振蕩故障檢測(cè)方法和裝置、電子飛行控制系統(tǒng)和飛行器制造方法及圖紙

本公開內(nèi)容涉及檢測(cè)裝置(1)和方法、電子飛行控制系統(tǒng)和飛行器。檢測(cè)裝置包括：第一數(shù)據(jù)處理單元(24)，其被配置成確定隨時(shí)間變化的操縱面控制命令的第一趨勢(shì)，該第一趨勢(shì)根據(jù)參考參數(shù)來限定；第二數(shù)據(jù)處理單元(26)，其被配置成確定隨時(shí)間變化的操縱面位置值的至少一個(gè)第二趨勢(shì)，該第二趨勢(shì)也根據(jù)參考參數(shù)來限定；以及監(jiān)測(cè)單元(29)，其被配置成將第一趨勢(shì)和第二趨勢(shì)進(jìn)行比較以檢驗(yàn)在第一趨勢(shì)和第二趨勢(shì)之間相關(guān)性的存在，從而在必要時(shí)、在第一趨勢(shì)和第二趨勢(shì)之間沒有相關(guān)性的情況下檢測(cè)到振蕩故障。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
振蕩故障檢測(cè)方法和裝置、電子飛行控制系統(tǒng)和飛行器
本專利技術(shù)涉及用于檢測(cè)飛行器操縱面的至少一個(gè)自動(dòng)位置控制鏈中的振蕩故障的方法和裝置，以及包括這樣的檢測(cè)裝置的電子飛行控制系統(tǒng)。本專利技術(shù)應(yīng)用于自動(dòng)控制鏈：-其用于自動(dòng)控制所有類型的飛行器操縱面的位置，例如副翼、擾流器或者升降舵；-其構(gòu)成飛行器的電子飛行控制系統(tǒng)的一部分；以及-其包括：·所述操縱面，其是可移動(dòng)的，并且其相對(duì)于飛行器的位置通過至少一個(gè)致動(dòng)器來設(shè)定；·所述致動(dòng)器，其根據(jù)至少一個(gè)所接收的致動(dòng)命令來設(shè)定所述操縱面的位置；·至少一個(gè)傳感器，其測(cè)量所述操縱面的實(shí)際位置；和·計(jì)算機(jī)，其根據(jù)所測(cè)量的實(shí)際位置和由自動(dòng)飛行駕駛系統(tǒng)所計(jì)算的控制命令或者根據(jù)飛行駕駛員對(duì)操縱桿的動(dòng)作和飛行器的慣性狀態(tài)而生成被發(fā)送至所述致動(dòng)器的操縱面致動(dòng)命令。已知這樣的自動(dòng)控制鏈包括在故障模式下可能產(chǎn)生致使自動(dòng)控制操縱面振蕩的偽信號(hào)的電子部件。這類型的現(xiàn)象被稱作“振蕩故障”。振蕩的另一可能原因在于致動(dòng)器的機(jī)械構(gòu)件的故障或破損。還已知的是，當(dāng)這樣的振蕩故障展現(xiàn)出在作動(dòng)器的帶寬內(nèi)的頻率時(shí)，其具有如下效果：-如果專用設(shè)備不能夠檢測(cè)該故障，則對(duì)飛行器結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很大的負(fù)荷，這使得有必要加固該結(jié)構(gòu)；-在激勵(lì)飛行器的基本振動(dòng)模式之一(共振現(xiàn)象、氣動(dòng)彈性耦合)的情況下，產(chǎn)生負(fù)荷；-加速飛行器結(jié)構(gòu)的疲勞；-加速所使用的一個(gè)或多個(gè)作動(dòng)器的疲勞；和-降低飛行器乘客的舒適度。
技術(shù)介紹
在實(shí)踐中，飛行器被設(shè)計(jì)成支持由幅度/頻率曲線所限定的一定的負(fù)荷包絡(luò)。因此，例如陣風(fēng)的出現(xiàn)將影響飛行器的柔性結(jié)構(gòu)并對(duì)該結(jié)構(gòu)產(chǎn)生負(fù)荷，但是由于飛行器被設(shè)計(jì)成支持這些負(fù)荷，因此不需要執(zhí)行特定的動(dòng)作。然而，在振蕩故障的情況下，相關(guān)聯(lián)的負(fù)荷可能超出設(shè)計(jì)范圍。執(zhí)行特定的監(jiān)測(cè)過程以快速檢測(cè)到這些寄生振蕩并由此保證飛行器的振動(dòng)保持在預(yù)定的幅度/頻率包絡(luò)內(nèi)。在沒有這些監(jiān)測(cè)手段的情況下，完全覆蓋這樣的振蕩故障要求對(duì)飛行器結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，這會(huì)增加飛行器的成本。然而，用于執(zhí)行這樣的監(jiān)測(cè)的常用解決方案展現(xiàn)出對(duì)于以下的高度依賴：-所使用的硬件；-飛行器的引航法則的類型(飛行器的靈活性或非靈活性功能)；-計(jì)算機(jī)的獲取和生成系統(tǒng)；和-所述計(jì)算機(jī)的故障模式。因此，一類特定的飛行器總是具有相應(yīng)的特定常用解決方案，其不保證同樣適用于現(xiàn)有的或?qū)淼牧硪活愶w行器。另外，常用的監(jiān)測(cè)解決方案通常具有有限的覆蓋范圍，最經(jīng)常的是僅執(zhí)行對(duì)由自動(dòng)控制鏈中的特定部件產(chǎn)生的振蕩的檢測(cè)。專利FR-2893911和FR-2936067能夠至少部分地消除這些缺陷。專利FR-2893911特別地將監(jiān)測(cè)的自動(dòng)控制鏈的實(shí)際操作(其通過所測(cè)量的實(shí)際位置顯示)與無故障的期待的理想操作(其通過根據(jù)模型獲得的理論位置顯示)進(jìn)行比較，這使得能夠在發(fā)生任何振蕩故障時(shí)使其表現(xiàn)出來?；谀Ｐ偷谋O(jiān)測(cè)過程證實(shí)了其優(yōu)勢(shì)以及其對(duì)振蕩故障檢測(cè)的適用性。作為限定，該監(jiān)測(cè)過程依賴于關(guān)于專用于每種類型的作動(dòng)器的模型的知識(shí)，并且監(jiān)測(cè)性能水平取決于這些模型的質(zhì)量(典型性、不確定性、模型噪聲等)。然而，針對(duì)傳統(tǒng)的液壓作動(dòng)器而開發(fā)的方法以及專用于此類作動(dòng)器的模型可能不適用于另一類型的作動(dòng)器(例如EHA(電動(dòng)液壓作動(dòng)器)類型)，其物理原理和操作是通過不同的原理來管理的，因此其通過不同的模型來描述。(例如EKF(擴(kuò)展卡爾曼濾波)類型的)自適應(yīng)算法能夠補(bǔ)償這些模型差異，但僅能在一定程度上補(bǔ)償。因此需要開發(fā)針對(duì)每種作動(dòng)器的模型，以及在實(shí)踐中，一些類型的模型更適合于基于模型的故障檢測(cè)方法而非其他故障檢測(cè)方法。因此，物理模型很適合于觀察器類型的技術(shù)，而傳遞函數(shù)模型或者傳遞函數(shù)網(wǎng)絡(luò)類型的模型對(duì)于此類方法更加難以使用。本專利技術(shù)的目的在于針對(duì)檢測(cè)自動(dòng)控制回路中的振蕩故障而提供一種不基于模型的替代方式。這一新方法應(yīng)保持、甚至如果可能的話改進(jìn)基于模型的方式的魯棒性和性能水平。其涉及快速檢測(cè)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要相容的小幅度故障。其還涉及找到比基于模型的方法更通用的方法，也就是說其能夠利用可由操作員或系統(tǒng)設(shè)計(jì)者容易地設(shè)定的高水平設(shè)定參數(shù)而容易地適配于不同類型的作動(dòng)器。計(jì)算復(fù)雜性還應(yīng)被控制以保持與飛行控制計(jì)算機(jī)的有限處理能力的相容性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)目的是消除現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷。本專利技術(shù)涉及一種用于檢測(cè)飛行器、特別是運(yùn)輸機(jī)的至少一個(gè)操縱面的至少一個(gè)自動(dòng)位置控制鏈中的至少一個(gè)振蕩故障的方法，該方法不基于模型并且是魯棒且有效的。該類型的自動(dòng)控制鏈包括以下：-所述操縱面，其是活動(dòng)的，并且其相對(duì)于飛行器的位置由至少一個(gè)作動(dòng)器來設(shè)定；-所述作動(dòng)器，其根據(jù)至少一個(gè)接收的致動(dòng)命令來設(shè)定所述操縱面的位置；-至少一個(gè)傳感器，其測(cè)量表示所述操縱面的實(shí)際位置的位置值；-計(jì)算機(jī)，其生成(操縱面)控制命令，其接收所測(cè)量的位置值并且根據(jù)該位置值推導(dǎo)要向所述作動(dòng)器發(fā)送的致動(dòng)命令。為此，根據(jù)本專利技術(shù)，所述方法包括以自動(dòng)的和迭代的方式實(shí)現(xiàn)的以下一系列的連續(xù)步驟：a)第一數(shù)據(jù)處理步驟，其在于確定控制命令隨時(shí)間變化的第一趨勢(shì)，所述第一趨勢(shì)是根據(jù)參照參數(shù)(例如操縱面的行程角度或作動(dòng)器桿的移動(dòng))來限定的；b)第二數(shù)據(jù)處理步驟，其在于確定隨時(shí)間變化的至少一個(gè)第二位置值趨勢(shì)，所述第二趨勢(shì)同樣是根據(jù)所述參照參數(shù)來限定的；和c)檢測(cè)步驟，其在于將所述第一趨勢(shì)和第二趨勢(shì)進(jìn)行比較以檢驗(yàn)在第一趨勢(shì)和第二趨勢(shì)之間相關(guān)性的存在，從而在必要時(shí)、在所述第一趨勢(shì)和第二趨勢(shì)之間沒有相關(guān)性的情況下檢測(cè)到振蕩故障。因此，由于本專利技術(shù)，通過利用在正常(無故障)情況下和故障(出現(xiàn)振蕩故障)情況下在自動(dòng)控制回路中流通的信號(hào)之間的行為差異來檢測(cè)振蕩故障。實(shí)際上：-在沒有故障的情況下，在控制命令(“控制”或“自動(dòng)控制指令”)的趨勢(shì)和作動(dòng)器桿位置和/或操縱面位置的趨勢(shì)之間存在強(qiáng)相關(guān)性，這兩個(gè)趨勢(shì)是根據(jù)同樣的參數(shù)(例如操縱面的行程角度或作動(dòng)器桿的移動(dòng))來限定的；和-在振蕩故障的情況下，喪失了不同的趨勢(shì)之間的相關(guān)性(或相似性)。檢測(cè)方法使得能夠利用在自動(dòng)控制回路中流通的不同信號(hào)之間的這一相關(guān)性(或相似性)的喪失，從而區(qū)分無故障的情況和錯(cuò)誤操作的情況。該方法相比較于基于模型的方式是有利的，因?yàn)槠洳恍枰P(guān)于這種模型的知識(shí)，并且因此具有使得能夠在不同背景下(例如具有不同作動(dòng)器的不同飛機(jī)的不同操縱面)應(yīng)用同一方法的通用性。另外，根據(jù)本專利技術(shù)的方法避免使用用于估算作動(dòng)器模型參數(shù)的特定傳感器或測(cè)量儀，且因此不會(huì)對(duì)重量預(yù)算產(chǎn)生不利影響。另外，有利地，第二數(shù)據(jù)處理步驟在于根據(jù)來自以下兩個(gè)傳感器中的至少之一的至少一個(gè)位置值來確定至少一個(gè)第二位置值趨勢(shì)：作動(dòng)器桿位置測(cè)量傳感器和操縱面位置的直接測(cè)量傳感器。另外，有利地，監(jiān)測(cè)步驟包括高頻監(jiān)測(cè)子步驟和低頻監(jiān)測(cè)子步驟，以及過濾子步驟。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，高頻監(jiān)測(cè)子步驟包括：-距離計(jì)算步驟，其在于計(jì)算隨時(shí)間變化的在第一趨勢(shì)和第二趨勢(shì)之間的距離；-比較步驟，其在于將這一距離與第一檢測(cè)閾值進(jìn)行比較；以及-檢測(cè)步驟，其在于在所述距離大于所述檢測(cè)閾值達(dá)第一預(yù)定時(shí)間段的情況下檢測(cè)到振蕩故障。在這種情況下，有利地，距離計(jì)算步驟在于計(jì)算歐幾里得距離。另外，在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，低頻監(jiān)測(cè)子步驟包括：-距離計(jì)算步驟，其在于計(jì)算在以下三個(gè)趨勢(shì)之中兩兩之間的三個(gè)距離，也就是說，計(jì)算以下三個(gè)趨勢(shì)中的每兩個(gè)之間的三個(gè)距離：與控制命令相關(guān)的第一趨勢(shì)，與作動(dòng)器本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種用于檢測(cè)飛行器的至少一個(gè)操縱面(3)的至少一個(gè)自動(dòng)位置控制鏈(2)中的至少一個(gè)振蕩故障的方法，所述自動(dòng)控制鏈(2)構(gòu)成飛行器的電子飛行控制系統(tǒng)(4)的一部分并包括：?所述操縱面(3)，其是活動(dòng)的，且其相對(duì)于所述飛行器的位置由至少一個(gè)作動(dòng)器(5)來設(shè)定；?所述作動(dòng)器(5)，其根據(jù)至少一個(gè)所接收的致動(dòng)命令而設(shè)定所述操縱面(3)的位置；?至少一個(gè)傳感器(8、9)，其測(cè)量表示所述操縱面(3)的實(shí)際位置的位置值；以及?計(jì)算機(jī)(10)，其利用計(jì)算單元(13)生成控制命令，所述計(jì)算單元(13)接收所測(cè)量的位置值并且根據(jù)該位置值來推導(dǎo)要向所述作動(dòng)器(5)發(fā)送的致動(dòng)命令，其中，所述方法包括以自動(dòng)和迭代的方式實(shí)現(xiàn)的以下一系列連續(xù)步驟：a)第一數(shù)據(jù)處理步驟，其在于確定隨時(shí)間變化的控制命令的第一趨勢(shì)，所述控制命令是由所述計(jì)算單元(13)提供的，所述第一趨勢(shì)根據(jù)參考參數(shù)來限定；b)第二數(shù)據(jù)處理步驟，其在于確定隨時(shí)間變化的位置值的至少一個(gè)第二趨勢(shì)，所述第二趨勢(shì)也根據(jù)所述參考參數(shù)來限定；c)監(jiān)測(cè)步驟，其在于將所述第一趨勢(shì)和所述第二趨勢(shì)進(jìn)行比較以檢驗(yàn)所述第一趨勢(shì)和所述第二趨勢(shì)之間相關(guān)性的存在，從而在必要時(shí)、在所述第一趨勢(shì)和所述第二趨勢(shì)之間沒有相關(guān)性的情況下檢測(cè)到振蕩故障。...

【技術(shù)特征摘要】
2015.10.14 FR 15597551.一種用于檢測(cè)飛行器的至少一個(gè)操縱面(3)的至少一個(gè)自動(dòng)位置控制鏈(2)中的至少一個(gè)振蕩故障的方法，所述自動(dòng)控制鏈(2)構(gòu)成飛行器的電子飛行控制系統(tǒng)(4)的一部分并包括：-所述操縱面(3)，其是活動(dòng)的，且其相對(duì)于所述飛行器的位置由至少一個(gè)作動(dòng)器(5)來設(shè)定；-所述作動(dòng)器(5)，其根據(jù)至少一個(gè)所接收的致動(dòng)命令而設(shè)定所述操縱面(3)的位置；-至少一個(gè)傳感器(8、9)，其測(cè)量表示所述操縱面(3)的實(shí)際位置的位置值；以及-計(jì)算機(jī)(10)，其利用計(jì)算單元(13)生成控制命令，所述計(jì)算單元(13)接收所測(cè)量的位置值并且根據(jù)該位置值來推導(dǎo)要向所述作動(dòng)器(5)發(fā)送的致動(dòng)命令，其中，所述方法包括以自動(dòng)和迭代的方式實(shí)現(xiàn)的以下一系列連續(xù)步驟：a)第一數(shù)據(jù)處理步驟，其在于確定隨時(shí)間變化的控制命令的第一趨勢(shì)，所述控制命令是由所述計(jì)算單元(13)提供的，所述第一趨勢(shì)根據(jù)參考參數(shù)來限定；b)第二數(shù)據(jù)處理步驟，其在于確定隨時(shí)間變化的位置值的至少一個(gè)第二趨勢(shì)，所述第二趨勢(shì)也根據(jù)所述參考參數(shù)來限定；c)監(jiān)測(cè)步驟，其在于將所述第一趨勢(shì)和所述第二趨勢(shì)進(jìn)行比較以檢驗(yàn)所述第一趨勢(shì)和所述第二趨勢(shì)之間相關(guān)性的存在，從而在必要時(shí)、在所述第一趨勢(shì)和所述第二趨勢(shì)之間沒有相關(guān)性的情況下檢測(cè)到振蕩故障。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第二數(shù)據(jù)處理步驟在于根據(jù)來自以下兩個(gè)傳感器中至少一個(gè)的至少一個(gè)位置值來確定所述位置值的至少一個(gè)第二趨勢(shì)：用于測(cè)量所述作動(dòng)器(5)的桿(6)的位置的傳感器(9)以及用于直接測(cè)量所述操縱面(3)的位置的傳感器(8)。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，所述監(jiān)測(cè)步驟包括高頻監(jiān)測(cè)子步驟和低頻監(jiān)測(cè)子步驟，以及濾波子步驟。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述高頻監(jiān)測(cè)子步驟包括：-距離計(jì)算步驟，其在于計(jì)算在隨時(shí)間變化的所述第一趨勢(shì)和所述第二趨勢(shì)之間的距離；-比較步驟，其在于將這一距離與第一檢測(cè)閾值進(jìn)行比較；以及-檢測(cè)步驟，其在于當(dāng)所述距離大于所述檢測(cè)閾值達(dá)第一預(yù)定時(shí)間長度的情況下檢測(cè)到振蕩故障。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述距離計(jì)算步驟在于計(jì)算歐幾里得距離。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述低頻監(jiān)測(cè)子步驟包括：-距離計(jì)算步驟，其在于計(jì)算在以下三個(gè)趨勢(shì)中的每兩個(gè)趨勢(shì)之間的三個(gè)距離：與所述控制命令相關(guān)的所述第一趨勢(shì)，與所述作動(dòng)器(5)的桿(6)的位置相關(guān)的所述第二趨勢(shì)，以及與所述操縱面(3)相關(guān)的第二位置值；-比較步驟，其在于將這三個(gè)距離與至少一個(gè)第二檢測(cè)閾值進(jìn)行比較；以及-檢測(cè)步驟，其在于在所述三個(gè)距離中的至少兩個(gè)距離大于所述第二檢測(cè)閾值達(dá)第二預(yù)定時(shí)間長度的情況下檢測(cè)到振蕩故障。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，與所述操縱面(3)的位置相關(guān)的所述第二位置值根據(jù)以下值中的一個(gè)限定：-由操縱面位置測(cè)量傳感器(8...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：菲利普·古皮爾，雷米·達(dá)伊爾，西蒙·于巴諾，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：空中客車運(yùn)營簡化股份公司，
類型：發(fā)明
國別省市：法國,FR