４などのアクチュエータ内では非常にわずかな量の遊びしか容認されない。たとえば、航空機アクチュエータ内で容認される遊びは１インチのわずか約数千分の１、たとえば１インチの１万から１万２千分の１のオーダであり得る。そのような小さな距離の測定はセンサおよび伝達ノイズを受けやすく、アクチュエータラム３０に対する外部荷重のせいで遊び測定に歪みが生じ得る。遊び測定は、駆動モータ２８の回転数および速度、ならびに出力ラム３０の直線変位によっても影響を受け得る。
【００１１】
図１および図２を参照して、さまざまな実施例において、ＦＭＳ１０は付加的に、いずれかの好適なプロセッサまたはマイクロプロセッサによって実行可能なソフトウェアベースモジュールまたはルーチンであるアクチュエータ遊びモジュール３４を含む。たとえば、さまざまな実施例において、アクチュエータ遊びモジュール３４はＭＰＣＳ２６に含まれ得、ＭＰＣＳプロセッサ（図示せず）によって実行され得る。したがって、例示のためにのみ、アクチュエータ遊びモジュール３４は図１ではＭＰＣＳ２６に含まれるとして示されているが、構造システム２２のいずれかの他のコンピュータベースサブシステム、または有線もしくは無線通信を介してＭＰＣＳ２６に通信可能に接続されたリモートコンピュータベースシステムの一部として含まれてもよい。アクチュエータ遊びモジュール３４は、さまざまなアクチュエータ動作パラメータが規定範囲内にある特定的な期間にモータ位置を出力ラム位置と比較することによって、少なくとも１つのアクチュエータ１４の機械的磨耗を測定および監視するためのソフトウェアモデルを提供する。
【００１２】
一般に、アクチュエータ遊びモジュール３４は、アクチュエータ１４の動作中に、駆動モータ２８、出力ラム３０の位置、ならびに駆動モータ２８の速度および加速度などのさまざまな他の選択アクチュエータ動作パラメータを測定および監視する。こうして、アクチュエータ遊びモジュール３４は、出力ラム３０を伸縮させるよう出力ラム３０を繰り返し駆動するように駆動モータ２８に指令が与えられるときの予め定められた期間に、複数のアクチュエータパラメータデータセットを収集するように実行される。各アクチュエータパラメータデータセットは、監視されるアクチュエータ動作パラメータの各々についてのデータ読取値または値を時間の関数として含む。一旦アクチュエータパラメータデータセットが収集されると、アクチュエータ遊びモジュール３４は、特定的な予め定められた判定基準を満たす、アクチュエータパラメータデータセットのさまざまなセットを選択的に分離する。つまり、その中の各データ値が、収集されるデータ、すなわちモータ位置データ、出力ラム位置データ、モータ速度データおよびモータ加速度データなどの各種類に特定的な予め定められた範囲内にあるアクチュエータパラメータデータセットの各々が、条件を満たさないデータセットから分離される。そして、分離されたアクチュエータパラメータデータセットに基づいて、その特定のデータ収集期間についての遊び値の量が計算される。
【００１３】
より特定的に、さまざまな実施例において、アクチュエータ遊びモジュール３４は、アクチュエータ１４に含まれるアクチュエータコントローラ４２によって監視されるさまざまな測定動作パラメータを収集するアクチュエータ動作データ収集モジュールまたはルーチン３８を含む。アクチュエータ動作データ収集モジュール３８は、アクチュエータ遊びモジュール３４の実行中に実行可能である。アクチュエータ１４を動作させるため、アクチュエータコントローラ４２は、コンポーネント１８を所望の位置に動かすようにアクチュエータ１４に命令する、たとえばＭＰＣＳ２６などの指令源から指令を受ける。この指
令に応じて、アクチュエータコントローラ４２は、出力ラム３０を動かし、かつコンポーネント１８の動きを伝えるように駆動モータ２８に指令を与える。以下にさらに説明されるように、アクチュエータ１４の選択可能な動作期間に、アクチュエータコントローラ４２は動作パラメータ値を測定し、その値をアクチュエータ遊びモジュール３４に入力する。さまざまな実施例において、いずれの選択期間にも、アクチュエータ動作データ収集モジュール３８は以下に関連したデータを収集する。すなわち、駆動モータ２８が出力ラム３０を動作させるときの駆動モータ２８の位置（モータ位置データ）、出力ラム３０が駆動モータ２８によって駆動されて伸張および／または収縮するときの出力ラム３０の位置（ラム位置データ）、駆動モータ２８が出力ラム３０を駆動するように動作するときの駆動モータ２８の回転速度（モータ速度データ）、および駆動モータ２８が出力ラム３０を動作させるときの駆動モータ２８の加速度（モータ加速度データ）である。いくつかの実現例では、モータ加速度データはモータ速度データから計算され得る。
【００１４】
図３は、さまざまな実施例に従って、たとえばｔ0からｔ1の所望の期間に動作データ収集モジュール３８によって収集されたモータ位置データ４６、ラム位置データ５０、モータ加速度データ５４およびモータ速度データ５８を示す波形を例示的に示す。図３に図示される波形は例示的なものに過ぎず、すべての可能なデータ収集波形を含むわけではないことを理解すべきである。特に、データ収集波形は、方形波、鋸歯状波形または非対称波形などの適用可能な形状を本質的に有し得る。図３に図示されるように、たとえばｔ0からｔ1のいずれかの所望の期間に動作データ収集モジュール３８によって収集されるアクチュエータ動作データは、信号スパイク、パラメータの各々を読取るもしくは監視するアクチュエータ１４のセンサ（図示せず）の分散、アクチュエータ１４からの電磁妨害、駆動モータ２８の回転数および速度、出力ラム３０もしくはアクチュエータ１４の周りの他の動作システムの直線変位、ならびに／または構造システム２２の物理的振動もしくは移動などによって引起されるノイズを含む。
【００１５】
動作パラメータデータ４６、５０、５４および５８の各々からいずれのそのようなノイズも平滑化するかフィルタリングするため、アクチュエータ遊びモジュール３４は、アクチュエータ遊びモジュール３４の実行中に実行可能なデータフィルタリングモジュールまたはルーチン６２を含む。動作データ収集モジュール３８は、動作パラメータデータ曲線４６、５０、５４および５８をデータフィルタリングモジュール６２に出力し、ここでデータ曲線４６、５０、５４および５８の各々内のデータがフィルタリングされるか平滑化される。特に、いずれの動作パラメータデータ波形４６、５０、５４および５８のいずれの位相シフトにも対処するため、各データ波形４６、５０、５４および５８は事実上同一の態様でフィルタリングされる。こうして、たとえばｔ0からｔ1の各収集期間について、各動作データ波形４６、５０、５４および５８は事実上同一にフィルタリングされることにより、図４に図示される例示的なフィルタリング後のデータ波形がもたらされる。
【００１６】
図２および図５を参照して、さまざまな実施例において、アクチュエータ遊びモジュール３４は、アクチュエータ遊びモジュール３４の実行中に実行可能なデータ正規化モジュールまたはルーチン６６をさらに含む。データフィルタリングモジュール６２からのフィルタリング後のデータはデータ正規化モジュール６６に入力される。データ正規化モジュール６６は、出力ラムデータ５０とともにモータ位置データ４６を正規化する。さまざまな実現例において、データ正規化モジュール６６は、モータ位置データ４６および出力ラム位置データ５０の各々についての平均を計算する。データ正規化モジュール６６は次に、平均が一致するようにモータ位置データ波形４６および出力ラム位置データ波形５０の一方または両方をシフトする。たとえば、データ正規化モジュール６６は、出力ラムデータ波形５０の平均がモータ位置データ波形４６の平均と実質的に同じになるように、出力ラムデータ波形５０をシフトする、すなわち出力ラムデータ波形の各値に加算するまたは各値から減算することができる。モータ位置データ４６および出力ラム位置データ５０を
正規化することにより、駆動モータ２８が最初に作動されるときに駆動モータ２８位置と出力ラム３０位置との間に存在し得る如何なるオフセットにも対処することができる。
【００１７】
たとえば駆動モータ２８位置、出力ラム３０位置、駆動モータ２８加速度および駆動モータ２８の速度などの監視される動作パラメータの各々は、いずれの所望のレートでもサンプリングする、すなわち収集することができる。たとえば、動作パラメータの各々は、各動作パラメータについて１秒間に１００から４００回データ値が収集され得るように、１００Ｈｚと４００Ｈｚとの間でサンプリングされ得る。さまざまな例示的な実施例において、アクチュエータ遊びモジュール３４は１００Ｈｚでデータをサンプリングする。つまり、アクチュエータ遊びモジュール３４は、たとえばｔ0からｔ1の所望のデータ収集期間に、１秒の１００分の１ごとに各動作パラメータについてのデータ値を収集する。こうして、動作データ曲線４６、５０、５４および５８の各々は、動作データ収集モジュール３８によってデータが収集される選択サンプリングレートに基づいた、予め定められた数のデータ値を備える。したがって、アクチュエータ遊びモジュール３４は予め定められた数の動作パラメータデータセットを収集し、各データセットは、選択サンプリングレートに従って、動作パラメータモニタの各々についての単一のデータ値を備える。たとえば、サンプリングレートが１００Ｈｚに選択された場合、動作データ収集モジュールは１秒の１００分の１でデータセットを収集する。動作データ値は上述のようにデータフィルタリングモジュール６２およびデータ正規化モジュール６６によってフィルタリングされて正規化されることにより、サンプリングレートに基づいた、予め定められた数のフィルタリングおよび正規化後の動作パラメータデータセットがもたらされる。アクチュエータ遊びモジュール３４は、アクチュエータ遊びモジュール３４の実行中に実行可能なデータ分離モジュールまたはルーチン７０をさらに含む。データ分離モジュール７０は、データ正規化モジュール７０からフィルタリングおよび正規化後の動作パラメータデータ波形４６、５０、５４および５８を受ける。上述のように、包括的に、動作パラメータデータ波形４６、５０、５４および５８は予め定められた数の動作パラメータデータセットを備える。データ分離モジュール７０は各データセットを評価して、予め規定された条件のセットをデータセットの各々が満たすかどうか判断する。特定的に、データ分離モジュール７０は各データセットを評価して、各データセット内のデータ値の各々が、動作パラメータに特定的な予め定められた所望の範囲内にあるかどうか判断する。特に、データ分離モジュール７０は各データセット内のモータ位置データ値を評価して、どのデータセットが「許容」モータ位置データ値、すなわちモータ位置値の予め定められた所望の範囲内のモータ位置データ値を含むか判断する。特定のデータセットについてのモータ位置データ値が「許容」範囲外である場合、その特定のデータセットは破棄され、以下に説明されるように、たとえばｔ0からｔ1の選択期間についてのアクチュエータ遊びを判断するのに利用されない。
【００１８】
また、データ分離モジュール７０は各データセット内の出力ラム位置データ値を評価して、どのデータセットが「許容」出力ラム位置データ値、すなわち出力ラム位置値の予め定められた所望の範囲内の出力ラム位置データ値を含むか判断する。特定のデータセットについての出力ラム位置データ値が「許容」範囲外である場合、その特定のデータセットは破棄され、以下に説明されるように、たとえばｔ0からｔ1の選択期間についてのアクチュエータ遊びを判断するのに利用されない。同様に、データ分離モジュール７０は各データセット内のモータ速度および加速度データ値の各々を評価して、どのデータセットが「許容」モータ速度データ値および／または「許容」モータ加速度データ値を含むか判断する。つまり、モータ速度値の予め定められた所望の範囲内のモータ速度データ値、およびモータ加速度値の予め定められた所望の範囲内のモータ加速度データ値である。特定のデータセットについてのモータ速度データ値またはモータ加速度データ値のいずれかが「許容」範囲外である場合、その特定のデータセットは破棄され、以下に説明されるように、たとえばｔ0からｔ1の選択期間についてのアクチュエータ遊びを判断するのに利用されな
い。したがって、データ分離モジュール７０は、その中のデータ値の各々が、規定されたそれぞれの「許容」範囲内にあるすべてのデータセットを分離する。
【００１９】
分離されたデータセット、すなわち規定されたそれぞれの「許容」範囲内にデータ値の各々を有することによってすべての予め規定された条件を満たしたデータセットは、次に遊び計算モジュール７４に出力される。「許容」データセットを利用して、遊び計算モジュール７４は、たとえばｔ0からｔ1の選択期間についての遊び量を決定するように実行される。遊び値を計算するため、遊び計算モジュール７４は、分離されたデータセットごとにモータ位置データ値と出力ラム位置データ値との差を算出する。分離されたデータセットごとに一旦この差が算出されると、遊び計算モジュール７４はすべての算出された差についての絶対値の平均を計算する。すべての算出された差についての絶対値のこの平均が、たとえばｔ0からｔ1の選択期間についての遊び値としてアクチュエータ遊びモニタ３４から出力される。
【００２０】
さまざまな実施例において、アクチュエータ遊びモニタ３４から出力される遊び値は、たとえばＭＰＣＳ２６のデータベースなどの電子記憶装置に格納される。その後、アクチュエータ遊びモニタ３４は、たとえばｔ2からｔ3、ｔ4からｔ5…およびｔnからｔn+1などの複数のその後の選択期間についての遊び値を生成することができる。各々のその後の遊び値は次に電子記憶装置に格納され、アクチュエータ１４についての遊び傾向分析を行なうのに用いられて、アクチュエータ１４の必要な交換または修理を予測することができる。さらに、さまざまな実施例において、アクチュエータ遊びモジュール３４は上述のように、複数のアクチュエータ１４についての遊び算出を実質的に同時に実行するように実現され得る。
【００２１】
上述のように、アクチュエータ１４は、アクチュエータコントローラ４２において指令源から受けるトルク指令に従ってシステムコンポーネント１８を制御するように動作する。さまざまな実施例において、指令源は、たとえばｔ0からｔ1の選択期間にアクチュエータコントローラ４２に一連のトルク指令または波形トルク指令を送るように構成された、離散的なコンピュータベースシステムである。一般に、一連のトルク指令またはトルク指令波形は、出力ラム３０を伸張する方向と出力ラム３０を収縮させる反対方向との間で駆動モータ２８を振動させるように設計される。したがって、駆動モータ２８は、一連のトルク指令またはトルク指令波形に応じて出力ラム３０を動かす。アクチュエータコントローラ４２はアクチュエータ動作パラメータを監視し、離散的なコンピュータベースシステムに格納され当該システムによって実行されるアクチュエータ遊びモジュール３４にアクチュエータ動作パラメータデータ波形４６、５０、５４および５８を送信する。アクチュエータ遊びモジュール３４は次に、上述のように、選択期間についての遊び値を算出する。いくつかの実現例では、一連のトルク指令またはトルク指令波形は、あるモータ２８速度を達成し、かつ迅速に反転するように設計される。したがって、アクチュエータ１４は出力ラム３０を伸張するか収縮させ、次に迅速に方向転換し、かなり高い加速度を発生することになる。こうして、一連のトルク指令またはトルク指令波形は、ある範囲内の特定の速度で駆動モータ２８を加速するように設計される。一連のトルク指令またはトルク指令波形は、その後ある期間内に駆動モータ２８の方向を反対にし、反対方向で同じ速度を達成するか、または速度要件を満たすようにさらに設計される。
【００２２】
さまざまな他の実施例において、指令源はＭＰＣＳ２６、または構造システム２２のいずれかの他のコンピュータベースサブシステムであり得る。特に、ＭＰＣＳ２６または他のサブシステムは、アクチュエータ遊びモジュール３４を含み得、たとえばｔ0からｔ1の選択期間に一連のトルク指令またはトルク指令波形をアクチュエータコントローラ４２に送るように構成され得る。上述のように、一連のトルク指令またはトルク指令波形は、出力ラム３０を伸張する方向と出力ラム３０を収縮させる反対方向との間で駆動モータ２８
を振動させるように一般に設計される。こうして、駆動モータ２８は、アクチュエータコントローラ４２がアクチュエータ動作パラメータを監視する間、一連のトルク指令またはトルク指令波形に応じて出力ラム３０を動かす。アクチュエータ動作パラメータデータ波形４６、５０、５４および５８は次にアクチュエータ遊びモジュール３４に送信され、これはＭＰＣＳ２６または構造システム２２の他のサブシステムによって実行されて、選択期間についての遊び値を算出する。いくつかの実現例では、一連のトルク指令またはトルク指令波形は上述のように、あるモータ２８速度を達成し、かつ迅速に反転するように設計される。
【００２３】
さらに他の実施例においては、アクチュエータ遊び監視システム１０は、アクチュエータ遊びモジュール３４を実行して、構造システム２２の選択動作期間にアクチュエータパラメータデータを収集し、かつ遊び値を生成するように構成される。こうして、アクチュエータコントローラ４２は、構造システム２２の動作中にＭＰＣＳ２６からトルク指令を受ける。アクチュエータ遊びモジュール３４はさまざまな動作期間に実行されて、上述のようにＭＰＣＳ２６のデータベースに格納され得る複数のアクチュエータ遊び値を算出してまとめる。たとえば、さまざまな実施例において構造システム２２は航空機である。アクチュエータ遊びモジュール３４は、航空機のさまざまな動作期間にアクチュエータ動作パラメータデータを収集し、かつアクチュエータ遊び値を算出するように実行され得る。
【００２４】
さらに、さまざまな実施例において、ＦＭＳ１０は上述のようにデジタル環境で適用できる。またさらに、他の実施例においては、ＦＭＳ１０は上述のようにアナログ環境で適用できる。
【００２５】
ＦＭＳ１０によって、構造システム２２からアクチュエータ１４を物理的に取外すことなくアクチュエータ１４の機械的磨耗の査定が可能となり、これにより公知の方法の地上磨耗試験の必要性を減らすか無くすことができる。特定的な「許容」パラメータデータ前提条件が満たされるときにのみ測定を行うことによって、測定される遊びの精度が保証され、一致する。また、このきわめて重要な測定を頻繁に実行することにより、測定の精度の信頼性は高く、長期傾向特定が可能となる。アクチュエータ１４の寿命全体を通して遊び測定値を取得および格納することにより、磨耗の傾向が非線形となり、かつ最終的な故障の予測の手助けを支援することができる。
【００２６】
当業者は、上述の説明からこの発明の広範な教示内容がさまざまな形態で実現可能であることを認識できるであろう。したがって、この発明はその特定の例に関連して説明されたが、図面、明細書および以下の請求項を検討すれば他の修正が当業者に明らかになるであろうことから、本発明の真の範囲はそのように限定されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】この発明のさまざまな実施例に従った、少なくとも１つのアクチュエータのための遊び監視システム（ＦＰＳ）を含む構造システムの図である。
【図２】図１に示される遊び監視システムに含まれるアクチュエータ遊びモニタモジュールを図示するブロック図である。
【図３】図２に示される遊びモニタモジュールによって収集されるさまざまなアクチュエータ動作データを例示的に図式化して表わす図である。
【図４】図２に示される遊びモニタモジュールによってフィルタリングされた後の、図３に示されるアクチュエータ動作データを例示的に図式化して表わす図である。
【図５】図２に示される遊びモニタモジュールによって正規化された後の、図４に示されるモータ位置データ曲線および出力ラムデータ曲線を例示的に図式化して表わす図である。
【図１】
2009528813.tif 000003
【図２】
2009528813.tif 000004
【図３】
2009528813.tif 000005
【図４】
2009528813.tif 000006
【図５】
2009528813.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成20年9月8日(2008.9.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクチュエータ内部の遊びを監視するための方法であって、
アクチュエータ出力ラムを伸張方向と収縮方向との間で繰返し駆動するようにアクチュエータ駆動モータに指令が与えられるときの予め定められた期間に、複数のアクチュエータパラメータデータセットを収集するステップと、
特定的な予め定められた判定基準を満たす、前記複数のアクチュエータパラメータデータセットのさまざまなセットを選択的に分離するステップと、
分離された前記アクチュエータパラメータデータセットに基づいてアクチュエータ内部の遊び値の量を計算するステップとを備える、方法。
【請求項２】
前記遊び値を電子記憶媒体に格納するステップと、
複数の次の予め定められた期間に、前記複数のアクチュエータパラメータデータセットを収集する前記ステップ、さまざまなアクチュエータデータセットを分離する前記ステップ、および前記遊び値を計算する前記ステップを繰り返して、前記電子記憶媒体に格納される複数の次の遊び値をまとめるステップと、
まとめられた前記遊び値についての傾向分析を行って前記アクチュエータの潜在的な故障を予測するステップとをさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記複数のアクチュエータパラメータデータセットを収集するステップは、前記駆動モータを動作させて、前記伸張方向と収縮方向との間で前記駆動モータの動作を振動させる波形指令に従って前記アクチュエータ出力ラムを駆動するステップを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記複数のアクチュエータパラメータデータセットを収集するステップは、前記アクチュエータパラメータデータセットに含まれる複数のデータ種類の各々について同一のフィルタリングを実行して、前記アクチュエータパラメータデータセットからノイズを除去するステップを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記複数のアクチュエータパラメータデータセットを収集するステップは、前記アクチ
ュエータパラメータデータセットに含まれる複数のデータ種類の少なくともいくつかを正規化するステップを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
移動プラットホームの操縦翼面の動きを制御するアクチュエータ内部の遊びを監視するための方法であって、
少なくとも、アクチュエータ出力ラムを伸張方向と収縮方向との間で繰返し駆動するようにアクチュエータ駆動モータに指令が与えられるときの予め定められたデータ収集期間中の駆動モータ位置を示す複数のモータ位置データを備えるアクチュエータ駆動モータ位置信号、前記データ収集期間中の駆動モータ速度を示す複数のモータ速度データを備える駆動モータ速度信号、および前記データ収集期間中のアクチュエータ出力ラム位置を示す複数のラム位置データを備えるアクチュエータ出力ラム位置信号を生成するステップと、
前記データ収集期間に複数のアクチュエータパラメータデータセットを収集するステップとを備え、各アクチュエータパラメータデータセットは、モータ位置データ値、モータ速度データ値およびラム位置データ値を備え、前記方法はさらに
モータ位置範囲内のモータ位置データ値、モータ速度範囲内のモータ速度データ値、およびラム位置範囲内のラム位置データ値を含む、前記複数のアクチュエータパラメータデータセットのさまざまなセットを選択的に分離するステップと、
分離された前記アクチュエータパラメータデータセットに基づいて前記データ収集期間についてのアクチュエータ内部の遊び値の量を計算するステップとを含む、方法。
【請求項７】
前記遊び値を電子記憶媒体に格納するステップと、
複数の次の予め定められた期間に、前記モータ位置信号、モータ速度信号およびラム位置信号を生成する前記ステップ、前記複数のアクチュエータパラメータデータセットを収集する前記ステップ、さまざまなアクチュエータデータセットを分離する前記ステップ、ならびに前記遊び値を計算する前記ステップを繰り返して、前記電子記憶媒体に格納される複数の次の遊び値をまとめるステップと、
まとめられた前記遊び値についての傾向分析を行って前記アクチュエータの潜在的な故障を予測するステップとをさらに備える、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記モータ位置信号、モータ速度信号およびラム位置信号を生成するステップは、前記駆動モータを動作させて、前記伸張方向と収縮方向との間で前記駆動モータの動作を振動させる波形指令に従って前記アクチュエータ出力ラムを駆動するステップを備える、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記複数のアクチュエータパラメータデータセットを収集するステップは、前記モータ位置信号、モータ速度信号およびラム位置信号の各々について同一のフィルタリングを実行して、前記モータ位置信号、前記モータ速度信号および前記ラム位置信号からノイズを除去するステップを備える、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
移動プラットホームの操縦翼面の動きを制御する移動プラットホームアクチュエータの信頼性状態を監視するためのシステムであって、
少なくとも、アクチュエータ出力ラムを伸張方向と収縮方向との間で繰返し駆動するようにアクチュエータ駆動モータに指令が与えられるときの予め定められたデータ収集期間中の駆動モータ位置を示す複数のモータ位置データを備えるアクチュエータ駆動モータ位置信号、前記データ収集期間中の駆動モータ速度を示す複数のモータ速度データを備える駆動モータ速度信号、および前記データ収集期間中のアクチュエータ出力ラム位置を示す複数のラム位置データを備えるアクチュエータ出力ラム位置信号を生成するように適合された移動プラットホーム計算システムと、
前記データ収集期間に、各々が、モータ位置データ値、モータ速度データ値およびラム位置データ値を備える複数のアクチュエータパラメータデータセットを収集し、モータ位
置範囲内のモータ位置データ値、モータ速度範囲内のモータ速度データ値、およびラム位置範囲内のラム位置データ値を含む前記複数のアクチュエータパラメータデータセットのさまざまなセットを選択的に分離し、かつ分離された前記アクチュエータパラメータデータセットに基づいて前記データ収集期間についてのアクチュエータ内部の遊び値の量を生成するように適合された、前記移動プラットホーム計算システムと協働して動作可能なアクチュエータ遊びモニタモジュールとを備える、システム。
【請求項１１】
前記モータ位置信号、前記モータ速度信号および前記ラム位置信号を生成するため、前記移動プラットホーム計算システムは、前記駆動モータを動作させて、前記伸張方向と収縮方向との間で前記駆動モータの動作を振動させる波形指令に従って前記アクチュエータ出力ラムを駆動するようにさらに適合される、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記複数のアクチュエータパラメータデータセットを収集するため、前記アクチュエータ遊びモニタモジュールは、前記モータ位置信号、前記モータ速度信号および前記ラム位置信号の各々について同一のフィルタリングを実行して、前記モータ位置信号、前記モータ速度信号および前記ラム位置信号からノイズを除去するようにさらに適合される、請求項１０に記載のシステム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は電気機械アクチュエータに関し、特に、電気機械アクチュエータのための遊びまたは機械的磨耗モニタに関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機、列車、船、バスなどのたとえば移動プラットホームなどの多くの構造システムは、たとえば電気機械アクチュエータ（electro-mechanical actuator: EMA）などのアクチュエータを用いて構造システムのさまざまなコンポーネントの動きを制御する。たとえば、航空機においてアクチュエータを利用して点検窓、着陸装置、飛行操縦翼面、および他の航空機コンポーネントの動きを制御することができる。アクチュエータの運用寿命を通じて、「遊び（freeplay）」と称されることもある機械的磨耗が、アクチュエータモータ、ベアリング、ギア、およびアクチュエータ駆動機構の他の要素において増大する。そのような磨耗は測定および予測することが困難であるため、定期的な地上試験が必要となる。典型的に、アクチュエータ試験は特殊な地上支援機材を必要とし、行うのに非常に時間がかかる。また、たとえば航空機アクチュエータまたはＥＭＡなどのアクチュエータの実現例の中には、使用の５０時間ごとの頻度で遊び／機械的磨耗測定が必要となり得るものもあり、測定の各セットを完了するのに８〜１６整備工数（man-hours）がかかり得る
。しばしば、機械的磨耗試験中は構造システムの電源を落とすか、またはその他の場合は動作不能にしなければならない。たとえば、航空機は典型的に遊び試験中は飛行不可能である。いくつかの場合では、実験室でしか摩耗を査定できないため、構造システムから機能機材を完全に取外すことが必要となる。必要な整備時間、磨耗試験を行うための整備訓練、試験を行なうための機材、および構造システムのダウンタイムはすべて、アクチュエータ遊び試験に多大な金銭的および時間的コストを加えることになる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
発明の簡単な要約
この発明は、たとえば電気機械アクチュエータ（ＥＭＡ）などのアクチュエータ内部の遊びを監視するためのシステムおよび方法を提供する。さまざまな実施例に従って、この方法は、予め定められた期間に複数のアクチュエータパラメータデータセットを収集するステップを含む。予め定められた期間中、移動プラットホームなどの構造システムの可動コンポーネントに動作可能に接続されたアクチュエータ出力ラムを伸縮させるように、アクチュエータモータに指令が与えられる。この方法はまた、特定的な予め定められた判定基準を満たす、複数のアクチュエータパラメータデータセットのさまざまなセットを選択的に分離するステップを含む。さらに、この方法は、分離されたアクチュエータパラメータデータセットに基づいてアクチュエータ内部の遊び値の量を計算するステップを含む。
【０００４】
この発明の応用性のさらなる領域が、この後に与えられる詳細な説明から明らかになるであろう。詳細な説明および特定的な例は、本発明の好ましい実施例を示しているが、例示を意図しているに過ぎず、本発明の範囲を限定することを意図するものではないことを理解すべきである。さらに、この発明の特徴、機能、および利点は、この発明のさまざまな実施例において独立して達成され得るか、またはさらに他の実施例において組合わせられ得る。
【０００５】
詳細な説明および添付の図面からこの発明がより十分に理解されるであろう。
図中のいくつかの図面にわたって対応する参照番号は対応する箇所を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
発明の詳細な説明
好ましい実施例の以下の説明は例示的な性質のものに過ぎず、本発明、その応用または使用を限定することを意図するものでは全くない。また、以下に説明されるような好ましい実施例によって与えられる利点は例示的な性質のものであり、すべての好ましい実施例が同じ利点または同じ程度の利点を与えるとは限らない。
【０００７】
図１を参照して、さまざまな実施例において、たとえば電気機械アクチュエータ（ＥＭＡ）、デジタルリニアモータまたは位置出力を有するいずれかの他の電気モータ駆動システムなどの、少なくとも１つのアクチュエータ１４の機械的磨耗を測定および監視するための機械的磨耗管理システム（mechanical wear management system: MWMS）１０が提供
される。アクチュエータ内部の機械的磨耗はアクチュエータの遊びとしばしば称されるため、ＭＷＭＳ１０は本明細書中において遊び管理システム（freeplay management system: FMS）１０とも称することにする。各アクチュエータ１４は、移動プラットホームなど
の構造システム２２の少なくとも１つのコンポーネント１８の動きを制御する。たとえば、各アクチュエータ１４は航空機の操縦翼面の動きを制御することができる。構造システム２２は図１では航空機として例示的に図示されているが、構造システム２２は航空機、またはバス、船、列車もしくは他の乗物などの他の移動プラットホームに限定されない。構造システム２２は、構造システム２２の少なくとも１つのコンポーネント１８の動きを制御するために１つ以上のアクチュエータ１４を組込んだ如何なる構造システムであってもよい。たとえば、構造システム２２は、空気の流れの方向および／または体積を制御するための１つ以上のルーバ、シャッタ、タレットまたは弁の動きを制御するために１つ以上のアクチュエータ１４を組込んだ暖房、換気および空調システムであり得る。さらに、各アクチュエータ１４は図１では単一のアクチュエータとして例示的に図示されているが、ＦＭＳ１０を利用して、複数の相互接続されたアクチュエータ１４の遊びを測定および監視することができることを理解すべきである。たとえば、複数の相互接続されたアクチュエータ１４を組込んで構造コンポーネント１８の冗長性および／または追加制御を提供してもよく、これは本発明の範囲内にとどまる。
【０００８】
ＦＭＳ１０は、１つ以上のアクチュエータ１４と、構造システム２２のさまざまな動作を制御および／または監視することができる構造システム２２の移動プラットホーム計算システム（ＭＰＣＳ）２６とを含む。たとえば、ＭＰＣＳ２６は、パイロット指令の伝達などを制御し、かつ対気速度、航空機に対する重力およびさまざまな航空機操縦翼面の撓み量などを監視する、航空機のメインコンピュータベース航空機管理システムであり得る。ＦＭＳ１０を用いて１つ以上のアクチュエータ１４の遊びを実質的に同時に測定および監視可能であることを理解すべきだが、単純化および明確化のため、１つ以上のアクチュエータ１４を本明細書中では単数形で、すなわち単にアクチュエータ１４と一般に称することにする。同様に、各アクチュエータ１４は１つ以上のコンポーネント１８に動作可能に接続され得ることを理解すべきだが、単純化および明確化のため、１つ以上のコンポーネント１８を本明細書中では単数形で、すなわち単にコンポーネント１８と一般に称することにする。
【０００９】
一般に、アクチュエータ出力ラム３０を駆動する、たとえば出力ラム３０を伸張するか収縮させるようにアクチュエータ１４に指令が与えられると、アクチュエータ１４に含まれる１つ以上のアクチュエータ駆動モータ２８が、ある回転距離を動いてから出力ラム３０に係合して出力ラム３０を駆動し、出力ラム３０に動作可能に接続されたシステムコンポーネント１８の位置を変更することになる。出力ラム３０との係合前に駆動モータ２８が動く回転距離が、機械的遊びである。遊び測定は外部要因に基づいて若干異なり得るが、長期傾向は特定可能であり、また絶対的な遊び測定は重要である一方で、経時的なアクチュエータ１４の使用にわたる遊び測定の重大な変化のほうがはるかに重要である。典型的に、アクチュエータ１４などのアクチュエータ内では非常にわずかな量の遊びしか容認されない。たとえば、航空機アクチュエータ内で容認される遊びは１インチのわずか約数千分の１、たとえば１インチの１万から１万２千分の１のオーダであり得る。そのような小さな距離の測定はセンサおよび伝達ノイズを受けやすく、アクチュエータラム３０に対する外部荷重のせいで遊び測定に歪みが生じ得る。遊び測定は、駆動モータ２８の回転数および速度、ならびに出力ラム３０の直線変位によっても影響を受け得る。
【００１０】
図１および図２を参照して、さまざまな実施例において、ＦＭＳ１０は付加的に、いずれかの好適なプロセッサまたはマイクロプロセッサによって実行可能なソフトウェアベースモジュールまたはルーチンであるアクチュエータ遊びモジュール３４を含む。たとえば、さまざまな実施例において、アクチュエータ遊びモジュール３４はＭＰＣＳ２６に含まれ得、ＭＰＣＳプロセッサ（図示せず）によって実行され得る。したがって、例示のためにのみ、アクチュエータ遊びモジュール３４は図１ではＭＰＣＳ２６に含まれるとして示されているが、構造システム２２のいずれかの他のコンピュータベースサブシステム、または有線もしくは無線通信を介してＭＰＣＳ２６に通信可能に接続されたリモートコンピュータベースシステムの一部として含まれてもよい。アクチュエータ遊びモジュール３４は、さまざまなアクチュエータ動作パラメータが規定範囲内にある特定的な期間にモータ位置を出力ラム位置と比較することによって、少なくとも１つのアクチュエータ１４の機械的磨耗を測定および監視するためのソフトウェアモデルを提供する。
【００１１】
一般に、アクチュエータ遊びモジュール３４は、アクチュエータ１４の動作中に、駆動モータ２８、出力ラム３０の位置、ならびに駆動モータ２８の速度および加速度などのさまざまな他の選択アクチュエータ動作パラメータを測定および監視する。こうして、アクチュエータ遊びモジュール３４は、出力ラム３０を伸縮させるよう出力ラム３０を繰り返し駆動するように駆動モータ２８に指令が与えられるときの予め定められた期間に、複数のアクチュエータパラメータデータセットを収集するように実行される。各アクチュエータパラメータデータセットは、監視されるアクチュエータ動作パラメータの各々についてのデータ読取値または値を時間の関数として含む。一旦アクチュエータパラメータデータ
セットが収集されると、アクチュエータ遊びモジュール３４は、特定的な予め定められた判定基準を満たす、アクチュエータパラメータデータセットのさまざまなセットを選択的に分離する。つまり、その中の各データ値が、収集されるデータ、すなわちモータ位置データ、出力ラム位置データ、モータ速度データおよびモータ加速度データなどの各種類に特定的な予め定められた範囲内にあるアクチュエータパラメータデータセットの各々が、条件を満たさないデータセットから分離される。そして、分離されたアクチュエータパラメータデータセットに基づいて、その特定のデータ収集期間についての遊び値の量が計算される。
【００１２】
より特定的に、さまざまな実施例において、アクチュエータ遊びモジュール３４は、アクチュエータ１４に含まれるアクチュエータコントローラ４２によって監視されるさまざまな測定動作パラメータを収集するアクチュエータ動作データ収集モジュールまたはルーチン３８を含む。アクチュエータ動作データ収集モジュール３８は、アクチュエータ遊びモジュール３４の実行中に実行可能である。アクチュエータ１４を動作させるため、アクチュエータコントローラ４２は、コンポーネント１８を所望の位置に動かすようにアクチュエータ１４に命令する、たとえばＭＰＣＳ２６などの指令源から指令を受ける。この指令に応じて、アクチュエータコントローラ４２は、出力ラム３０を動かし、かつコンポーネント１８の動きを伝えるように駆動モータ２８に指令を与える。以下にさらに説明されるように、アクチュエータ１４の選択可能な動作期間に、アクチュエータコントローラ４２は動作パラメータ値を測定し、その値をアクチュエータ遊びモジュール３４に入力する。さまざまな実施例において、いずれの選択期間にも、アクチュエータ動作データ収集モジュール３８は以下に関連したデータを収集する。すなわち、駆動モータ２８が出力ラム３０を動作させるときの駆動モータ２８の位置（モータ位置データ）、出力ラム３０が駆動モータ２８によって駆動されて伸張および／または収縮するときの出力ラム３０の位置（ラム位置データ）、駆動モータ２８が出力ラム３０を駆動するように動作するときの駆動モータ２８の回転速度（モータ速度データ）、および駆動モータ２８が出力ラム３０を動作させるときの駆動モータ２８の加速度（モータ加速度データ）である。いくつかの実現例では、モータ加速度データはモータ速度データから計算され得る。
【００１３】
図３は、さまざまな実施例に従って、たとえばｔ0からｔ1の所望の期間に動作データ収集モジュール３８によって収集されたモータ位置データ４６、ラム位置データ５０、モータ加速度データ５４およびモータ速度データ５８を示す波形を例示的に示す。図３に図示される波形は例示的なものに過ぎず、すべての可能なデータ収集波形を含むわけではないことを理解すべきである。特に、データ収集波形は、方形波、鋸歯状波形または非対称波形などの適用可能な形状を本質的に有し得る。図３に図示されるように、たとえばｔ0か
らｔ1のいずれかの所望の期間に動作データ収集モジュール３８によって収集されるアク
チュエータ動作データは、信号スパイク、パラメータの各々を読取るもしくは監視するアクチュエータ１４のセンサ（図示せず）の分散、アクチュエータ１４からの電磁妨害、駆動モータ２８の回転数および速度、出力ラム３０もしくはアクチュエータ１４の周りの他の動作システムの直線変位、ならびに／または構造システム２２の物理的振動もしくは移動などによって引起されるノイズを含む。
【００１４】
動作パラメータデータ４６、５０、５４および５８の各々からいずれのそのようなノイズも平滑化するかフィルタリングするため、アクチュエータ遊びモジュール３４は、アクチュエータ遊びモジュール３４の実行中に実行可能なデータフィルタリングモジュールまたはルーチン６２を含む。動作データ収集モジュール３８は、動作パラメータデータ曲線４６、５０、５４および５８をデータフィルタリングモジュール６２に出力し、ここでデータ曲線４６、５０、５４および５８の各々内のデータがフィルタリングされるか平滑化される。特に、いずれの動作パラメータデータ波形４６、５０、５４および５８のいずれの位相シフトにも対処するため、各データ波形４６、５０、５４および５８は事実上同一
の態様でフィルタリングされる。こうして、たとえばｔ0からｔ1の各収集期間について、各動作データ波形４６、５０、５４および５８は事実上同一にフィルタリングされることにより、図４に図示される例示的なフィルタリング後のデータ波形がもたらされる。
【００１５】
図２および図５を参照して、さまざまな実施例において、アクチュエータ遊びモジュール３４は、アクチュエータ遊びモジュール３４の実行中に実行可能なデータ正規化モジュールまたはルーチン６６をさらに含む。データフィルタリングモジュール６２からのフィルタリング後のデータはデータ正規化モジュール６６に入力される。データ正規化モジュール６６は、出力ラムデータ５０とともにモータ位置データ４６を正規化する。さまざまな実現例において、データ正規化モジュール６６は、モータ位置データ４６および出力ラム位置データ５０の各々についての平均を計算する。データ正規化モジュール６６は次に、平均が一致するようにモータ位置データ波形４６および出力ラム位置データ波形５０の一方または両方をシフトする。たとえば、データ正規化モジュール６６は、出力ラムデータ波形５０の平均がモータ位置データ波形４６の平均と実質的に同じになるように、出力ラムデータ波形５０をシフトする、すなわち出力ラムデータ波形の各値に加算するまたは各値から減算することができる。モータ位置データ４６および出力ラム位置データ５０を正規化することにより、駆動モータ２８が最初に作動されるときに駆動モータ２８位置と出力ラム３０位置との間に存在し得る如何なるオフセットにも対処することができる。
【００１６】
たとえば駆動モータ２８位置、出力ラム３０位置、駆動モータ２８加速度および駆動モータ２８の速度などの監視される動作パラメータの各々は、いずれの所望のレートでもサンプリングする、すなわち収集することができる。たとえば、動作パラメータの各々は、各動作パラメータについて１秒間に１００から４００回データ値が収集され得るように、１００Ｈｚと４００Ｈｚとの間でサンプリングされ得る。さまざまな例示的な実施例において、アクチュエータ遊びモジュール３４は１００Ｈｚでデータをサンプリングする。つまり、アクチュエータ遊びモジュール３４は、たとえばｔ0からｔ1の所望のデータ収集期間に、１秒の１００分の１ごとに各動作パラメータについてのデータ値を収集する。こうして、動作データ曲線４６、５０、５４および５８の各々は、動作データ収集モジュール３８によってデータが収集される選択サンプリングレートに基づいた、予め定められた数のデータ値を備える。したがって、アクチュエータ遊びモジュール３４は予め定められた数の動作パラメータデータセットを収集し、各データセットは、選択サンプリングレートに従って、動作パラメータモニタの各々についての単一のデータ値を備える。たとえば、サンプリングレートが１００Ｈｚに選択された場合、動作データ収集モジュールは１秒の１００分の１でデータセットを収集する。動作データ値は上述のようにデータフィルタリングモジュール６２およびデータ正規化モジュール６６によってフィルタリングされて正規化されることにより、サンプリングレートに基づいた、予め定められた数のフィルタリングおよび正規化後の動作パラメータデータセットがもたらされる。アクチュエータ遊びモジュール３４は、アクチュエータ遊びモジュール３４の実行中に実行可能なデータ分離モジュールまたはルーチン７０をさらに含む。データ分離モジュール７０は、データ正規化モジュール６６からフィルタリングおよび正規化後の動作パラメータデータ波形４６、５０、５４および５８を受ける。上述のように、包括的に、動作パラメータデータ波形４６、５０、５４および５８は予め定められた数の動作パラメータデータセットを備える。データ分離モジュール７０は各データセットを評価して、予め規定された条件のセットをデータセットの各々が満たすかどうか判断する。特定的に、データ分離モジュール７０は各データセットを評価して、各データセット内のデータ値の各々が、動作パラメータに特定的な予め定められた所望の範囲内にあるかどうか判断する。特に、データ分離モジュール７０は各データセット内のモータ位置データ値を評価して、どのデータセットが「許容」モータ位置データ値、すなわちモータ位置値の予め定められた所望の範囲内のモータ位置データ値を含むか判断する。特定のデータセットについてのモータ位置データ値が「許容」範囲外である場合、その特定のデータセットは破棄され、以下に説明されるように、
たとえばｔ0からｔ1の選択期間についてのアクチュエータ遊びを判断するのに利用されない。
【００１７】
また、データ分離モジュール７０は各データセット内の出力ラム位置データ値を評価して、どのデータセットが「許容」出力ラム位置データ値、すなわち出力ラム位置値の予め定められた所望の範囲内の出力ラム位置データ値を含むか判断する。特定のデータセットについての出力ラム位置データ値が「許容」範囲外である場合、その特定のデータセットは破棄され、以下に説明されるように、たとえばｔ0からｔ1の選択期間についてのアクチュエータ遊びを判断するのに利用されない。同様に、データ分離モジュール７０は各データセット内のモータ速度および加速度データ値の各々を評価して、どのデータセットが「許容」モータ速度データ値および／または「許容」モータ加速度データ値を含むか判断する。つまり、モータ速度値の予め定められた所望の範囲内のモータ速度データ値、およびモータ加速度値の予め定められた所望の範囲内のモータ加速度データ値である。特定のデータセットについてのモータ速度データ値またはモータ加速度データ値のいずれかが「許容」範囲外である場合、その特定のデータセットは破棄され、以下に説明されるように、たとえばｔ0からｔ1の選択期間についてのアクチュエータ遊びを判断するのに利用されない。したがって、データ分離モジュール７０は、その中のデータ値の各々が、規定されたそれぞれの「許容」範囲内にあるすべてのデータセットを分離する。
【００１８】
分離されたデータセット、すなわち規定されたそれぞれの「許容」範囲内にデータ値の各々を有することによってすべての予め規定された条件を満たしたデータセットは、次に遊び計算モジュール７４に出力される。「許容」データセットを利用して、遊び計算モジュール７４は、たとえばｔ0からｔ1の選択期間についての遊び量を決定するように実行される。遊び値を計算するため、遊び計算モジュール７４は、分離されたデータセットごとにモータ位置データ値と出力ラム位置データ値との差を算出する。分離されたデータセットごとに一旦この差が算出されると、遊び計算モジュール７４はすべての算出された差についての絶対値の平均を計算する。すべての算出された差についての絶対値のこの平均が、たとえばｔ0からｔ1の選択期間についての遊び値としてアクチュエータ遊びモニタ３４から出力される。
【００１９】
さまざまな実施例において、アクチュエータ遊びモニタ３４から出力される遊び値は、たとえばＭＰＣＳ２６のデータベースなどの電子記憶装置に格納される。その後、アクチュエータ遊びモニタ３４は、たとえばｔ2からｔ3、ｔ4からｔ5…およびｔnからｔn+1などの複数のその後の選択期間についての遊び値を生成することができる。各々のその後の遊び値は次に電子記憶装置に格納され、アクチュエータ１４についての遊び傾向分析を行なうのに用いられて、アクチュエータ１４の必要な交換または修理を予測することができる。さらに、さまざまな実施例において、アクチュエータ遊びモジュール３４は上述のように、複数のアクチュエータ１４についての遊び算出を実質的に同時に実行するように実現され得る。
【００２０】
上述のように、アクチュエータ１４は、アクチュエータコントローラ４２において指令源から受けるトルク指令に従ってシステムコンポーネント１８を制御するように動作する。さまざまな実施例において、指令源は、たとえばｔ0からｔ1の選択期間にアクチュエータコントローラ４２に一連のトルク指令または波形トルク指令を送るように構成された、離散的なコンピュータベースシステムである。一般に、一連のトルク指令またはトルク指令波形は、出力ラム３０を伸張する方向と出力ラム３０を収縮させる反対方向との間で駆動モータ２８を振動させるように設計される。したがって、駆動モータ２８は、一連のトルク指令またはトルク指令波形に応じて出力ラム３０を動かす。アクチュエータコントローラ４２はアクチュエータ動作パラメータを監視し、離散的なコンピュータベースシステムに格納され当該システムによって実行されるアクチュエータ遊びモジュール３４にアク
チュエータ動作パラメータデータ波形４６、５０、５４および５８を送信する。アクチュエータ遊びモジュール３４は次に、上述のように、選択期間についての遊び値を算出する。いくつかの実現例では、一連のトルク指令またはトルク指令波形は、あるモータ２８速度を達成し、かつ迅速に反転するように設計される。したがって、アクチュエータ１４は出力ラム３０を伸張するか収縮させ、次に迅速に方向転換し、かなり高い加速度を発生することになる。こうして、一連のトルク指令またはトルク指令波形は、ある範囲内の特定の速度で駆動モータ２８を加速するように設計される。一連のトルク指令またはトルク指令波形は、その後ある期間内に駆動モータ２８の方向を反対にし、反対方向で同じ速度を達成するか、または速度要件を満たすようにさらに設計される。
【００２１】
さまざまな他の実施例において、指令源はＭＰＣＳ２６、または構造システム２２のいずれかの他のコンピュータベースサブシステムであり得る。特に、ＭＰＣＳ２６または他のサブシステムは、アクチュエータ遊びモジュール３４を含み得、たとえばｔ0からｔ1の選択期間に一連のトルク指令またはトルク指令波形をアクチュエータコントローラ４２に送るように構成され得る。上述のように、一連のトルク指令またはトルク指令波形は、出力ラム３０を伸張する方向と出力ラム３０を収縮させる反対方向との間で駆動モータ２８を振動させるように一般に設計される。こうして、駆動モータ２８は、アクチュエータコントローラ４２がアクチュエータ動作パラメータを監視する間、一連のトルク指令またはトルク指令波形に応じて出力ラム３０を動かす。アクチュエータ動作パラメータデータ波形４６、５０、５４および５８は次にアクチュエータ遊びモジュール３４に送信され、これはＭＰＣＳ２６または構造システム２２の他のサブシステムによって実行されて、選択期間についての遊び値を算出する。いくつかの実現例では、一連のトルク指令またはトルク指令波形は上述のように、あるモータ２８速度を達成し、かつ迅速に反転するように設計される。
【００２２】
さらに他の実施例においては、アクチュエータ遊び監視システム１０は、アクチュエータ遊びモジュール３４を実行して、構造システム２２の選択動作期間にアクチュエータパラメータデータを収集し、かつ遊び値を生成するように構成される。こうして、アクチュエータコントローラ４２は、構造システム２２の動作中にＭＰＣＳ２６からトルク指令を受ける。アクチュエータ遊びモジュール３４はさまざまな動作期間に実行されて、上述のようにＭＰＣＳ２６のデータベースに格納され得る複数のアクチュエータ遊び値を算出してまとめる。たとえば、さまざまな実施例において構造システム２２は航空機である。アクチュエータ遊びモジュール３４は、航空機のさまざまな動作期間にアクチュエータ動作パラメータデータを収集し、かつアクチュエータ遊び値を算出するように実行され得る。
【００２３】
さらに、さまざまな実施例において、ＦＭＳ１０は上述のようにデジタル環境で適用できる。またさらに、他の実施例においては、ＦＭＳ１０は上述のようにアナログ環境で適用できる。
【００２４】
ＦＭＳ１０によって、構造システム２２からアクチュエータ１４を物理的に取外すことなくアクチュエータ１４の機械的磨耗の査定が可能となり、これにより公知の方法の地上磨耗試験の必要性を減らすか無くすことができる。特定的な「許容」パラメータデータ前提条件が満たされるときにのみ測定を行うことによって、測定される遊びの精度が保証され、一致する。また、このきわめて重要な測定を頻繁に実行することにより、測定の精度の信頼性は高く、長期傾向特定が可能となる。アクチュエータ１４の寿命全体を通して遊び測定値を取得および格納することにより、磨耗の傾向が非線形となり、かつ最終的な故障の予測の手助けを支援することができる。
【００２５】
当業者は、上述の説明からこの発明の広範な教示内容がさまざまな形態で実現可能であることを認識できるであろう。したがって、この発明はその特定の例に関連して説明され
たが、図面、明細書および以下の請求項を検討すれば他の修正が当業者に明らかになるであろうことから、本発明の真の範囲はそのように限定されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】この発明のさまざまな実施例に従った、少なくとも１つのアクチュエータのための遊び監視システム（ＦＰＳ）を含む構造システムの図である。
【図２】図１に示される遊び監視システムに含まれるアクチュエータ遊びモニタモジュールを図示するブロック図である。
【図３】図２に示される遊びモニタモジュールによって収集されるさまざまなアクチュエータ動作データを例示的に図式化して表わす図である。
【図４】図２に示される遊びモニタモジュールによってフィルタリングされた後の、図３に示されるアクチュエータ動作データを例示的に図式化して表わす図である。
【図５】図２に示される遊びモニタモジュールによって正規化された後の、図４に示されるモータ位置データ曲線および出力ラムデータ曲線を例示的に図式化して表わす図である。
【国際調査報告】
2009528813.tif 000008
2009528813.tif 000009