(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
逆伝達関数補償法により空圧回路の制御を行い、前記空圧回路から航空機に対して所望の空気圧を供給するダイナミックエアデータ生成方法であって、
前記空圧回路及び単純適応制御器（ＳＡＣ：Ｓｉｍｐｌｅ  Ａｄａｐｔｉｖｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）を含む空気圧制御回路を近似化した順モデルを生成するステップと、
前記順モデルの逆モデルを生成するステップと、
前記航空機の運動を模擬するステップと、
前記運動の模擬結果に基づいて前記空気圧の目標値である第１信号を生成するステップと、
前記逆モデルを用いて前記第１信号から第２信号を生成するステップと、
前記単純適応制御器が前記第２信号に基づいて前記空圧回路を制御するステップとを備えた
ダイナミックエアデータ生成方法。
【請求項２】
前記単純適応制御器は前記空気圧制御回路を一次に近似化する
請求項１のダイナミックエアデータ生成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダイナミックエアデータ生成方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
航空機のセンサに入力されるエアデータを変化させて飛行模擬環境下での評価を行うことにより、飛行試験前の航空機の不具合を抽出する試みがなされている。ここで、航空機が飛行しているときには、静圧（大気圧）と動圧（その対気速度で飛行することによってかかる空気圧）の和に相当する空気圧がその航空機に作用する。
エアデータとは、その空気圧に関するデータである。
【０００３】
飛行試験前の航空機の不具合抽出の効果を上げるためには、地上にて、所望の変化率でエアデータを動的に変化させて、よりリアルな飛行模擬環境を生成し、その飛行模擬環境下での航空機の状態を評価することが望まれている。
【０００４】
従来のエアデータ発生装置は、図５に示すように、ポイントポイントしか評価できない離散的評価であった。
また、手動によりエアデータを変化させた模擬環境を生成することしかできなかった。
【０００５】
従来の計測方法は、離散的評価であり、極性チェックしかできなかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
動的に変化するエアデータ（ダイナミックエアデータ）を生成できることが望まれている。
簡単な方法で自動で連続的に変化するエアデータを生成できることが望まれている。
自動で連続的に変化するエアデータを生成できる空気圧のシミュレーション装置が望まれている。
【０００７】
空圧回路の遅れ要素をなくし、シミュレーション演算値に追従した空気圧を生成できることが望まれている。
非線形要素を有する空圧回路に関して、逆伝達関数補償法を用いてシミュレーション演算値と制御量を一致させることが望まれている。
【０００８】
本発明の目的は、動的に変化するエアデータ（ダイナミックエアデータ）を生成できるダイナミックエアデータ生成方法及び装置を提供することである。
本発明の他の目的は、簡単な方法で自動で連続的に変化するエアデータを生成できるダイナミックエアデータ生成方法及び装置を提供することである。
本発明の更に他の目的は、自動で連続的に変化するダイナミックエアデータ生成方法及び装置を提供することである。
【０００９】
本発明の更に他の目的は、空圧回路の遅れ要素をなくし、シミュレーション演算値に追従した空気圧を生成できるダイナミックエアデータ生成方法及び装置を提供することである。
本発明の更に他の目的は、非線形要素を有する空圧回路に関して、逆伝達関数補償法を用いてシミュレーション演算値と制御量を一致させることができるダイナミックエアデータ生成方法及び装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
以下に、［発明の実施の形態］で使用する番号・符号を用いて、［課題を解決するための手段］を説明する。これらの番号・符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］の記載との対応関係を明らかにするために付加されたものであるが、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１１】
本発明のダイナミックエアデータ生成方法は、逆伝達関数補償法により空圧回路（２５）の制御を行い、前記空圧回路（２５）から出力される空気圧に関し連続的に変化するダイナミックエアデータを生成するダイナミックエアデータ生成方法であって、前記空圧回路（２５）を単純適応制御器（２１）により制御するステップと、前記単純適応制御器（２１）の適用により低次元化された前記空圧回路（２５）の逆モデル（２２）を生成するステップと、前記逆モデル（２２）を用いて前記逆伝達関数補償法を実行するステップとを備えている。
【００１２】
本発明のダイナミックエアデータ生成装置は、弁開度が制御されて所定の空気圧（２４）が出力される空圧サーボバルブ（２５ａ）と、前記空圧サーボバルブ（２５ａ）を制御する単純適応制御器（２１）と、前記空圧サーボバルブ（２５ａ）と前記単純適応制御器（２１）とを有する空気圧制御装置（２０）の伝達関数の逆数（２２）を用いて演算を行う演算部（２７）とを備えている。
【００１３】
本発明のダイナミックエアデータ生成装置（３０）において、前記空圧サーボバルブ（２５ａ）は、前記演算部（２７）による演算結果（２３）に追従した前記空気圧（２４）が出力されるように前記弁開度が制御される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
添付図面を参照して、本発明のダイナミックエアデータ生成装置の一実施形態を説明する。
【００１５】
図１は、本実施形態のダイナミックエアデータ生成装置の構成を示すブロック図である。
図２は、本実施形態のダイナミックエアデータ生成装置により生成した、飛行模擬環境の一例を示す図である。
図３は、本実施形態のダイナミックエアデータ生成装置の詳細な構成を示すブロック図である。
図４は、本実施形態のダイナミックエアデータ生成装置の構成を対比説明するための逆伝達関数補償法による回路を示すブロック図である。
【００１６】
特開平１０−２７００８号公報にも記載されているように、モデル制御方法が知られている。モデル制御方法とは、制御対象をモデル化してモデルの出力と制御対象の出力とが一致するようにコントローラで制御して制御性を向上させるものである。
【００１７】
ここで、制御対象（図４の符号１３）の伝達関数をＦ（ｓ）としたとき、モデルとしてその逆関数１／Ｆ（ｓ）の逆モデル（図４の符号１０）を用いれば、系全体の伝達関数は、
（１／Ｆ（ｓ））×Ｆ（ｓ）＝１
となり、制御量（図４の符号１２）を常に目標値（図４の符号１１）に等しくすることができる。
【００１８】
図４に示すように、モデル制御方法（逆伝達関数補償法）によれば、逆モデル１０に目標値１１を入力して得た出力（操作量）１５を制御対象（順モデル）１３に入力すれば、全体の伝達関数が１であるため、制御対象１３からは目標値１１と同じ出力（制御量）１２が得られる。
【００１９】
しかしながら、実際には完全な逆モデルを実現することは無理であり、特にモデルが非線形の場合、直接逆モデルを求めることはほとんど不可能である。
空圧回路は、空気流量の２乗が差圧（負荷上流圧力と負荷下流圧力との差）にほぼ比例するため、入力振幅（入力したい空気圧）によって特性が変わる等様々な非線形要素を持っている。
【００２０】
モデル制御方法（逆伝達関数補償法）を用いて、ダイナミックなエアデータを生成しようとしても、様々な非線形要素を有する空圧回路を正確に同定（制御対象のモデル化）することができないため、図４における、空圧回路の遅れ要素をなくす逆モデル１０は近似的なものとなっており、シミュレーション演算値１１に制御量１２を一致させることは困難である。
【００２１】
本実施形態では、図１に示すように、コントローラ（空気圧制御回路Ｇ）２０にＳＡＣ（単純適応制御：Ｓｉｍｐｌｅ  Ａｄａｐｔｉｖｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）２１を用いることにより、空圧回路を容易に低次化（一次近似）することができる。その簡単化された空圧回路の逆モデル２２は容易に作ることができる。その簡単化された空圧回路の逆モデル２２を用いることで、空圧回路の遅れ要素をなくし、シミュレーション演算によって求められた演算値（目標値）２３に追従した空気圧２４を生成できる。
【００２２】
図３に示すように、本実施形態のダイナミックエアデータ生成装置（シミュレータ）３０は、機体４０に対して所望の空気圧を供給する。機体４０は、その空気圧をエアデータセンサシステム４１で検知し、その検知結果に基づいて飛行制御コンピュータ４２でフライトコントロールのテストを行う。
【００２３】
図３及び図１に示すように、シミュレータ３０は、空気圧制御装置２０と、空気圧制御プログラム（シミュレーション計算機）２７とを備えている。空気圧制御装置２０は、制御対象２５である空圧回路と、ＳＡＣ２１とを有している。
【００２４】
空圧回路２５では、正負圧力を制御できる空圧サーボバルブ２５ａが用いられる。工場からのエアを供給するエア供給部２５ｂには、リザーバタンク２５ｃが接続されている。真空ポンプ２５ｄには、リザーバタンク２５ｅが接続されている。空圧サーボバルブ２５ａは、加圧側のリザーバタンク２５ｃと、真空側のリザーバタンク２５ｅと接続されている。本実施形態では、空圧サーボバルブ２５ａを所定の操作量２８だけ操作させることで、エアデータ２４を自動で連続的に変化させる。
【００２５】
エアデータ２４は、ＳＡＣ２１にフィードバックされる。
逆モデル２２は、シミュレーション計算機２７上で生成される。
シミュレーション計算機２７では、パイロットによって入力される操舵信号２６ａと、初期値２６ｂに基づいて機体４０の運動が模擬され、その機体運動の模擬結果に基づいて、エアデータの目標値２３が逆計算される（２６ｄ）。
【００２６】
ここで、ＳＡＣ（単純適応制御）については、例えば特開平１０−１６１７０６号公報に記載されている。同公報には以下のように記載されている。単純適応制御方法は、制御対象がＡＳＰＲ条件（殆ど強正実化可能条件）を満足しさえすれば容易に構成することができる。また、単純適応制御としては、特開平４−３４６０１号公報、サーボシステムに適用された事例としては、日本機械学会論文集（Ｃ編）６１巻５９０号論文Ｎｏ．９５−０１５０、又単純適応制御の近時の動向を述べたものとしては、岩井善太；単純適応制御、計測と制御学会誌，第３５巻第６号１９９６年などを挙げることができる。単純適応制御方法の理論的背景は上記した文献を参照されたい。これら文献および本発明者自らの実験によって、単純適応制御方法を用いれば、制御対象の運動方程式を厳密に知らなくても、最適な制御装置が設計でき、また同時にその制御対象のパラメータが変動しても安全な制御性能を得ることができる。なお、特開平１０−１６１７０６号公報には、ＳＡＣを利用して制御対象の逆モデルを作るという示唆すら無いことはいうまでもない。
【００２７】
上記のように、空圧回路は、流量の２乗が差圧にほぼ比例するため、入力振幅によって特性が変わる等様々な非線形要素を持っている。従来は、図４に示すように、空圧回路１３の非線形要素を吸収できなかったため、シミュレーション演算によって求められた目標値１１に制御量（空気圧）１２を追従させることができなかった。これに対し、本実施形態では、ＳＡＣを適用することで空圧回路２５の非線形性を吸収して簡単化し、逆伝達関数補償法と組合わせることで、図１に示すようなシミュレーション演算値２３と制御量２４を一致させることが可能となる。その結果、自動で連続的に変化するダイナミックエアデータを生成することができるため、図２に示すように、連続的な飛行模擬環境を生成することができる。
【００２８】
本実施形態によれば、自動で連続的にエアデータを変化させて、飛行模擬環境下での評価を行うことにより、連続的な評価ができるようになり、飛行試験前の不具合抽出が可能となる。また、再現性・品質を向上させることができるようになる。
【００２９】
上記の特開平１０−２７００８号公報の技術は、制御対象をモデル化し、制御対象の順モデルとフィードバックとを組合せて逆モデルを構成する方法である。上記の特開平１０−２７００８号公報の技術は、エンジン制御の技術であるから、制御対象のモデル化を比較的行い易い。
これに対し、本実施形態では、制御対象２５である空圧回路のモデル化（正確な同定）は難しいことから、ＳＡＣを用いることで制御対象２５のモデル化を必要とせずに逆モデル２２を構成する。
【００３０】
なお、本実施形態では、空圧回路について説明したが、同様に油圧回路にも適用することができる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明のダイナミックエアデータ生成装置によれば、動的に変化するエアデータ（ダイナミックエアデータ）を生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本実施形態のダイナミックエアデータ生成装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、本実施形態のダイナミックエアデータ生成装置により生成した、飛行模擬環境の一例を模式的に示す図である。
【図３】図３は、本実施形態のダイナミックエアデータ生成装置の詳細な構成を示すブロック図である。
【図４】図４は、本実施形態のダイナミックエアデータ生成装置の構成を対比説明するための逆伝達関数補償法による回路を示すブロック図である。
【図５】図５は、従来のエアデータ生成装置により生成した、飛行模擬環境の一例を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１０  逆モデル
１１  目標値（演算値）
１２  制御量
１３  制御対象
１５  操作量
２０  空気圧制御回路（装置）
２１  ＳＡＣ
２２  逆モデル
２３  目標値（演算値）
２４  制御量
２５  制御対象
２５ａ  バルブ
２５ｂ  エア供給部
２５ｃ  リザーバタンク
２５ｄ  真空ポンプ
２５ｅ  リザーバタンク
２６  シミュレーション演算部
２７  シミュレーション計算機
２８  操作量
３０  シミュレータ
４０  機体
４１  エアデータセンサシステム
４２  飛行制御コンピュータ
【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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