(57)【要約】      （修正有）【課題】マルチアクチュエータシステムにおけるフォースファイティングの補償のためのシステムを提供する。【解決手段】システム３００は、適応型フィードフォワード（ＦＦ）コントローラ３１０及び３２０、最適ゲインフィードバックレギュレータ３１２及び３２２を備える。フィードフォワードコントローラ３１０及びフィードバックレギュレータ３１２は、ＥＨＳＡ１１０の動作を調節し、フィードフォワードコントローラ３２０及びフィードバックレギュレータ３２２はＥＨＡ１２０の動作を調節する。位置コマンド３３０は、信号プロセッサ３０２からフィードフォワードコントローラ３１０及び３２０に送信される。フィードフォワードコントローラは、雑音、外乱、及び出力負荷により大きくなり得る、アクチュエータ１１０と１２０との間のフォース間の差の補償を担うローカルフィードバック補償器上で働き、各アクチュエータからの位置及び出力を同期させ得る。【選択図】図３Ａ
2019112044.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動コマンド信号（３３０）を受信するように構成された第１のフィードフォワードコントローラ（３１０）であって、第１のアクチュエータ（１１０）と通信する第１のフィードフォワードコントローラ（３１０）、
第１のフィードバック入力を前記第１のフィードフォワードコントローラへと出力するように構成され、更には入力として第１のアクチュエータ位置（３３４−Ａ）及び第１のアクチュエータフォース（３３６−Ａ）を受信するように構成された第１のフィードバックレギュレータ（３１２）
前記駆動コマンド信号を受信するように構成された第２のフィードフォワードコントローラ（３２０）であって、第２のアクチュエータ（１２０）と通信する第２のフィードフォワードコントローラ（３２０）、並びに
第２のフィードバック入力を前記第２のフィードフォワードコントローラへと出力するように構成され、更には入力として第２のアクチュエータ位置（３３４−Ｂ）及び第２のアクチュエータフォース（３３６−Ｂ）を受信するように構成された第２のフィードバックレギュレータ（３２２）、
を備える駆動コントローラユニット（３００）であって、両方のフィードフォワードコントローラと両方のフィードバックレギュレータとを利用して、航空機（６００）の共通の操縦翼面（１０２）を駆動する間のフォースファイティングを最小化する駆動コントローラユニット。
【請求項２】
前記フィードフォワードコントローラが、アクチュエータの挙動を予測する内部プラントモデル（４１０）を含む、請求項１に記載の駆動コントローラユニット。
【請求項３】
前記フィードフォワードコントローラが、制御インターバルｋで制約最適化問題を構築及び解決するように構成された内部オプティマイザ（４６２）を含む、請求項１に記載の駆動コントローラユニット。
【請求項４】
前記フィードバックレギュレータが、内部ループ雑音抑制器及びプラント外乱補償器として構成される、請求項１に記載の駆動コントローラユニット。
【請求項５】
前記フィードバックレギュレータが、線形二次Ｇａｕｓｓ形コントローラ（ＬＱＧ）として構成される、請求項１に記載の駆動コントローラユニット。
【請求項６】
前記ＬＱＧが線形二次レギュレータ（ＬＱＲ）及びカルマン推定器を含む、請求項５に記載の駆動コントローラユニット。
【請求項７】
前記カルマン推定器が入力としてＵ（ｋ）及びＹ（ｋ）を取り、ここでＵ（ｋ）は前記ＬＱＲの出力であり、Ｙ（ｋ）はアクチュエータの前記出力にトルク外乱を加えたものであり、前記カルマン推定器が、入力として前記ＬＱＲへとフィードバックされる出力Ｘ（ｋ）を取る、請求項６に記載の駆動コントローラユニット。
【請求項８】
Ｙ（ｋ）が、位置、電流、速度、フォース、及び圧力に対応し、追加入力として前記フィードフォワードコントローラにフィードバックされる、請求項７に記載の駆動コントローラユニット。
【請求項９】
更に、デジタルフィルタと、位置、フォース、及びフォースファイトの過渡を予想してゼロにするフォワードルッキングアルゴリズムとを使用して、高速で動的且つ過渡的なフォースファイティングを拒絶するように構成された、請求項１に記載の駆動コントローラユニット。
【請求項１０】
前記フィードフォワードコントローラが、前記第１のアクチュエータと前記第２のアクチュエータとの間の静的及び動的なフォースの差の補償を担うローカルフィードバック補償器を含む、請求項１に記載の駆動コントローラユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、流体圧力と電気機械式アクチュエータを利用するハイブリッド作動システムに関し、具体的には操作時のフォースファイティングの補償のためのシステムに関する。共通の操縦翼面で複数のアクチュエータを操作する間に、製造許容誤差によりアクチュエータの動的挙動に差が生じ、これによりフォースファイティングの状態が発生することがある。フォースファイティングは、アクチュエータが負荷を等しく分担しないことにより生じる。この状態は、アクチュエータが液圧式等の類似の一次動力源により制御される場合にも起こり得る。複数のアクチュエータが、二つの別個の一次動力源（油圧及び電気）を有するハイブリッド作動システム内で動作しているときには、不均等な負荷の分担（フォースファイティング）の可能性が高まる。
【０００２】
フォースファイティングは、基本的に、共通の航空機飛行操縦翼面に作用する二つの類似又は非類似のアクチュエータ間における応答の差に起因する。ハイブリッド作動システム（電気式アクチュエータと油圧式アクチュエータ）の場合、ハイブリッド作動システムにおける最大の問題はフォースファイティングである。フォースファイティングを放置すると、深刻な構造的損傷及び／又はコンポーネントの故障が生じ得る。したがって、システムのエネルギー効率、信頼性を改善し、疲労要件を満たすために、フォースファイティングを排除又は許容可能な範囲に制限するためのシステム及び方法が必要とされている。
【発明の概要】
【０００３】
以下では、本発明の特定の実施例の基本的な理解を提供するために、本発明の概要を提示する。この概要は、開示内容の広範な要約ではなく、本発明の重要な／必須のエレメントを特定するものでも、本発明の範囲を規定するものでもない。この概要の唯一の目的は、これ以降で提示されるより詳細な説明に対する前置きとして、単純な形態で本明細書に開示される幾つかの概念を示すことである。
【０００４】
概して、本発明の特定の実施例は、マルチアクチュエータシステムにおけるフォースファイティングを、補償、排除又は制限するためのシステム及び方法を提供する。種々の実施例によれば、駆動コマンド信号を受信するように構成された第１のフィードフォワードコントローラを含む駆動コントローラユニットが提供される。第１のフィードフォワードコントローラは、第１のアクチュエータと通信する。駆動コントローラユニットは、第１のフィードバック入力を第１のフィードフォワードコントローラへと出力するように構成された第１のフィードバックレギュレータを更に含む。第１のフィードバックレギュレータは更に、入力として第１のアクチュエータ位置及び第１のアクチュエータフォースを受け取るように構成される。
【０００５】
駆動コントローラユニットは、駆動コマンド信号を受信するように構成された第２のフィードフォワードコントローラを更に含む。第２のフィードフォワードコントローラは、第２のアクチュエータと通信する。駆動コントローラユニットは、第２のフィードバック入力を第２のフィードフォワードコントローラへと出力するように構成された第２のフィードバックレギュレータを更に含む。第２のフィードバックレギュレータは更に、入力として第２のアクチュエータ位置及び第２のアクチュエータフォースを受け取るように構成される。駆動コントローラユニットは、両方のフィードフォワードコントローラと両方のフィードバックレギュレータとを利用して、共通の操縦翼面を駆動する間のフォースファイティングを最小化する。
【０００６】
フィードフォワードコントローラは、アクチュエータの挙動を予測する内部プラントモデルを含む。フィードフォワードコントローラは、制約最適化問題を、制御インターバルｋで構築して解決するように構成された内部オプティマイザを含む。フィードフォワードコントローラは、第１のアクチュエータと第２のアクチュエータとの間の静的及び動的なフォースの差の補償を担う、ローカルフィードバック補償器を含み得る。
【０００７】
フィードバックレギュレータは、内部ループ雑音抑制器及びプラント外乱補償器として構成される。フィードバックレギュレータは、線形二次Ｇａｕｓｓ形コントローラ（ＬＱＧ）として構成される。ＬＱＧは、線形二次レギュレータ（ＬＱＲ）及びカルマン推定器を含む。カルマン推定器は、入力としてＵ（ｋ）及びＹ（ｋ）を、及び入力としてＬＱＲへとフィードバックされる出力Ｘ（ｋ）を取る。Ｕ（ｋ）はＬＱＲの出力であり、Ｙ（ｋ）はアクチュエータの出力にトルク外乱を加えたものである。Ｙ（ｋ）は、位置、電流、速度、フォース、及び圧力に対応し、追加入力としてフィードフォワードコントローラにフィードバックされる。
【０００８】
駆動コントローラユニットは更に、デジタルフィルタと、位置、フォース、及びフォースファイトの過渡を予想してゼロにするフォワードルッキングアルゴリズムとを使用して、高速で動的且つ過渡的なフォースファイティングを拒絶する。
【０００９】
本発明のまた別の実施例では、プロセッサ、エルロン、第１のアクチュエータ、及び第２のアクチュエータを備える航空機が提供される。航空機は、駆動コマンド信号を受信するように構成された第１のフィードフォワードコントローラを更に備える。第１のフィードフォワードコントローラは、第１のアクチュエータと通信する。航空機は、第１のフィードバック入力を第１のフィードフォワードコントローラへと出力するように構成された第１のフィードバックレギュレータを更に備える。第１のフィードバックレギュレータは更に、入力として第１のアクチュエータ位置及び第１のアクチュエータフォースを受け取るように構成される。
【００１０】
航空機は、駆動コマンド信号を受信するように構成された第２のフィードフォワードコントローラを更に備える。第２のフィードフォワードコントローラは、第２のアクチュエータと通信する。航空機は、第２のフィードバック入力を第２のフィードフォワードコントローラへと出力するように構成された第２のフィードバックレギュレータを更に備える。第２のフィードバックレギュレータは更に、入力として第２のアクチュエータ位置及び第２のアクチュエータフォースを受け取るように構成される。航空機は、両方のフィードフォワードコントローラと両方のフィードバックレギュレータとを利用して、エルロンを駆動する間のフォースファイティングを最小化する。
【００１１】
航空機は更に、デジタルフィルタと、位置、フォース、及びフォースファイトの過渡を予想してゼロにするフォワードルッキングアルゴリズムとを使用して、高速で動的且つ過渡的なフォースファイティングを拒絶するように構成される。
【００１２】
本発明の更に別の実施例では、駆動コマンド信号を受信するように構成された第１のフィードフォワードコントローラを備えるフォースファイティング補償システムが提供される。第１のフィードフォワードコントローラは、第１のアクチュエータと通信する。フォースファイティング補償システムは、第１のフィードバック入力を第１のフィードフォワードコントローラへと出力するように構成された第１のフィードバックレギュレータを更に備える。第１のフィードバックレギュレータは更に、入力として第１のアクチュエータ位置及び第１のアクチュエータフォースを受け取るように構成される。
【００１３】
フォースファイティング補償システムは、駆動コマンド信号を受信するように構成された第２のフィードフォワードコントローラを更に備える。第２のフィードフォワードコントローラは、第２のアクチュエータと通信する。フォースファイティング補償システムは、第２のフィードバック入力を第２のフィードフォワードコントローラへと出力するように構成された第２のフィードバックレギュレータを更に備える。第２のフィードバックレギュレータは更に、入力として第２のアクチュエータ位置及び第２のアクチュエータフォースを受け取るように構成される。フォースファイティング補償システムは、両方のフィードフォワードコントローラと両方のフィードバックレギュレータとを利用して、エルロンを駆動する間のフォースファイティングを最小化する。
【００１４】
フォースファイティング補償システムは更に、デジタルフィルタと、位置、フォース、及びフォースファイトの過渡を予想してゼロにするフォワードルッキングアルゴリズムとを使用して、高速で動的且つ過渡的なフォースファイティングを拒絶するように構成される。
【００１５】
これらの実施例及び他の実施例について、図面を参照して以下で更に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
本発明は、本発明の特定の実施例を示す添付図面と併せて以下の説明を参照することにより最もよく理解されるであろう。
【００１７】
【図１】一又は複数の実施例による例示的なハイブリッド作動システムを示している。
【図２】本発明の一又は複数の実施例による、ハイブリッドアクチュエータシステムに対する伝統的なアプローチを実施する例示的システムを示している。
【図３Ａ】一又は複数の実施例による適応型フィードフォワード補償（ＡＦＦＣ）システムの一実施例を示している。
【図３Ｂ】一又は複数の実施例による適応型フィードフォワード補償（ＡＦＦＣ）システムの別の実施例を示している。
【図４Ａ】一又は複数の実施例による例示的なモデル予測制御（ＭＰＣ）システムを示している。
【図４Ｂ】一又は複数の実施例による例示的なモデル予測制御（ＭＰＣ）システムを示している。
【図５】Ａは、一又は複数の実施例によるＬＱＧレギュレータの一実施例を示している。Ｂは、本発明の一又は複数の実施例によるＬＱＧサーボコントローラの一実施例を示している。
【図６】本発明の一又は複数の実施例による航空機の概略図である。
【図７】本書に記載される方法及びアセンブリを利用しうる、航空機の製造及び保守方法のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
ここで、本発明を実行するために本発明者らが考えるベストモードを含む本発明の幾つかの具体的な実施例を詳細に説明する。これら具体的な実施例は、添付の図面に示されている。これら具体的な実施例と関連させて本発明について記載するが、本発明を記載される実施例に限定することは意図されていないことを理解されたい。反対に、特許請求の範囲に規定される本発明の精神及び範囲に含まれ得るものとして、代替例、修正例、及び等価物をカバーすることが意図される。
【００１９】
以下の説明では、本発明の完全な理解を提供するために、多数の具体的な詳細事項を明示する。本発明の特定の実施例は、これら具体的詳細の一部又は全部なしで実施され得る。他の事例においては、本発明を不要に分かりにくくしないように、周知の動作については詳細に説明しない。
【００２０】
本発明の種々の技法及び機構は、明瞭性のために単数形で記載されることがある。しかしながら、幾つかの実施例が、特に断らない限り、技法の複数回の繰り返し又は機構の複数の具体化を含むことに注意されたい。例えば、システムは、様々な状況でプロセッサを使用する。しかしながら、特に断らない限り、本発明の範囲内にとどまりながら、システムが複数のプロセッサを使用することができることを理解されたい。更に、本発明の技法及び機構は、二つのエンティティ間の接続を説明することがある。二つのエンティティ間の接続は、必ずしも直接の、連続する接続を意味せず、二つのエンティティ間には様々な他のエンティティが存在し得る。例えば、プロセッサは、メモリに接続され得るが、プロセッサとメモリの間には、種々のブリッジ及びコントローラが存在してよいことを理解されたい。結果的に、接続は、特に断らない限り、必ずしも直接の、連続する接続を意味しない。
【００２１】
要旨
ハイブリッド作動システムでは、電気機械式アクチュエータ、電磁油圧アクチュエータ、及び電動油圧サーボアクチュエータを含むアクチュエータの組み合わせが実装され得る。ハイブリッド作動システムの場合、ハイブリッド作動システムの最大の問題はフォースファイティングであり、これは、放置すると、経時的に複数の構造的損傷及び／又はコンポーネントの故障を発生させ得る。システム内のフォースファイティングは、共通の航空機飛行操縦翼面上で動作する二つの類似又は非類似のアクチュエータ間における応答の差によって生じ得る。
【００２２】
電動アクチュエータの動的応答は、通常油圧アクチュエータより遅く、ハイブリッド作動システムの二つのアクチュエータを同期させることは極めて重要である。場合によっては、高速の動的応答を効果的に達成するために、フィードフォワード補償器は、電動アクチュエータと油圧アクチュエータとの間の差の影響を排除することが必要である。場合によっては、両方のアクチュエータは、フォースファイティングを減少させることを助ける、位置制御及び位置同期の下に置かれる。また、動特性及びスイッチ過渡の要求に応えることのできるシステムフィードバック補正理論に基づくフォースファイティング制御スキームが存在する。しかしながら、既存の解決法に共通の落とし穴は、不安定な動作状態の予測不能性、劣化したシステム状態、又は、最悪の場合の外乱及び雑音であり、これらは不安定な結果を招くことがある。
【００２３】
本明細書に記載されるシステム及び方法は、ハイブリッド作動システムにおいてフォースファイティングの適応型フィードバック制御を提供する。これは、モデル予測制御（ＭＰＣ）を用いて線形二次Ｇａｕｓｓｉ形（ＬＱＧ）制御と適応型フィードフォワード補償を統合することによりアクチュエータのフォースファイティングの最適なフィードバック補償を提供するという、新規のフォースファイティング概念である。このようなコントローラは、参照及び測定外乱軌跡に対し、先読み（予見）を実施する。調節及び追跡は、位置出力が参照コマンドを追跡しながらフォースファイト外乱を拒絶する先読み（地平線の先を予見すること）を用いて達成される。したがって、入力及び出力の最悪の場合の外乱及び雑音下においても、システムの安定性が維持される。
【００２４】
フォースファイトエラーの極めて広範な変動に関し、開示されるハイブリッド作動システムの適応型フィードバック制御のための方法及びシステムは、結果として残るフォースファイトが無視できるものであるか又は許容される最小限度に制限されること、システムが動作限界に維持されること、及びシステムが、いかなる入力／出力の外乱及び雑音の下でも、及びシステムの状態がどのように劣化しても、安定であることを保証する。
【実施例】
【００２５】
今日の軍用及び民間航空機に使用されている現在のアクチュエータ技術は、電動油圧サーボアクチュエータ（ＥＨＳＡ）、電磁油圧アクチュエータ（ＥＨＡ）又は電気機械式アクチュエータ（ＥＭＡ）からなる。民間飛行機は、一次動力源が油圧及び電気である一次及び二次飛行操縦翼面を制御するために、ハイブリッド作動システムの実装に向かっている。
【００２６】
図１は、一又は複数の実施例による例示的ハイブリッド作動システム１００を示している。種々の実施例において、システム１００は、操縦翼面１０２を動かすために実装される。幾つかの実施例では、操縦翼面１０２は、航空機の種々の可動部品のいずれか一つ、例えばエルロン、兵器システム、ランディングギヤ等、又はその一部である。他の実施例では、操縦翼面１０２は、陸上車及び海上車を含む他の種々のビークルの種々の可動部品のいずれか一つである。システム１００は、操縦翼面１０２に作用する一又は複数のアクチュエータを含み得る。例えば、システム１００は、アクチュエータ１１０及び１２０を含む。幾つかの実施例では、アクチュエータ１１０及び１２０は、操縦翼面１０２に作用して、軸１０４の周りで角度変位θｄ  を生じさせる。
【００２７】
幾つかの実施例では、アクチュエータ１１０及び１２０の各々は、種々のアクチュエータのいずれか一つであり、このようなアクチュエータには、限定されないが、電動油圧サーボアクチュエータ（ＥＨＳＡ）、電磁油圧アクチュエータ（ＥＨＡ）、電気機械式アクチュエータ（ＥＭＡ）等が含まれる。本明細書に開示されるように、電動油圧サーボアクチュエータ（ＥＨＳＡ）はサーボ油圧アクチュエータ（ＳＨＡ）とも呼ばれ、これら用語は互換可能に使用され得る。図１に示すように、システム１００は異なるアクチュエータの種類を含むハイブリッド作動システムであり、この場合アクチュエータシステム１１０はＥＨＳＡであり、アクチュエータシステム１２０はＥＨＡである。
【００２８】
油圧アクチュエータ（ＥＨＳＡ）のメカニクスは、非圧縮性流体を中空シリンダに流し込み、ピストン１１８を中空シリンダの内部で動かすポンプを含む。圧力が上昇するにつれ、ピストン１１８はシリンダの軸に沿って同じように移動し、後退する線形の力を生成する。種々の実施例において、サーボバルブ印加電圧uhが、ＥＨＳＡ１１０のサーボバルブ駆動エレクトロニクス１１２に印加され、これはバルブ電流ｉｖを生成した。バルブ電流iｖはサーボバルブ１１４を動作させ、これは、油圧動力源１１６からの油圧動力を利用してＥＨＳＡ１１０のロッド端部１１８−Ａを動作させ、ＥＨＳＡの出力フォースFhを生成する。これは、角度変位θｄに対応する位置伝達関数xhを生じさせ得る。サーボバルブ１１４内部のもののような固有のバルブ網にコマンドして、ピストンの反対側に供給される流体を供給し、延長線形力（ＥＨＳＡの出力フォースFhと反対）を生成させることができる。
【００２９】
電動アクチュエータ（例えばＥＨＡ及びＥＭＡ）のメカニクスは、極めて異なっている。典型的には、電動アクチュエータの実施には、油圧ポンプを回す機械的に接続された電気モータ又はねじ山リードねじ（ボールねじ又はローラねじ）により、電気エネルギーのトルクへの変換が必然的に伴う。種々の実施例において、ＥＨＡ印加電圧ueは、ＥＨＡ１２０のモータ駆動エレクトロニクス１２２に印加され、これにより電力が可変速度モータ１２４に提供されて、固定容量油圧ポンプ１２６を動作させる。ねじが回転すると、ねじ山に沿ってナットが駆動される。ナットが移動する方向は、ねじの回転方向に依存しており、これは同様に、アクチュエータが延長又は後退することを可能にする。ポンプ１２６は、ＥＨＡ１２０のピストン１２８のロッド端部１２８−Ａを動作させて、アクチュエータを後退させるＥＨＡ出力フォースＦｅを生成する。これにより、角度変位θｄに対応するＥＨＡ位置関数xeが生じ得る。
【００３０】
油圧（ＥＨＳＡ）と電動アクチュエータ（ＥＨＡ又はＥＭＡ）との主な差は、一次動力源である。ＥＨＳＡは、エンジンが搭載されたギヤボックスが機械力を変換し、電気的制御により油圧ポンプに油圧動力を生じさせる場合、複数の動力変換を必要とする。ＥＨＡ及びＥＭＡシステムは、電気的制御によるエンジン搭載発電機からの電力のみを必要とする。
【００３１】
共通の操縦翼面１０２上でアクチュエータ１１０及び１２０といった複数の種類のアクチュエータが動作する間に、製造許容誤差によりアクチュエータの動的挙動に差が生じ、フォースファイティングの状態を招くことがある。フォースファイティングは、アクチュエータが負荷を等しく分担しないことにより生じる。この状態は、アクチュエータがハイドローリクスといった類似の一次動力源により制御される場合にも起こり得る。
【００３２】
複数のアクチュエータが、二つの別個の一次動力源（例えば図１に示す油圧及び電気）を有するハイブリッド作動システム内で動作しているときには、不均等な負荷の分担（フォースファイティング）の可能性が高まる。ＥＨＳＡ／ＥＨＡ又はＥＨＳＡ／ＥＭＡ構成を利用できるシステム１００のようなハイブリッド作動システムでは、油圧及び電気式の動力源は、アクティブ／アクティブモードで動作するアクチュエータを制御しなければならない。これにより、フォースファイトが、適切に処理されない場合に、二つのアクチュエータ技術間に存在し得る／存在するであろうという大きな懸念が生じ得る。これは、非類似の技術及び設定／製造許容誤差によるものであり、アクチュエータ間の静的及び動的な挙動が大きく異なるために、それらアクチュエータが負荷を均等に負担せず、負荷を位置決めするために互いに対抗することがあり；これによりそれらの過渡応答が変更され、過渡的な雑音、トルク外乱、及び位置のずれが導入される。
【００３３】
ＥＨＳＡ及び電動アクチュエータ（ＥＨＡ／ＥＭＡ）の動態は本質的に異なっているため、フォースファイティングは、これらアクチュエータ間の動力変換及び慣性の物理的差異によっても生じ得る。同じ操縦翼面上で動作している場合、この差異により、動的フォースファイティングの影響が生じ得る。油圧ポンプ又はギヤボックス／親ねじを制御する電気モータのスピンアップは、入力の変化に対する電動アクチュエータの反応を遅くする。場合によっては、大きな入力コマンドにより、電動アクチュエータ（ＥＨＡ／ＥＭＡ）の速度が、通常は制限されるＥＨＳＡの最大速度を超える状態が生じ得る。
【００３４】
二つのアクチュエータの入力及び出力信号間の伝達関数の関係を用いたフォースファイト動態力学の数学的説明を、以下の等式により概算することができる。ＥＨＳＡ位置伝達関数Xh及びＥＨＡ位置伝達関数Xeは：
2019112044.tif 000003
［式中、xrは位置デマンドであり；E１ (s)はＥＨＡの入力拒絶関数であり；E２ (s)はＥＨＡの外乱伝達関数であり；H１ (s)はＥＨＳＡの入力拒絶関数であり；H２ (s)はＥＨＳＡの外乱伝達関数である］
によって決定することができる。
【００３５】
フォースファイト動態力学の数学的説明は、ＥＨＡ伝達関数XeとＥＨＳＡ伝達関数Xhとを用いて提供され得る。二つのアクチュエータの入力及び出力信号間の関係は：
2019112044.tif 000004
によって決定され得る。
【００３６】
したがって、システムのエネルギー効率、信頼性を向上させ、疲労要件を満たすために、疲労要件（フライ・バイ・ワイヤ（ＦＢＷ）作動システムの作動負荷ループに関する）を満たすためにアクティブ／アクティブモードで使用することのできるフォースファイトシステムが開発された。フォースファイトシステムは、共通の表面上で動作する冗長アクチュエータを用いたアクティブ／アクティブ作動に使用され得る。現在のところ、アクティブ／アクティブ作動を用いるハイブリッド電源作動アーキテクチャを実装する航空機は存在しない。したがって、本発明は、疲労要件が満たされるような、他に類を見ないフォースファイトアルゴリズムを提供する。
【００３７】
図２は、一又は複数の実施例による、ハイブリッドアクチュエータシステムに対する伝統的なアプローチを実装する例示的システム２００を示している。種々の実施例において、システム２００は、エルロン１０２の表面に作用するＳＨＡ１１０及びＥＨＡ１２０を含むハイブリッドシステムを実証する。入力コマンド２４０は、信号プロセッサ２０２によってＳＨＡ１１０及びＥＨＡ１２０のアクチュエータコントローラに送信される。コマンド２４０は、特定のレート２４４でＳＨＡ１１０のピストンの位置２４２に変化を生じさせ、それにより対応するレートでエルロン１０２の位置に対応する変化を生じさせる。同様に、信号プロセッサ２０２は、特定のレート２４８でＥＨＡ１２０のピストンの位置２４６に変化を生じさせ、それにより対応するレートでエルロン１０２の位置に変化を生じさせる入力コマンド２４０を発行する。このようにして、ＳＨＡフォース２５２とＥＨＡフォース２５４がエルロン１０２に加えられる。先述のように、アクチュエータの動作の差により、フォースファイティングが生じ得る。出力フォース２５２と２５４の差は、２５６で測定及び合算されて、フォースファイティングの量が決定される。測定されたフォースファイティングと、測定された出力フォース２５２及び２５４とは、次いでモニタリングのためにユーザディスプレイ２５０に送信される。
【００３８】
幾つかの実施例では、ＳＨＡ１１０及びＥＨＡ１２０は、ＳＨＡ１１０及びＥＨＡ１２０が連結されない開ループ位置に構成される。他の実施例では、ＳＨＡ１１０及びＥＨＡ１２０は、図２に示すように、ＳＨＡ１１０が圧力スレーブ２１２を介してＥＨＡ圧力出力に従属する閉ループ位置に構成される。幾つかの実施例では、システム２００は、アクチュエータ間の同期を確立するために、比例積分導関数（ＰＩＤ）コントローラを実装する。幾つかの実施例では、システム２００におけるアクチュエータ間の同期は、圧力スレーブ２１２を介してＳＨＡ１１０のアクチュエータシリンダに入る圧力を均等にし、出力ＳＨＡ位置２４２及びＳＨＡレート２４４と出力ＥＨＡ位置２４６及びＥＨＡレート２４８とを一致させるＥＨＡ１２０からの圧力センサ２２２を用いて達成される。ＳＨＡ１１０の出力フォース２５２及びＥＨＡの出力フォース２５４は、エルロン１０２上のセンサにより測定することができる。各アクチュエータからの出力フォースは、更に、それぞれのアクチュエータコントローラにフィードバックされて、エルロン１０２の位置を安定化及び修正するために各個別システムへの入力コマンドを調節する。
【００３９】
ハイブリッド作動管理の伝統的な方式の下では、システム２００におけるように、雑音又はループ外乱が存在しない時に生じるフォースファイティングはほとんどない。例えば、雑音又はループ外乱のない開ループ構成に存在するフォースファイティングはゼロに近い。しかしながら、伝統的な方式は、アクチュエータに導入されるコマンド入力間のオフセットといった雑音又はループ外乱を補償することができない。例えば、両アクチュエータが参照コマンド入力を追跡する開ループ構成では、１０％の雑音又は外乱が、システムからの公称ピーク出力フォース（又は１００％のフォースファイト）に概ね等しい静的フォースファイトを生じさせうる。
【００４０】
図２に示すシステム２００におけるような閉ループの状況では、エルロン１０２の立ち上がり及び立ち下がり時間の間に大きなフォースファイティングが発生し、これは高い出力負荷において更に顕著である。閉ループの状況では、静的フォースファイトは抑制され得る；しかしながら、ＥＨＡ１２０からの出力圧力を追跡する時、ＳＨＡ１１０の応答遅延に起因して動的フォースファイトが生じ得る。雑音、ループ外乱、又は高負荷がこの状況に加わると、静的及び動的フォースファイトの両方が再び生成される。つまり、ＰＩＤ補償器及びコントローラを使用する伝統的な方式は、効果的でなく、最悪の場合には、雑音及びループ外乱に対処する時に静的及び動的フォースファイトを生じさせることが分かった。
【００４１】
研究により、ＥＨＳＡ及び電動アクチュエータ（ＥＨＡ／ＥＭＡ）がハイブリッド構成に連結されると、ＥＨＳＡは、小さなステップ入力に対して電動アクチュエータを引張り、電動アクチュエータは、大きなステップ入力に対してＥＨＳＡを引っ張る。このような場合、ＥＨＳＡが入力の変化により速く応答するため、大きなフォースファイティングが生じ得る。
【００４２】
従来のＰＩＤシステムは、比例及び微分項に対する設定点重み付けを含む自由度２の（２−ＤＯＦ）ＰＩＤコントローラを含み得る。２−ＤＯＦのＰＩＤコントローラは、設定点追跡のオーバーシュートを大きく増加させることなく、迅速に外乱を拒絶することができる。２−ＤＯＦのＰＩＤコントローラは、制御信号に対する参照信号の変化の影響を軽減するためにも有用である。２−ＤＯＦコントローラの出力と入力の間の関係は、フィードフォワード又はフィードバックＰＩＤ構成において表すことができる。これら二つの形式は、コントローラの比例、積分、及び導関数の作用を表すために使用されるパラメータにおいて異なる。しかしながら、これらコントローラの欠点は、モデルのパラメータ変化、高負荷、雑音、及び外乱により生じる摂動に起因して、ゲイン、帯域幅、及び安定性マージンが限られていることである。
【００４３】
このようなフォースファイト状態の軽減を向上させるために、適応型フィードフォワード補償（ＡＦＦＣ）システムを、モデル予測コントローラ（ＭＰＣ）及び線形二次Ｇａｕｓｓ形（ＬＱＧ）コントローラの統合と共に実装することができる。図３Ａには、一又は複数の実施例による例示的な適応型フィードフォワード補償（ＡＦＦＣ）システム３００が示されている。上述のシステムと同じように、システム３００は、複数のアクチュエータ、例えばエルロン１０２に作用するＥＨＳＡ１１０及びＥＨＡ１２０を含むことができる。
【００４４】
システム３００は、フォースファイティングを最小化するためにアクチュエータの出力位置とフォースのより迅速な同期を可能にすることにより、伝統的な方式を洗練化する。種々の実施例において、システム３００は、適応型フィードフォワード（ＦＦ）コントローラ３１０及び３２０を含む。幾つかの実施例では、システム３００は、最適ゲインフィードバックレギュレータ３１２及び３２２を更に備える。図３Ａに示すように、フィードフォワードコントローラ３１０及びフィードバックレギュレータ３１２は、ＥＨＳＡ１１０の動作を調節するように動作し、フィードフォワードコントローラ３２０及びフィードバックレギュレータ３２２はＥＨＡ１２０の動作を調節するように動作する。
【００４５】
位置コマンド３３０、又は他の入力コマンドは、信号プロセッサ３０２からフィードフォワードコントローラ３１０及び３２０に送信される。幾つかの実施例では、フィードフォワードコントローラは、雑音、外乱、及び出力負荷のうちの一又は複数により大きくなり得る、アクチュエータ１１０と１２０との間の静的及び動的フォース間の差の補償を担うローカルフィードバック補償器上で働く。これらフィードフォワードコントローラは、各アクチュエータからの位置及び出力を同期させることができる。ＥＨＳＡ位置コマンド３３２−Ａは、フィードフォワードコントローラ３１０からＥＨＳＡ１１０へ発行される。同様に、ＥＨＡ位置コマンド３３２−Ｂは、フィードフォワードコントローラ３２０からＥＨＡ１２０へ発行される。位置コマンド３３２−Ａ及び３３２−Ｂは、アクチュエータがフォースファイティングを低減するために適切な位置取り及びレートでエルロン１０２に作用するように、対応するフィードフォワードコントローラ３１０及び３２０によって同期される。
【００４６】
加えて、フィードフォワードコントローラが高頻度の過渡的フォースファイティングに対処するために十分に速く動作しない場合があるため、最適ゲインフィードバックレギュレータが内部ループ雑音抑制器及びプラント外乱補償器として加えられる。アクチュエータの位置決めは、対応するアクチュエータ上のセンサによって測定することができる。ＥＨＳＡ位置３３４−Ａは、ＥＨＳＡ１１０で決定され、フィードバックレギュレータ３１２に送られる。ＨＳＡ位置３３４−Ｂは、ＥＨＡ１２０で決定され、フィードバックレギュレータ３２２に送られる。同様に、各アクチュエータによってエルロン１０２に加えられるフォースも、エルロン１０２上に位置するセンサによって測定される。ＥＨＳＡフォース３３６−Ａは、エルロン１０２で決定され、フィードバックレギュレータ３１２に送られる。ＥＨＡフォース３３６−Ｂは、エルロン１０２で決定され、フィードバックレギュレータ３２２に送られる。種々の実施例において、最適ゲインフィードバックレギュレータは、アクチュエータの出力が、入力雑音又はトルク外乱に起因してヌル位置において非ゼロである時、強制的に出力を状態（０）にするためのコマンド信号を必要とする。幾つかの実施例では、フィードバックレギュレータは、測定された状態と、未測定状態の推定とを強制的に使用して、強制的に出力を状態（０）にする。
【００４７】
このようにして、システム３００は、デジタルフィルタと、位置、フォース、及びフォースファイトの過渡を予想してゼロにするフォワードルッキングアルゴリズムとを使用することにより、高速で動的且つ過渡的なフォースファイティングを拒絶することができる。システム３００は、安定性、調節、及び追跡を達成するために、従来の方式又は予測的方式を使用して実施することもできる。
【００４８】
伝統的方式は、通常、ＰＩＤ補償器を用いて実施される。しかしながら、これら補償器は、固定の帯域幅及びゲイン余裕を有する。したがって、このようなＰＩＤ補償器は、強制的にアクチュエータの出力を状態（０）にするコマンド信号を迅速に調節することはできず、使用された場合には伝統的なコントローラの安定性を損ない得る極めて高い入力エネルギーが必要とされるであろう。
【００４９】
図３Ｂには、一又は複数の実施例による別の例示的な適応型フィードフォワード補償（ＡＦＦＣ）システム３０１が示されている。種々の実施例において、ＡＦＦＣシステム３０１は、フィードフォワードコントローラとしてのモデル予測コントローラ（ＭＰＣ）と、フィードバックレギュレータとしての最適ゲイン線形二次Ｇａｕｓｓ形（ＬＱＧ）コントローラとを含む。幾つかの実施例では、ＭＰＣ３１１はフィードフォワードコントローラ３１０であり、ＭＰＣ３２１はフィードフォワードコントローラ３２０である。幾つかの実施例では、ＬＱＧコントローラは、線形二次レギュレータ（ＬＱＲ）とカルマンフィルタとを含むことができる。本明細書で使用される場合、ＬＱＲは、最適ゲイン補償器とも呼ばれ、カルマンフィルタはカルマン推定器とも呼ばれる。幾つかの実施例では、ＬＱＲ３１４及びカルマンフィルタ３１６を含むＬＱＧコントローラはフィードバックレギュレータ３１２である。幾つかの実施例では、ＬＱＲ３２４及びカルマンフィルタ３２６を含むＬＱＧコントローラはフィードバックレギュレータ３２２である。
【００５０】
システム３０１は、エルロン１０２の位置を制御するアクチュエータ１１０−Ａ及び１２０−Ａを含むことができる。先述のように、アクチュエータ１１０−Ａ及び１２０−Ａは、ＥＨＳＡといった油圧アクチュエータ、又はＥＨＡ若しくはＥＭＡといった電動アクチュエータを含む、種々のアクチュエータ種類のうちのいずれか一つであってよい。図１に示すように、アクチュエータ１１０−ＡはＥＨＳＡ１１０とすることができ、アクチュエータ１２０−ＡはＥＨＡ１２０とすることができる。各アクチュエータ、１１０−Ａ及び１２０−Ａ，は、ＭＰＣ及びＬＱＧコントローラによって制御することができる。図３Ｂに示されるように、アクチュエータ１１０−Ａは、ＭＰＣ３１１と、ＬＱＲ３１４及びカルマンフィルタ３１６を含むＬＱＧとによって制御される。アクチュエータ１２０−Ａは、ＭＰＣ３２１と、ＬＱＲ３２４及びカルマンフィルタ３２６を含むＬＱＧとによって制御される。
【００５１】
幾つかの実施例では、図３Ｂに示すように、アクチュエータ１１０−Ａ及び１２０−Ａは、対応するアクチュエータ、例えばプラントモデル４１０のプロセス又は挙動を計算又は予測するこのようなアクチュエータの対応するプラントモデルを表す。幾つかの実施例では、図４Ａ及び４Ｂに示すように、プラントモデルはＭＰＣ内部に実装することができる。しかしながら、他の実施例では、図３Ｂに示すように、プラントモデルは、ＭＰＣとは別に存在してもよい。以下の記載は、一つのアクチュエータに対応するＬＱＧシステムとＭＰＣを参照して行われる。しかしながら、システム３０１内の各アクチュエータシステムが実質的に類似の構成を含んでもよいことを理解されたい。
【００５２】
アクチュエータ間の同期及び追跡は、ＭＰＣを用いてシステム３０１において達成される。積分ゲインを用いるＬＱＧを介したフィードバック補償は、アクチュエータ間の静的フォースの差に対する補償を担うローカルフィードバックに対して働くことができる。雑音及び入力外乱をフィルタリングするために、ＬＱＧは、カルマン推定器、線形二次レギュレータ（ＬＱＲ）、及びフォースファイティングの過渡状態を予想してゼロにすることにより最適なローカル出力パラメータy（k）を提供するローカルＭＰＣを用いて高速の動的且つ過渡的雑音のフィルタリングを担うことができる。
【００５３】
図３Ｂに示すように、位置コマンドr（k）がシステムに提供されてアクチュエータにより参照として使用される。アクチュエータが同じである（同じ技術及び動力源）システムでは、アクチュエータの出力は、同期、調節、及び追跡されると予想され得る。しかしながら、測定雑音及びトルク外乱に起因して、それらの出力はランダムに異なり、フォースファイティングを生じさせる。アクチュエータが同じでない（異なる技術及び動力源）システムでは、出力の差はもっと大きくなり、動的且つ一定のフォースファイティングを生じさせる。
【００５４】
幾つかの実施例では、先述のように、システム３０１は、開ループ又は閉ループ構成に構成することができる。図３Ｂに示すように、システム３０１は、アクチュエータ１１０−Ａの出力y（k）をアクチュエータ１２０−Ａの入力に接続するためにスレーブスイッチ３４０が実装される閉ループ構成である。開ループ構成では、スレーブスイッチ３４０は、アクチュエータ１２０−Ａに入力コマンドr（k）を直接供給するために実装されるであろう。
【００５５】
このようなフォースファイティング問題を迂回するために、ＭＰＣ、ＬＱＲ、及びカルマンフィルタを用いて制御システムの近代技法が実装される。ＭＰＣは、アクチュエータを同期させ、位置コマンドr（k）を追跡し、安定性余裕を広げ、且つ全体としてのシステムを監視するために使用される。図示のように、位置コマンドr（k）は、参照コマンド又は入力コマンドとしてのＭＰＣ３１１への入力である。ＭＰＣ３１１は、位置コマンドr（k）を使用して、アクチュエータ１１０−Ａの動作のために、制御インターバルｋで未来の操作変数u（k）を決定することができる。幾つかの実施例では、アクチュエータ１１０−Ａから測定された、測定ローカル出力パラメータy（k）が、ＭＰＣのうちの一又は複数への入力であるフィードバックとして使用され、位置、フォース、フォースファイト等といったパラメータを含むことができる。幾つかの実施例では、測定外乱v(k)が、アクチュエータ１１０−Ａで測定されたアクチュエータ出力ya (k)から差し引かれ、ローカル出力パラメータy（k）が決定される。幾つかの実施例では、測定ローカル出力パラメータは、３６２においてアクチュエータ１１０−Ａに対応するプラントモデルにより決定される予測出力yp (k)から、測定された外乱v(k)、例えばトルク外乱を差し引くことにより決定される。アクチュエータ１１０−Ａに対応するプラントモデルはプラントモデル４１０でもよく、これについては図４Ａを参照してさらに記載する。
【００５６】
更に、入力雑音ｗ（ｋ）、は、ＭＰＣ、例えばＭＰＣ３１１へ入力されてもよい。入力雑音w(k)は、システム中へのいずれかの望ましくないエネルギー、即ち電気的、熱的、又は機械的雑音である。記載される実施例では、入力雑音w(k)は、ガウス性である白色雑音であり、そのパワースペクトル密度はシステムの周波数レンジを通してほぼ等しい。入力雑音w（k）について、図４Ａ及び４Ｂを参照して更に記載する。ＭＰＣ３１１は、最適な予測コントローラであるので、制御インターバルｋで、設定点r（k）と予測出力yp (k)との間の誤差関数が最小化されるような、未来の操作変数u（k）のための最良の制御パラメータベクトルΔＵを見つける。制御目標を反映する定義された費用関数Ｊは、以下の等式：
2019112044.tif 000005
により求められる。
【００５７】
費用関数Jは、設定点Rsに限りなく近い予測出力Yをもたらす制御目標を反映する。(Rs-Y)Tは転置行列である。￣Rは、ゼロに設定された場合、JのみでΔUの大きさに関係なく誤差(Rs-Y)T (Rs-Y)を可能な限り小さくするような調整行列として使用される対角線行列である。
【００５８】
雑音抑制及び外乱拒絶における近代技法は、調節された更なる操作変数uLQR (k)を提供する最適ゲインＫを用いる、ＬＱＲ３１４のような最適状態フィードバックの使用である。幾つかの実施例では、ＬＱＲ３１４は、入力として未来の操作変数u（k）を取る。入力雑音w（k）も、ＬＱＲ３１４へと入力される前に３６０で未来の操作変数u（k）に加えられる。
【００５９】
幾つかの実施例では、状態フィードバック則は、以下の等式：
2019112044.tif 000006
［式中、xest (k)は、カルマンフィルタ３１６のようなカルマンフィルタによって決定されるフル状態ベクトルｘ（ｋ）の推定値である］によって求められる。このような状態フィードバック則は、等式３を参照して後述する二次費用関数を最小化する。これは、パフォーマンスと制御費用との間のトレードオフを特定することができる。調節操作変数uLQR (k)はアクチュエータ１１０−Ａに供給される。
【００６０】
幾つかの実施例では、ＬＱＲ３１４はフル状態ベクトルが機能することを必要とする。したがって、カルマン推定器３１６が、フル状態ベクトルｘ（ｋ）を、xest (k)として推定するために使用される。したがって、他のパラメータを測定することができないとき、カルマン推定器３１６はパラメータのフル推定値を提供する。しかしながら、幾つかの実施例では、少なくとも一つの測定パラメータが、費用関数、又は誤差関数x(k)−xest (k)の漸近共分散を最小化するために必要とされる。図３Ｂに示すように、調節された未来の操作変数uLQR (k)、及び／又は測定ローカル出力パラメータｙ（ｋ）が、xest(k)を決定するためにカルマン推定器に入力される。
【００６１】
記載されるように、ＬＱＧコントローラは、ＬＱＲとカルマン推定器の組み合わせを含むことができる。幾つかの実施例では、ＬＱＧコントローラは、ｔｒｋｓｙｓ＝ｌｑｇｔｒａｃｋ（ｋｅｓｔ，Ｋ）［式中、ｋｅｓｔ＝カルマン（ｓｙｓ、Ｑｎ、Ｒｎ）であり、ｓｙｓは作動状態スペースシステムである］とタイプして、ＬＱＲとカルマン状態推定器とを接続することにより、ＭＡＴＬＡＢ（Ｒ）（マトリックスラボラトリ）を用いて構築される。本明細書ではＭａｔｌａｂとも呼ぶＭＡＴＬＡＢは、マルチパラダイム数値計算環境を提供するプログラミング言語である。他の種々の実施例では、ＬＱＧコントローラを構築するために他の適切なプログラミング言語を実装することができる。
【００６２】
モデル予測コントローラ（ＭＰＣ）
図４Ａ及び４Ｂは、一又は複数の実施例による例示的なモデル予測制御（ＭＰＣ）システム４００を示している。図４Ａは、アクチュエータ、例えばアクチュエータ１１０又は１２０に対するＭＰＣシステム４００によるフィードフォワード制御の一般的な流れ過程を示している。図４Ｂは、アクチュエータ１１０に対するＭＰＣシステム４００によるフィードフォワード制御の流れ過程内の入力変数を示している。
【００６３】
種々の実施例において、モデル予測制御（ＭＰＣ）、例えばＭＰＣ４００は、近未来におけるプラントモデルのコンポーネントの挙動を予測することのできる内部動的モデルを有する、高度な多変量デジタル制御技術である。ＭＰＣは、本明細書ではＲｅｃｅｄｉｎｇ  Ｈｏｒｉｚｏｎ制御とも呼ばれる。種々の実施例において、ＭＰＣ４００は、アクチュエータ１１０に対応するオプティマイザ４６２及びプラントモデル４１０を含む。
【００６４】
種々の実施例において、ＭＰＣ４００は、システムが所望の軌跡（レート及び位置を含む）と一致することができるまで、測定外乱４６６を拒絶し、補償器信号として働くフィードフォワード制御を統合する。ＭＰＣ４００は、参照４６０（例えば入力コマンド）及び種々のセンサによって測定され得る測定外乱４６６を含む種々の入力を受け取る。他の入力が、参照４６０に含まれて、ＭＰＣ４００の入力として使用されてもよい。
【００６５】
制御インターバルｋにおいて、ＭＰＣは、このような入力を利用して、オプティマイザ４６２を用いて制約最適化問題を構築及び解決することができる。第１の最適な制御動作のみが、プラント（アクチュエータ１１０）に適用される。加えて、測定４６８が、アクチュエータ、又は他の部分、例えばエルロンで行われ、アクチュエータによってその部分に適用されるフォースが決定される。このような測定４６８は、追加の入力としてＭＰＣ４００にフィードバックされ得る。この過程は、制御インターバルｋ＋１で、及びその後も繰り返される。つまり、所与のＭＰＣの予測範囲は前方にシフトされる。
【００６６】
ＭＰＣ４００によるモデル予測制御の一般的な設計目的は、特定の時間インターバルｋで、プラント出力ｙ（ｋ）の未来の挙動を最適化するための、未来の操作変数ｕ（ｋ）の軌跡を算出することである。ＭＰＣは、プラントモデル又はアクチュエータから得られる情報を用いて、何が起こり得るかを予測し（モデル）、アクチュエータ出力を測定し（測定）、予定の行動を実施して所望の軌跡を得る（制御の実現）ことができる。
【００６７】
ＭＰＣは、実行時エラーを招き得る問題の診断を可能にし、パフォーマンス及び堅牢性を向上させるように重みを調整するためのガイドを提供する。線形及び非線形シミュレーションで異なるシナリオを実行することにより、コントローラのパフォーマンスを評価することができる。幾つかの実施例では、コントローラのパフォーマンスは、重み（即ち費用関数J）を調整し、定数を変更することにより、実行時に調節することができる。これは、オプティマイザ、例えば４６２によって実施され得る。オプティマイザ４６２の使用において、操作変数及びプラント出力変数ｙ（ｋ）の上限及び下限に制約を設けることができる。
【００６８】
適応型モデル予測コントローラは、実行時にプラントモデルをアップデートすることにより実施され得る。サンプリング時間が短いアプリケーションのために、明示的モデル予測コントローラを開発することができる。ラピッドプロトタイピング及び組み込みシステム設計のために、ＭＡＴＬＡＢ  ＭＰＣツールボックスは、Ｃ−コード及びＩＥＣ  ６１１３１−３構造化テキスト生成をサポートする。
【００６９】
種々の実施例において、ＭＰＣ４００は、予測及び状態推定のために、プラント、外乱、及び雑音モデルを使用することができる。図４Ｂに示すように、ＭＰＣ４００は、プラントモデル４１０、入力外乱モデル４２０、出力外乱モデル４３０、及び測定雑音モデル４４０を含むことができる。
【００７０】
種々の実施例において、ＭＰＣ４００のＭＰＣ状態−空間モデルは、以下の等式：
方程式１：
2019112044.tif 000007
方程式２：
2019112044.tif 000008
により求められる。ここで、xc (k＋１)はインターバルk＋１での状態変数コントローラベクトルであり、uo (k)は入力変数（又は操作変数）であり、y(k)はプロセス出力である。Ａ、Ｂ、Ｃ、及びＤは、プラントモデルを表す一定の状態−空間行列である。
【００７１】
コントローラ状態
2019112044.tif 000009
は、以下の変数を含み得る。
2019112044.tif 000010
【００７２】
ここで、xcは、nxp＋nxid＋nxod＋nxn状態変数を含むコントローラ状態である。nxp長さの、プラントモデル４１０のプラントモデルの状態ベクトルは、変数xpによって表される。長さnxidの、入力外乱モデル４２０の入力外乱モデル状態ベクトルは、変数xidによって表される。長さnxodの、出力外乱モデル４３０の出力外乱モデルの状態ベクトルは、変数xodによって表される。長さnxnの、測定雑音モデル４４０測定雑音モデルの状態ベクトルは、xnによって表される。
【００７３】
所与の制御インターバルｋで、ＭＰＣ４００への入力
2019112044.tif 000011
は、以下の変数を含む。
2019112044.tif 000012
【００７４】
ここで、uoの入力変数は、操作変数ベクトルu、測定外乱ベクトルv、入力外乱白色雑音ベクトルwid、出力外乱白色雑音ベクトルwod、及び測定雑音モデル白色雑音ベクトルwnを含む。操作変数は、アクチュエータ間の同期を達成するためにＭＰＣ４００によって調節される。測定外乱は、ＭＰＣ４００によって調節することはできないが、フィードフォワード補償のためにＭＰＣ４００によって利用される。
【００７５】
所与の制御インターバルｋで、プラントモデル４１０は、アクチュエータに対応するプラントの状態−空間モデル特徴付けを含む。これは、以下の等式によって求められる。
2019112044.tif 000013
【００７６】
ここで、xp (k＋１)は、プラントモデルの未来状態変数であり、up (k)はプラントモデル４１０への集約入力変数を表し、yp(k)はプラントモデルの予測出力である。幾つかの実施例では、プラントモデル４１０への入力up(k)は、独立変数であり、操作変数ｕ（ｋ）、測定外乱ｖ（ｋ）、及び非測定外乱d(k)を含むことができる。
【００７７】
ＭＰＣ４００は、非測定入力外乱d(k)を直接認知しないかもしれないが、外乱モデルに基づいてそれを補償することができる。例えば、非測定入力外乱d(k)は、入力外乱白色雑音ベクトルwid (k)を用いて入力外乱モデル４２０によって決定され得る。このような白色雑音ベクトルwid (k)は、システムから生じてシステムに到来する雑音の一般的な表現に対応し得る。w(k)の場合と同様に、この雑音はガウスと表され、そのパワースペクトル密度はシステムの周波数スペクトル全体にわたってほぼ等しい。
【００７８】
入力外乱白色雑音ベクトルwid (k)は、入力外乱モデル４２０への入力である。入力外乱モデル４２０は、信号の種類及び入力外乱の特性を特定することができる。入力外乱モデル４２０の状態−空間モデルは、以下の等式によって求められる。
2019112044.tif 000014
【００７９】
所与の制御インターバルｋで、プラントモデル４１０の出力は従属変数であり、予測出力yp (k)、測定出力y(k)、及び非測定出力yu (k)を含み得る。測定出力y(k)は、予測出力yp (k)と非測定出力外乱yod (k)を４５０において合算することにより決定され得る。幾つかの実施例では、測定外乱v(k)、例えばトルク外乱は、４５０において、予測出力yp (k)から差し引かれる。
【００８０】
出力外乱モデル４３０は、信号の種類及び出力外乱の特性を特定することができる。出力外乱モデル４３０の状態−空間モデルは、以下の等式によって求められる。
2019112044.tif 000015
【００８１】
ここで、wod (k)は、出力外乱モデル４３０への入力である出力外乱白色雑音ベクトルを表す。
【００８２】
測定出力y(k)は、非測定量と、利用可能な測定値及びプラントモデル４１０の他の出力に基づいてＭＰＣ４００により推定され得る非測定出力yu (k)によって指定されるフィードバックとを推定するために使用することができる。幾つかの実施例では、非測定出力yu (k)は、４５０での測定出力y(k)と予測出力yp (k)との差である。幾つかの実施例では、４５２において、
2019112044.tif 000016
である。
【００８３】
幾つかの実施例では、測定出力y(k)は、４５２において、測定雑音モデル４４０によって決定される雑音信号出力yn(k)に加算され、測定出力ym (k)が決定される。出力yu (k)は、アクチュエータ１１０からの非測定出力ya(k)でもよい。幾つかの実施例では、ya (k)は、システムが直接測定する手段（センサ）を持たない他の非測定出力変数も含み得る。測定雑音モデル４４０は、測定雑音信号の種類及び特性を特定する。測定雑音モデル４４０の状態−空間モデルは、以下の等式によって求められる。
方程式１：
2019112044.tif 000017
方程式２：
2019112044.tif 000018
【００８４】
ここで、wn (k)は、測定雑音モデル４４０への無次元の白色雑音入力である。前述の状態−状態等式は、等式１と等式２を単純化することにより単純化することができる。等式１は、等式１．１：
2019112044.tif 000019
へと単純化する。
等式２は、等式１．２：
2019112044.tif 000020
へと単純化する。
【００８５】
ここで、uは、操作変数又はプラントモデルへの入力変数であり；yはプロセス出力であり、xcは状態変数ベクトルである。
【００８６】
状態−空間モデルの一般式は、以下のような、入力信号u（k）から出力y（k）への直接項を有する：
2019112044.tif 000021
【００８７】
しかしながら、Ｒｅｃｅｄｉｎｇ  Ｈｏｒｉｚｏｎ制御の原理により、Dcは、プラントモデルにおいてDc＝０であるとみなされる。
【００８８】
u（k）は、所望の出力Δu(k)＝u(k)-u（k-１）を最適化する軌跡を表すため、x及びyの拡張された状態−状態モデルは以下のようになり得る。
方程式１．３：
2019112044.tif 000022
方程式１．４：
2019112044.tif 000023
【００８９】
x(k＋１)＝f(x(k))；u（k）のようにモデル化されたプラントの場合、入力u(k)は、各タイムスロットkにおいて、x(k)に基づいて決定される。入力は、計画期間k、k＋１、…k＋Nの予測費用を最小化するように選択することができる。ここで、Nは、計画期間の長さである。u(k)が決定された後、制御u(k)が適用され、時間k＋１でプロセスが繰り返される。
【００９０】
予測制御軌跡が等式１．３及び１．４を用いることにより決定されて、拡張状態−状態モデルが以下のように求められる。
2019112044.tif 000024
【００９１】
次いで、予測未来制御軌跡が：
2019112044.tif 000025
によって求められ、上式中、Ncは制御時間インターバルである。
未来状態変数は：
2019112044.tif 000026
によって求められ、上式中、Npは予測時間インターバルである。
【００９２】
したがって、未来状態変数は、以下のように計算される。
2019112044.tif 000027
【００９３】
予測状態変数から、予測出力変数は、減算により、以下のようになる。
2019112044.tif 000028
【００９４】
すべての予測変数は、現在状態変数情報x（ki）及び未来制御動作Δu（ki＋j）に関して定式化することができ、ここでj＝０、１、…  Nc-１である。以下のベクトルは：
2019112044.tif 000029
のように定義することができ、上式中、単一入力及び単一出力の場合、Yの次元はNpであり、ΔUの次元はNcである。小型の行列がY＝Fx(ki)＋ΦΔUとして形成される。
2019112044.tif 000030
【００９５】
サンプル時間kiにおける所与の設定点信号
2019112044.tif 000031
に関し、予測範囲内で、予測制御システムの目的は、予測出力を可能な限り設定点信号の近くに持ってくることである。設定点と予測出力との間の誤差関数が最小となるように、最適な制御パラメータベクトルΔUを見つけることができる。制御目標を反映する費用関数Jは：
2019112044.tif 000032
のように定義され、上式中、Rsは、設定点情報を含むデータベクトルであり、Rは
2019112044.tif 000033
の形式の対角線行列であり、式中、rwは、所望の閉ループパフォーマンスのための調整パラメータである。
【００９６】
Jを最小化するであろう最適なΔUを見つけるために、Jは：
2019112044.tif 000034
と表現することができる。したがって、制御信号Uの最適な解は：
2019112044.tif 000035
であり、上式中、
2019112044.tif 000036
は設定点の変更に対応し、
2019112044.tif 000037
は、予測制御のフレームワーク内の状態フィードバック制御に対応する。
【００９７】
線形二次Ｇａｕｓｓ形コントローラ−線形二次レギュレータ
先述のように、線形二次Ｇａｕｓｓ形コントローラ、即ちＬＱＧコントローラは、カルマンフィルタを用いてＬＱＲを操作するサーボコントローラである。記載のように、ＬＱＧはＬＱＲ３１４及びカルマンフィルタ３１６を含み得る。別の実施例として、ＬＱＧは、ＬＱＲ３２４及びカルマンフィルタ３２６を含み得る。本明細書に記載される実施例では、ＬＱＧコントローラは、共通の操縦翼面上で動作するハイブリッド（ＥＨＡ／ＥＨＳＡ）又は二重（ＥＭＡ／ＥＭＡ）アクチュエータシステムを備えるＡＦＦＣシステムにおいてＭＰＣと統合される。ＭＰＣ、ＬＱＧ制御、及び線形二次レギュレータ（ＬＱＲ）の統合により、フォースファイト外乱を拒絶するための最適フィードバック補償を実証するＡＦＦＣシステムが提供される。
【００９８】
先述のように、ＬＱＲは、出力uLQR (k)を強制的に状態（０）にする最適ゲイン（Ｋ）レギュレータである。ＬＱＲは、すべての状態が測定されるときにフル状態フィードバックを使用することができる。しかしながら、すべての状態が直接測定されるわけでないときには、ＬＱＲは、カルマン推定器によって決定される推定状態を使用することができる。すべての状態が測定されるわけではない場合、以下の費用関数を最小化するゲインKを計算するために、カルマン推定器出力の推定状態ベクトルxest (k)が使用される。
方程式３：
2019112044.tif 000038
【００９９】
費用関数は以下のように求められてもよい。
2019112044.tif 000039
【０１００】
離散時間Ｓ−Ｓモデルの場合、費用関数は：
2019112044.tif 000040
によって求められる。ここで、Qは状態重み付け行列であり、Rは制御重み付け行列であり、計画対象期間T又はNは有限又は無限であり得る。
【０１０１】
離散時間の費用構造等は、「０」においてシステムを「制御する（ｒｅｇｕｌａｔｅ）」ことになるコントロールu（t）；ｔ２［０；Ｔ］を見出そうとする。支払いは、状態及び制御努力の両方について二次的である。Qのための典型的な選択は：Q＝１１、又はQ＝I、又はQ＝diag（qi）であり、式中qi≧０である。Rのための典型的な選択はR＝diag(ri)であり、式中ri＞０である。計画対象期間T又はNは、時にαとして取られる。
【０１０２】
幾つかの実施例では、ＬＱＲのゲインKは、以下のＭＡＴＬＡＢステートメントを用いて得られる。
2019112044.tif 000041
【０１０３】
このコマンドは、状態フィードバック則u＝-Kxが等式：
2019112044.tif 000042
の二次費用関数を最小化する最適ゲインKを算出することができる。ここで、重みＱｘ、Ｑｉ、及びＲは調整ノブである。Ｎは、費用項２ｘ（ｔ）０Ｎｕ（ｔ）の追加の種類である。戻り値に関し、−Ｋは、状態フィードバックゲイン行列であり；Ｓは代数Ｒｉｃｃａｔｉ方程式の解であり、ｅは結果として得られる閉ループ固有値（即ちＡ  −ＢＫの固有値）である。実際には、これはしばしば、より細かい精密化（シミュレーション及び試験に基づく）を行う前に初期コントローラを得る好ましい方法である。
【０１０４】
種々の実施例において、ＬＱＲによる最適化は、以下の線形状態フィードバック制御則：
2019112044.tif 000043
によって求められる最適制御である。ここで、ｎ行ｎ列の行列P(t)は、Ｒｉｃｃａｔｉ微分方程式の解である。
【０１０５】
以下のＲｉｃｃａｔｉ行列微分方程式は、連続時間LQRの状態フィードバック制御則を見出すために使用することができ、{P(t)、t∈［０、T］}について解かれる：
2019112044.tif 000044
【０１０６】
この等式は、「時間をさかのぼって」特定することができる。T＝∞である場合、Ｒｉｃｃａｔｉ微分方程式の定常状態解Pは、最適な制御則でP(t)を置き換える。このPは、代数Ｒｉｃｃａｔｉ方程式の他に類を見ない正定解である。
2019112044.tif 000045
【０１０７】
最適制御は：
2019112044.tif 000046
によって求められる。
【０１０８】
最適制御は、以下の線形状態フィードバック制御則：
2019112044.tif 000047
によっても求められる。ここで、ｎ行ｎ列の行列P(k)は、Ｒｉｃｃａｔｉ差分方程式の解である。
【０１０９】
以下のＲｉｃｃａｔｉ行列差分方程式は、離散時間に使用することができ、{P(t)、k∈{０，…、N}}について解かれる。
2019112044.tif 000048
【０１１０】
N＝∞である場合、定常状態解PはP（k）を置き換える。このPは、以下の代数Ｒｉｃｃａｔｉ方程式によって求められる、他に類を見ない正定解である。
2019112044.tif 000049
【０１１１】
最適制御は以下のように求められる。
2019112044.tif 000050
【０１１２】
更に、T＝１（又はN＝１）である場合、項P（t）（又はP（k））は、関連するＲｉｃｃａｔｉ代数方程式の解である定数行列によって置き換えられる。幾つかの実施例では、離散及び連続時間のために別のバージョンが使用される。
【０１１３】
種々の実施例において、ＬＱＲは何らかの望ましい軌跡〜x（  ）を追跡するために使用される。最も単純な事例では、この軌跡は非ゼロの望ましい一定の設定点〜xである。望ましい軌跡の解は、例えば変形例の計算に基づく開ループ最適制御といった別個の問題として提示され得る。例えば、目的は、以下のように定式化される。
2019112044.tif 000051
【０１１４】
線形二次Ｇａｕｓｓ形コントローラ−カルマン推定器
状態−空間モデル
2019112044.tif 000052
によって説明されるシステムの場合、xの値は、フル状態ベクトルXについて、外乱及び雑音ベクトルを考慮して推定することができる。この推定は以下のように実施され得る：
ステップ１−予測される状態は以下である：
2019112044.tif 000053
ステップ２−予測されるプロセス共分散行列を、以下のように求める：
2019112044.tif 000054
ステップ３−カルマンゲインKを、以下のように計算する：
2019112044.tif 000055
上式中、Rはセンサの雑音共分散行列である。
ステップ４−新規の観察が以下のように提供される：
2019112044.tif 000056
ステップ５−現在状態が以下のように提供される：
2019112044.tif 000057
ステップ６−共分散プロセスを以下で更新する：
2019112044.tif 000058
ステップ７−ステップ１に戻り、xc(k)≧xc(k-１)、且つPkp≧Pk-１である場合は以降繰り返す。
【０１１５】
幾つかの実施例では、カルマンフィルタが実装される。カルマンフィルタは、ガウス型白色雑音に対処するときに使用される最適な推定器を説明することができる。カルマン状態推定器は、以下のＭＡＴＬＡＢステートメントを用いて得られる：
2019112044.tif 000059
【０１１６】
ここで、Ｌはカルマンゲインであり、Ｐは共分散行列であり、ｗ及びｖは白色雑音としてモデル化されている。
次いでソフトウエアにより、以下を用いて推定値が生成される。
2019112044.tif 000060
【０１１７】
ここで、uはコントロールに対応し、yは測定値に対応する。加えて、
2019112044.tif 000061
である。
【０１１８】
これは、漸近共分散：
方程式４：
2019112044.tif 000062
を最小化し、推定誤差はx-x(est)である。
【０１１９】
図５Ａは、一又は複数の実施例によるＬＱＧレギュレータ５０１の一実施例を示している。ＬＱＧレギュレータ５０１は、ＬＱＲ５１４−Ａ及びカルマン推定器５１６−Ａを含む。幾つかの実施例では、ＬＱＲ５１４−ＡはＬＱＲ３１４又は３２４である。幾つかの実施例では、カルマンフィルタ５１６−Ａは、カルマンフィルタ３１６又は３２６である。上記のようなＬＱＲ及びカルマン推定器があれば、ＬＱＧは、それらを組み合わせることにより形成することができる。幾つかの実施例では、ＭＡＴＬＡＢを使用してＬＱＧレギュレータを形成することができる。幾つかの実施例では、カルマンフィルタｋｅｓｔとＬＱ−最適ゲインＫとをコマンドを用いて接続することができる。
2019112044.tif 000063
【０１２０】
このコマンドは、図５Ａに示されるようなＬＱＧレギュレータを形成する。種々の実施例において、図５Ａに示される構成は、アクチュエータの出力y（k）が状態（０）にあることを保証する。
【０１２１】
図５Ｂは、一又は複数の実施例によるＬＱＧサーボコントローラ５０２の一実施例を示している。ＬＱＧサーボコントローラ５０２は、ＬＱＲ５１４−Ｂ及びカルマン推定器５１６−Ｂを含む。幾つかの実施例では、ＬＱＲ５１４−Ｂは、ＬＱＲ３１４又は３２４である。幾つかの実施例では、カルマンフィルタ５１６−Ｂは、カルマンフィルタ３１６又は３２６である。ＬＱＧサーボコントローラ５０２は、インテグレータ５２０を更に含み得る。幾つかの実施例では、ＬＱＧサーボコントローラ５０２は、以下のコマンド：
2019112044.tif 000064
を用いてカルマンフィルタ、ｋｅｓｔ、及びＬＱ−最適ゲインＫを接続することにより、ＭＡＴＬＡＢ内に形成される。
【０１２２】
このコマンドは、図５Ｂに示されるようなＬＱＧレギュレータを形成する。種々の実施例において、図５Ｂに示される構成は、アクチュエータの出力y（k）が参照コマンドr（k）を追跡し、同時に入力雑音w（k）及びトルク外乱v（k）を拒絶することを保証する。
【０１２３】
図３Ｂに戻ると、システム３０１は、一又は複数の実施例による、フィードフォワード及びフィードバック補償を有するＭＰＣ−ＬＱＲモデルの一実施例を表している。このシステム３０１は、ＬＱＲを用いる最適なフィードバック補償と、ＭＰＣを用いる適応型フィードフォワード補償を実証している。種々の実施例によれば、フィードバック補償は、各アクチュエータのために線形二次Ｇａｕｓｓ形サーボコントローラを用いて達成され、フィードフォワード補償はＭＰＣを用いて達成される。
【０１２４】
このシステムは、エルロン上のＳＨＡとＥＨＡの間の最適なフィードバック補償を更に実証する。幾つかの実施例では、フィードバック補償は、各アクチュエータのために線形二次Ｇａｕｓｓ形サーボコントローラを用いて達成される。サーボコントローラは、位置出力が参照コマンドを追跡すると同時にフォースファイト外乱を拒絶することを保証する。
【０１２５】
このシステムは、エルロン表面上のサーボ−油圧アクチュエータ（ＳＨＡ）と電動油圧アクチュエータ（ＥＨＡ）との間のフォースファイティングフィードバック補償を実証する。種々の実施例によれば、フォースファイティングフィードバック補償は、各アクチュエータのためにＭＰＣを用いて達成される。図示のように、各ＭＰＣコントローラは、それぞれのアクチュエータに局所的に適用される。アクチュエータの位置コマンドに関する主制御は、ＭＰＣの操作変数である。
【０１２６】
次いで、アクチュエータの出力がプラントの内部ループ補償器及びＭＰＣへとフィードバックされる。図示のように、フォースファイティング出力は、測定外乱入力としてＭＰＣへとフィードバックされる。これは、測定フォースファイティングがゼロから逸脱するとき、動的応答に影響する。外乱モデルが維持される値を予測する場合、プラント出力がゼロに戻るまでＭＰＣの調節が継続されるであろう。このようにして、ＭＰＣは、システムが、フォースファイティング誤差の極めて広い変動の動作限界内に維持されることを保証する。
【０１２７】
航空機、及び航空機を製造及び運航する方法の実施例
記載されたステム及び技術の実装態様の種々の態様をよりよく理解するために、ここで航空機及び航空機の翼を簡単に説明する。図６は、幾つかの実施例による航空機６００の概略図である。図６に示すように、航空機６００は、長手軸（Ｘ軸）、左右軸（Ｙ軸）、及び垂直軸（Ｚ軸）によって規定される。種々の実施例において、航空機６００は、内装６７０を有する機体６５０を含む。航空機６００は、機体６５０に連結された翼６２０を含む。航空機６００は、翼６２０によって支持されるエンジン６３０も含む。幾つかの実施例では、航空機６００は、電気検査システム６４０及び環境検査システム６６０といった複数の高レベル検査システムを更に含む。他の実施例では、任意の数の他の検査システムが含まれる。
【０１２８】
図６に示す航空機６００は、実施例により、そのコンポーネントがシステム１００、２００、３００、及び３０１のうちの少なくとも一つを含むように作製、修正、又は機械加工され得るビークルの一実施例である。航空宇宙産業の例を示しているが、本明細書に開示される原理は、自動車産業のような他の産業にも適用されうる。そのため、本明細書に開示される原理は、航空機６００に加え、他のビークル、例えば陸上ビークル、海洋ビークル、宇宙飛行体等にも適用され得る。
【０１２９】
本発明の実施例は、図７に示す航空機の製造及び保守方法７００、及び図６に示す航空機６００に照らして説明され得る。製造前の段階で、例示的な方法７００は、航空機６００の仕様及び設計（ブロック７０４）と材料の調達（ブロック７０６）とを含み得る。製造段階では、航空機６００のコンポーネント及びサブアセンブリの製造（ブロック７０８）と、検査システムインテグレーション（ブロック７１０）とが行われうる。記載される装置及びアセンブリ、並びに対応する方法は、航空機６００の少なくとも一つの仕様及び設計（ブロック７０４）、材料の調達（ブロック７０６）、コンポーネント及びサブアセンブリの製造（ブロック７０８）、並びに航空機６００の検査システムインテグレーション（ブロック７１０）のいずれにおいても使用可能である。
【０１３０】
その後、航空機６００は、認可及び納品（ブロック７１２）を経て運航（ブロック７１４）に供される。運航中、航空機６００には、定期的な整備及び保守（ブロック７１６）が予定される。定期的な整備及び保守は、航空機６００の一又は複数の検査システムの改変、再構成、改修等を含みうる。記載される装置及びアセンブリ、並びに対応する方法は、認可及び納品（ブロック７１２）、運航（ブロック７１４）、及び定期的な整備及び保守（ブロック７１６）のいずれにおいても使用可能である。
【０１３１】
例示的な方法７００の各プロセスは、検査システムインテグレータ、第三者、又はオペレータ（例えば、顧客）によって実行又は実施されてもよい。本明細書の目的のために、検査システムインテグレータは、限定しないが、任意の数の航空機製造者及び主要検査システムの下請業者を含んでもよく、第三者は、限定しないが、任意の数のベンダー、下請業者、及び供給業者を含んでもよく、オペレータは、航空会社、リース会社、軍事団体、サービス機関等であり得る。
【０１３２】
本明細書に提示又は記載されるシステム、装置及び対応する方法は、製造及び保守方法（例示的方法７００）の段階のうちの任意の一又は複数において用いることができる。例えば、コンポーネント及びサブアセンブリの製造（ブロック７０８）に対応するコンポーネント又はサブアセンブリは、航空機６００の運航（ブロック１１１２）期間中に製造されるコンポーネント又はサブアセンブリと同様に製作又は製造することができる。また、装置、方法又はそれらの組み合わせの一又は複数の実施例は、例えば、航空機６００の組立てを実質的に効率化するか、又はそのコストを削減することにより、製造段階（ブロック７０８及びブロック７１０）において利用することができる。同様に、システム、装置又は方法実現の一又は複数の実施例、又はそれらの組み合わせは、例えば限定されないが、航空機６００の運航（ブロック７１４）中、及び整備及び保守（ブロック７１６）の間の少なくとも一つで利用することができる。
【０１３３】
更に、本発明は以下の条項による実施例を含む。
条項１．    駆動コマンド信号を受信するように構成された第１のフィードフォワードコントローラであって、第１のアクチュエータと通信する第１のフィードフォワードコントローラ；第１のフィードバック入力を第１のフィードフォワードコントローラへと出力するように構成され、更には入力として第１のアクチュエータ位置及び第１のアクチュエータフォースを受信するように構成された第１のフィードバックレギュレータ；駆動コマンド信号を受信するように構成された第２のフィードフォワードコントローラであって、第２のアクチュエータと通信する第２のフィードフォワードコントローラ；並びに第２のフィードバック入力を第２のフィードフォワードコントローラへと出力するように構成され、更には入力として第２のアクチュエータ位置及び第２のアクチュエータフォースを受信するように構成された第２のフィードバックレギュレータを備え、両方のフィードフォワードコントローラと両方のフィードバックレギュレータを利用して共通エルロンを駆動する間のフォースファイティングを最小化する駆動コントローラユニット。
条項２．    フィードフォワードコントローラが、アクチュエータの挙動を予測する内部プラントモデルを含む、条項１の駆動コントローラユニット。
条項３．    フィードフォワードコントローラが、制御インターバルｋで制約最適化問題を構築及び解決するように構成された内部オプティマイザを含む、条項１の駆動コントローラユニット。
条項４．    フィードバックレギュレータが、内部ループ雑音抑制器及びプラント外乱補償器として構成される、条項１の駆動コントローラユニット。
条項５．    フィードバックレギュレータが線形二次Ｇａｕｓｓ形コントローラ（ＬＱＧ）として構成される、条項１の駆動コントローラユニット。
条項６．    ＬＱＧが線形二次レギュレータ（ＬＱＲ）及びカルマン推定器を含む、条項５の駆動コントローラユニット。
条項７．    カルマン推定器が、入力としてＵ（ｋ）及びＹ（ｋ）を取り、ここでＵ（ｋ）はＬＱＲの出力であり、Ｙ（ｋ）はアクチュエータの出力にトルク外乱を加えたものであり、カルマン推定器が更に、入力としてＬＱＲへとフィードバックされる出力Ｘ（ｋ）を取る、条項６の駆動コントローラユニット。
条項８．    Ｙ（ｋ）が、位置、電流、速度、フォース、及び圧力に対応し、追加入力としてフィードフォワードコントローラにフィードバックされる、条項７の駆動コントローラユニット。
条項９．    更に、デジタルフィルタと、位置、フォース、及びフォースファイトの過渡を予想してゼロにするフォワードルッキングアルゴリズムとを使用して、高速で動的且つ過渡的なフォースファイティングを拒絶するように構成された、条項１の駆動コントローラユニット。
条項１０．    フィードフォワードコントローラが、第１のアクチュエータと第２のアクチュエータとの間の静的及び動的なフォースの差の補償を担う、ローカルフィードバック補償器を含む、条項１の駆動コントローラユニット。
条項１１．    プロセッサ；エルロン；第１のアクチュエータ；第２のアクチュエータ；プロセッサから駆動コマンド信号を受信するように構成された、第１のアクチュエータと通信する第１のフィードフォワードコントローラ；第１のフィードバック入力を第１のフィードフォワードコントローラへと出力するように構成され、更には入力として第１のアクチュエータ位置及び第１のアクチュエータフォースを受信するように構成された第１のフィードバックレギュレータ；駆動コマンド信号を受信するように構成された、第２のアクチュエータと通信する第２のフィードフォワードコントローラ；並びに第２のフィードバック入力を第２のフィードフォワードコントローラへと出力するように構成され、更には入力として第２のアクチュエータ位置及び第２のアクチュエータフォースを受信するように構成された第２のフィードバックレギュレータを備え、両方のフィードフォワードコントローラと両方のフィードバックレギュレータを利用してエルロンを駆動する間のフォースファイティングを最小化する航空機。
条項１２．    フィードフォワードコントローラが、アクチュエータの挙動を予測する内部プラントモデルを含む、条項１１の航空機。
条項１３．    フィードフォワードコントローラが、制御インターバルｋで制約最適化問題を構築及び解決するように構成された内部オプティマイザを含む、条項１１の航空機。
条項１４．    フィードバックレギュレータが、内部ループ雑音抑制器及びプラント外乱補償器として構成される、条項１１の航空機。
条項１５．    フィードバックレギュレータが、線形二次Ｇａｕｓｓ形コントローラ（ＬＱＧ）として構成される、条項１１の航空機。
条項１６．    ＬＱＧが線形二次レギュレータ（ＬＱＲ）及びカルマン推定器を含む、条項１５の航空機。
条項１７．    カルマン推定器が入力としてＵ（ｋ）及びＹ（ｋ）を取り、ここで、Ｕ（ｋ）はＬＱＲの出力であり、Ｙ（ｋ）はアクチュエータの出力にトルク外乱を加えたものであり、カルマン推定器が更に、入力としてＬＱＲへとフィードバックされる出力Ｘ（ｋ）を取る、条項１６の航空機。
条項１８．    Ｙ（ｋ）が、位置、電流、速度、フォース、及び圧力に対応し、追加入力としてフィードフォワードコントローラにフィードバックされる、条項１７の航空機。
条項１９．    更に、デジタルフィルタと、位置、フォース、及びフォースファイトの過渡を予想してゼロにするフォワードルッキングアルゴリズムとを使用して、高速で動的且つ過渡的なフォースファイティングを拒絶するように構成された、条項１１の航空機。
条項２０．    フィードフォワードコントローラが、第１のアクチュエータと第２のアクチュエータとの間の静的及び動的なフォースの差の補償を担うローカルフィードバック補償器を含む、条項１１の航空機。
条項２１．    駆動コマンド信号を受信するように構成された第１のフィードフォワードコントローラであって、第１のアクチュエータと通信する第１のフィードフォワードコントローラ；第１のフィードバック入力を第１のフィードフォワードコントローラへと出力するように構成され、更には入力として第１のアクチュエータ位置及び第１のアクチュエータフォースを受信するように構成された第１のフィードバックレギュレータ；駆動コマンド信号を受信するように構成された第２のフィードフォワードコントローラであって、第２のアクチュエータと通信する第２のフィードフォワードコントローラ；並びに第２のフィードバック入力を第２のフィードフォワードコントローラへと出力するように構成され、更には入力として第２のアクチュエータ位置及び第２のアクチュエータフォースを受信するように構成された第２のフィードバックレギュレータを備え、両方のフィードフォワードコントローラと両方のフィードバックレギュレータとを利用して共通エルロンを駆動する間のフォースファイティングを最小化するフォースファイティング補償システム。
条項２２．    フィードフォワードコントローラが、アクチュエータの挙動を予測する内部プラントモデルを含む、条項２１のフォースファイティング補償システム。
条項２３．    フィードフォワードコントローラが、制御インターバルｋで制約最適化問題を構築及び解決するように構成された内部オプティマイザを含む、条項２１のフォースファイティング補償システム。
条項２４．    フィードバックレギュレータが、内部ループ雑音抑制器及びプラント外乱補償器として構成される、条項２１のフォースファイティング補償システム。
条項２５．    フィードバックレギュレータが線形二次Ｇａｕｓｓ形コントローラ（ＬＱＧ）として構成される、条項２１のフォースファイティング補償システム。
条項２６．    ＬＱＧが線形二次レギュレータ（ＬＱＲ）及びカルマン推定器を含む、条項２５のフォースファイティング補償システム。
条項２７．    カルマン推定器が入力としてのＵ（ｋ）及びＹ（ｋ）を取り、ここでＵ（ｋ）はＬＱＲの出力であり、Ｙ（ｋ）はアクチュエータの出力にトルク外乱を加えたものであり、カルマン推定器が更に、入力としてＬＱＲへとフィードバックされる出力Ｘ（ｋ）を取る、条項２６のフォースファイティング補償システム。
条項２８．    Ｙ（ｋ）が、位置、電流、速度、フォース、及び圧力に対応し、追加入力としてフィードフォワードコントローラにフィードバックされる、条項２７のフォースファイティング補償システム。
条項２９．    更に、デジタルフィルタと、位置、フォース、及びフォースファイトの過渡を予想してゼロにするフォワードルッキングアルゴリズムとを使用して、高速で動的且つ過渡的なフォースファイティングを拒絶するように構成された、条項２１のフォースファイティング補償システム。
条項３０．    フィードフォワードコントローラが、第１のアクチュエータと第２のアクチュエータとの間の静的及び動的なフォースの差の補償を担うローカルフィードバック補償器を含む、条項２１のフォースファイティング補償システム。
【０１３４】
本発明について、その具体的な実施例を参照して特に図示及び記載したが、当業者であれば、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、開示された実施例の形態及び詳細に変更が可能であることが分かるであろう。したがって、本開示内容は、本発明の精神及び範囲に含まれるすべての変更例及び等価物を含むことを意図していると解釈されるべきである。コンポーネント及びプロセスの多くは、便宜上単数形で記載されているが、当業者であれば、本発明の技術を実施するために複数のコンポーネント及び繰り返しのプロセスも使用され得ることが分かるであろう。
【図１】
2019112044.tif 000065
【図２】
2019112044.tif 000066
【図３Ａ】
2019112044.tif 000067
【図３Ｂ】
2019112044.tif 000068
【図４Ａ】
2019112044.tif 000069
【図４Ｂ】
2019112044.tif 000070
【図５】
2019112044.tif 000071
【図６】
2019112044.tif 000072
【図７】
2019112044.tif 000073
【外国語明細書】
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