JP4101538B2

JP4101538B2 - Multiple control redundant motor, multiple control actuator, and redundant control method thereof

Info

Publication number: JP4101538B2
Application number: JP2002062469A
Authority: JP
Inventors: 真一小林; 鉄夫葉山; 和英篠田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-03-07
Filing date: 2002-03-07
Publication date: 2008-06-18
Anticipated expiration: 2022-03-07
Also published as: JP2003264992A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多重制御冗長電動機、及び、多重制御アクチュエータ、及び、それの冗長制御方法に関し、特に、航空機のハイブリッド操舵システムに対する適用が好適である多重制御冗長電動機、及び、多重制御アクチュエータ、及び、それの冗長制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動機又は発電機は、土木工事現場のような劣悪な環境で使用されることがある。劣悪な環境で使用される電動機は、その故障の発生率が高い。そのような事態に対処するために、他の電動機が補助的に用意されている。電動機は、劣悪な環境には置かれていないが万一の故障が許されない運転環境で使用されることがある。１つの電動機の故障に対処するためにハイブリッド化された電動機が知られている。一方の電動機の故障がその出力の停止を招く場合には、他方の電動機が安全に活用され得るが、一方の電動機の故障が暴走的出力の継続を招く場合には、他方の電動機の存在には価値がない。
【０００３】
数多く知られる航空機の操舵システムの１つとして、人力とモータ出力を二重化した人力・モータ力ハイブリッド型操舵システムが知られている。人力をアシストする人力・モータ力ハイブリッド型のアシスト自転車が知られている。ハイブリッド型電動機としては、その他に、熱力学エンジンと電機エンジン（電動機）をハイブリッド化した自動車の動力源が知られている。電動機の故障が発見されたときにその電動機の駆動入力を人為的に確実に停止することが絶対的に求められて更に特殊な使用環境で使用される人・電動機ハイブリッド型システムとして、航空機の操舵システムが知られている。
【０００４】
電動機は、制御信号により制御されて用いられる。制御信号の生成を二重化することにより、制御用電気回路の故障を防止する制御技術は、コンピュータの分野で多くが知られていて、特開平６−２５９２７０号、特開平８−２６３１０２号が知られている。回転子が共通化されているが固定子が共通化されていないハイブリッド化電動機は、特開昭６０−５００５５６号（特許出願公表）で知られている。
【０００５】
次世代の人・電動機ハイブリッド型の地域的航空機（１００人乗り程度のリージョナル航空機）の操舵システムは、アシスト力を万一にも失うことがなく、且つ、操舵力として人力を必ず用いることができる技術の確立が求められる。このような技術を確立するための基礎技術として、一方の誤制御が他方の制御に影響せず確実に正しい制御目標信号を出力することができる多重制御技術の確立が基本的に求められる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、一方の誤制御が他方の制御に影響せず確実に正しい制御目標信号を出力することができる多重制御技術を確立することができる多重制御冗長電動機、多重制御アクチュエータ、及び、それの冗長制御方法を提供することにある。
本発明の他の課題は、一方の誤制御が他方の制御に影響せず確実に正しい制御目標信号を出力することができる多重制御技術を確立し、更に、アシスト力を万一にも失うことがなく、且つ、操舵力として人力を必ず用いることができる技術を確立することができる多重制御冗長電動機、多重制御アクチュエータ、及び、それの冗長制御方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
その課題を解決するための手段が、下記のように表現される。その表現中に現れる技術的事項には、括弧（）つきで、番号、記号等が添記されている。その番号、記号等は、本発明の実施の複数の形態又は複数の実施例のうちの少なくとも１つの実施の形態又は複数の実施例を構成する技術的事項、特に、その実施の形態又は実施例に対応する図面に表現されている技術的事項に付せられている参照番号、参照記号等に一致している。このような参照番号、参照記号は、請求項記載の技術的事項と実施の形態又は実施例の技術的事項との対応・橋渡しを明確にしている。このような対応・橋渡しは、請求項記載の技術的事項が実施の形態又は実施例の技術的事項に限定されて解釈されることを意味しない。
【０００８】
本発明による多重制御冗長電動機は、共通出力軸（９）に第１トルクを入力する第１サーボモータ（３−１）と、第１トルクに合算して第２トルクを共通出力軸（９）に入力する第２サーボモータ（３−２）と、制御器とから構成されている。その制御器は、第１サーボモータ（３−１）に対して第１トルクに対応する第１モータ対応トルク指令（１４−１）を生成する第１モータ対応制御器（１２−１）と、第２サーボモータ（３−２）に対して第２トルクに対応する第２モータ対応トルク指令（１４−２）を生成する第２モータ対応制御器（１２−２）とから構成され、二重化されて冗長化されているサーボモータが独立にトルク制御されている。第１モータ対応制御器（１２−１）は、第１サーボモータ（３−１）に対して第１トルクに対応する第１モータ対応第１トルク指令（１４−１−１）を生成する第１モータ対応第１制御器（１２−１−１）と、第１サーボモータ（３−１）に対して第１トルクに対応する第１モータ対応第２トルク指令（１４−１−２）を生成する第１モータ対応第２制御器（１２−１−２）とから形成されている。第２モータ対応制御器（１２−２）は、第２サーボモータ（３−２）に対して第２トルクに対応する第２モータ対応第１トルク指令（１４−２−１）を生成する第２モータ対応第１制御器（１２−２−１）と、第２サーボモータ（３−２）に対して第２トルクに対応する第２モータ対応第２トルク指令（１４−２−２）を生成する第２モータ対応第２制御器（１２−２−２）とから形成されている。第１モータ対応第１トルク指令（１４−１−１）と第１モータ対応第２トルク指令（１４−１−２）が不一致であり、又は、それらの偏差が許容範囲を越えれば、あれば、第１サーボモータ（３−１）の制御を解除する第１論理演算器（１５−１）と、第２モータ対応第１トルク指令（１４−２−１）と第２モータ対応第２トルク指令（１４−２−２）が不一致であり、又は、それらの偏差が許容範囲を越えれば、第２サーボモータ（３−２）の制御を解除する第２論理演算器（１５−２）とから形成されている。このような数学的２重制御と機械的２重制御の複合制御は、数学的帰納的に、数学的ｎ重制御と機械的ｍ重制御の多重制御に容易に拡張され得ることは、当業者には自明的である。トルク制御に限られず回転位置制御又は時間的回転位置制御である回転数制御を共通出力軸に対して実行することは、公知技術の通りであるが、同一回転位置制御と同一回転数制御は、同一時刻列上で、トルクの配分制御とともに実行される。
【０００９】
サーボモータ（３）は、機械的に物理的に２重に冗長化され、第１サーボモータ（３−１）のコントローラは電気的に数学的に二重に冗長化され、第２サーボモータ（３−２）のコントローラは電気的に数学的に二重に冗長化され、このように、サーボモータ（３）のコントローラは四重に多重化され冗長化されている。機械的・物理的冗長性と電気的・数学的冗長性は、その冗長性により制御が暴走することを実質的に完全に防止することができる。両モータ（３−１，３−２）が常態的に動作することは、出力分担してそれぞれにフルパワーにより制御されない両モータ（３−１，３−２）は、その耐久性が互いに高くなる。第１トルクと第２トルクは互いに相関的に制御されることは、特に好ましい。制御器は、前記共通出力軸に対して回転位置を制御する回転位置制御器を更に備える。
【００１０】
第１トルクと第２トルクとの比は一定に設定され得る。第１サーボモータ（３−１）と第２サーボモータ（３−２）は、同一の回転子を共有し、第１サーボモータ（３−１）の固定子側巻線と第２サーボモータ（３−２）の固定子側巻線とは独立であることは、サーボモータの機械的単一化を可能とし、サーボモータ（３）の構造を簡素化してその製造コストを低減することができる。このようなモータのように第１サーボモータ（３−１）と第２サーボモータ（３−２）の性能が異なる場合に、出力分担比を１対１でない分担比率が採択されることは、それぞれのモータの特性をより有効に活用することができる。
【００１１】
特殊に好適に採択される第１サーボモータ（３−１）と第２サーボモータ（３−２）では、同一の回転子を共有し、第１サーボモータ（３−１）の固定子側巻線と第２サーボモータ（３−２）の固定子側巻線とは独立であることが特に好ましい。このようなモータは、巻線配置の点で構造的には公知であり、公知のモータが好適に利用されるが、本発明が用いている冗長化モータは、常態的に出力分担する公知の多重化モータと異なり、多重化モータの総出力値と同じ出力値のトルクを独立に出力することができる点で、公知の多重化モータとは異なっている。本発明が用いるモータは、多重化モータであり、且つ、冗長化モータであり、冗長化ハイブリッドモータと称され得る。このような冗長化ハイブリッドモータは、過去には全く知られていない。
【００１２】
第１サーボモータ（３−１）の制御が解除されたとき、第２トルクは第１トルクに対して独立に制御され、第２サーボモータ（３−２）の制御が解除されたとき、第１トルクは第２トルクに対して独立に制御されることは、本発明による多重制御冗長電動機の実施の１つの形態として、特に好ましい。
【００１３】
本発明による多重制御アクチュエータは、共通出力軸（９）に第１トルクを入力する第１サーボモータ（３−１）と、第１トルクに合算して第２トルクを共通出力軸（９）に入力する第２サーボモータ（３−２）と、第１トルクと第２トルクに合算して手動トルクを共通出力軸（９）に入力する操作器（２）と、第１サーボモータ（３−１）に対して第１トルクに対応する第１モータ対応トルク指令（１４−１）を生成する第１モータ対応制御器（）と、第２サーボモータ（３−２）に対して第２トルクに対応する第２対応トルク指令（１４−２）を生成する第２モータ対応制御器（１２−２）とから構成されている。第１モータ対応制御器（１２−１）は、第１サーボモータ（３−１）に対して第１トルクに対応する第１モータ対応第１トルク指令（１４−１−２）を生成する第１モータ対応第１制御器（１２−１−１）と、第１サーボモータ（３−１）に対して第１トルクに対応する第１モータ対応第２トルク指令（１４−１−２）を生成する第１モータ対応第２制御器（１２−１−２）とから形成されている。第２モータ対応制御器（１２−２）は、第２サーボモータ（３−２）に対して第２トルクに対応する第２モータ対応第１トルク指令（１４−２−１）を生成する第２モータ対応第１制御器（１２−２−１）と、第２サーボモータ（３−２）に対して第２トルクに対応する第２モータ対応第２トルク指令（１４−２−２）を生成する第２モータ対応第２制御器（１２−２−２）とから形成されている。第１モータ対応第１トルク指令（１４−１−１）と第１モータ対応第２トルク指令（１４−１−２）が不一致であれば、第１サーボモータ（３−１）の制御を解除する第１論理演算器（１５−１）と、第２モータ対応第１トルク指令（１４−２−１）と第２モータ対応第２トルク指令（１４−２−２）が不一致であれば、第２サーボモータ（３−２）の制御を解除する第２論理演算器（１５−２）とが設けられている。
【００１４】
本発明による多重制御電動機は、手動入力が行われるアクチュエータに利用されることにより、その産業上の利用性がより具体的に有効化する。第１トルクはＰｘで表され、第２トルクはＰｙで表され、手動トルクはＰｚで表され、共通出力軸（９）の出力トルクがＰｓで表されれば、Ｐｓ＝Ｐｘ＋Ｐｚ＋Ｐｙ，Ｐｘ＝Ｋｘ・Ｐｓ，Ｐｚ＝Ｋｚ・Ｐｓ，Ｐｙ＝Ｋｙ・Ｐｓの関係が設定されて、Ｐｓ＝Ｐｘ＋Ｐｚ＋Ｐｙが満たされる。ここで、Ｋｘ，Ｋｚ，Ｋｙは、設定分配係数であり、本発明に特有な３つの係数から形成される１組の設定セットである。ＫｘとＫｚとＫｙとは、既述の関係式から、Ｋｘ＋Ｋｚ＋Ｋｙ＝１の関係が維持されているが、それぞれに可変であることが特に好ましく、又は、ＫｘとＫｚとＫｙとは、Ｐｚの大きさに対応して可変であることが特に好ましい。ＫｘとＫｙとを設定する設定器が追加されている。設定器は、第１モータ対応制御器と前記第２モータ対応制御器とにそれぞれに装備されることが好ましい。
【００１５】
本発明による基幹的技術は、操作器が操舵器である大質量物体の手動制御に適用されて特に重要な産業上の利用価値が生まれる。操舵器として、航空機の操舵器が絶好的に例示される。そのような航空機は、８０人〜１１０人乗り航空機（リージョナルジェット旅客機）が好適に例示される。
【００１６】
本発明によるアクチュエータの冗長制御方法は、第１サーボモータの第１出力と第２サーボモータの第２出力とを合算した合算出力を単一出力として制御対象に対して出力するアクチュエータの冗長制御方法である。その冗長制御方法は、次のような複数ステップを含んでいる。その複数ステップは、第１出力を制御するための第１制御信号を生成すること、第１出力を制御するための第２制御信号を生成すること、第２出力を制御するための第３制御信号を生成すること、第２出力を制御するための第４制御信号を生成すること、第１制御信号と第２制御信号との偏差が許容範囲を越えれば第１出力を零とし第２出力を合算出力に置換して第３制御信号と第４制御信号を生成することとを有している。ここで、第３制御信号と第４制御信号との偏差が許容範囲を越えれば第２出力を零とし第１出力を合算出力に置換して第１制御信号と第２制御信号を生成する。このように、一方の制御系統の制御が信頼性を失った場合には、その系統の制御信号を用いず、従って、その系統からは一切出力しないので、外乱になることはない。
【００１７】
本発明によるアクチュエータの冗長制御方法は、手動力と第１サーボモータの第１出力と第２サーボモータの第２出力とを合算した合算出力を単一出力として制御対象に対して出力するアクチュエータの冗長制御方法である。その冗長制御方法は、次のような複数ステップを含んでいる。その複数ステップは、第１出力を制御するための第１制御信号を生成すること、第１出力を制御するための第２制御信号を生成すること、第２出力を制御するための第３制御信号を生成すること、第２出力を制御するための第４制御信号を生成すること、第１制御信号と第２制御信号との偏差が許容範囲を越えれば第１出力を零とし第２出力を合算出力に置換して第３制御信号と第４制御信号を生成すること、第３制御信号と第４制御信号との偏差が許容範囲を越えれば第２出力を零とし第１出力を合算出力に置換して第１制御信号と第２制御信号を生成することとを有している。このような制御方法は、手動を第１義的に優先するが、万が一にも冗長制御系が故障した最悪時には、手動のみで制御が実行される。このような手動力と機械力とが合成されたハイブリッド制御系の有効な適用例は、大質量物体の運動制御であり、特に、防火扉の開閉、航空機の操縦、宇宙衛星上の操作器具が好適に例示される。
【００１８】
第１出力と第２出力との合成が合計出力として表され、合計出力と手動力との比は一定に設定されていることが好ましい。合計出力と手動力との比（＝合計出力／手動力）は手動力に対応して設定されていることは更に好ましい。その比は、手動力が大きくなれば大きくなることが特に好ましく、操縦者の手指に戻る反作用力は小さい方がよいが、その反作用力の変化が手指に敏感に感じられることは重要である。第１出力と第２出力との比が一定であり又は近似的に一定であり、特に１であることは、両サーボモータを平等に用いることにより、一方のみに負荷分担が偏ることがない。
【００１９】
第１出力と第２出力との合成が合計出力として表され、その合計出力と手動力との比は一定に設定されていることが好ましい。合計出力と手動力との比は（合計出力／手動力）は使用状態（航空機の操舵の場合には、飛行状態）に対応して設定されていることは更に好ましい。操縦者の手指に戻る反作用力は小さい方がよいが、その反作用力の変化が手指に感じられることは重要である。第１出力と第２出力の比が一定であり又は近似的に一定であり、特に１であることは、両サーボモータを平等に用いることにより、一方のみに負荷分担が偏ることがない。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図に対応して、本発明による多重制御アクチュエータの実施の形態は、航空機の操舵システムに適用されている。その操舵システム１は、図１に示されるように、地域的航空機の機体に装備されている。操舵システム１は、ハイブリッド化された２つの操舵用ハンドル２と、多重化アクチュエータを形成する多重化サーボモータ３と、機械的操舵出力伝達機構４と、機械的操舵入力伝達機構５とを含んでいる。
【００２１】
操舵用ハンドル２は、複数軸独立回転機構を持ち、複数操舵翼７の複数軸回転のための手動的機械力を出力することができる。その手動的機械力と、その手動的操作により変位する操舵用ハンドル２の幾何学的操作量に対応する操作位置とを検出する手動力・位置センサ６により多次元的に検出される。手動力・位置センサ６は、パイロットの指と操舵用ハンドル２とが作用反作用により接合する接合部位に配置されている。機械的操舵出力伝達機構４と機械的操舵入力伝達機構５とは、それぞれに、多軸鋼線ケーブルにより形成されている。
【００２２】
パイロットの操舵力である手動的機械力は、操舵用ハンドル２から機械的操舵入力伝達機構５を介して多重化サーボモータ３の機械的インタフェースに伝達されハイブリッド化されて（多重化されて）、多重化サーボモータ３の入力軸又は出力軸に入力され、手動的トルク出力としてそのままにその出力軸（それぞれの共通出力軸）から出力される。多重化サーボモータ３の電気的トルク出力は、手動的トルク出力とともに、コントローラにより制御される電力生成器（例示：インバータ）から出力される。電気的トルク出力と手動的トルク出力は、機械的に合算されて、合算トルク出力として、それぞれに単一である多重化サーボモータ３から出力され、機械的操舵出力伝達機構４を介して複数操舵翼７にそれぞれに伝達される。
【００２３】
図２は、単一の多重化サーボモータに関して１つのトルク出力について、そのトルク出力を制御するトルク出力制御回路８を示している。トルク出力制御回路８の制御対象は、多重化サーボモータ３である。多重化サーボモータ３は、第１電動機３−１と第２電動機３−２とから構成されている。第１電動機３−１と第２電動機３−２は、共通出力軸９を有していて、それらの独立した出力が多重化（合算化、ハイブリッド化）されている。第１電動機３−１は独立に第１アシストトルクＰｘを出力し、第２電動機３−２は独立に第２アシストトルクＰｙを出力することができる。
【００２４】
多重化サーボモータ３の共通出力軸９又は多重化サーボモータ３の共通的入力軸には、既述の手動的トルク出力が入力され、そのままに、共通出力軸９から手動的トルクＰｚとして出力される。合算出力Ｐｓは、第１アシストトルクＰｘと第２アシストトルクＰｙと手動的トルクＰｚとの合算である。
Ｐｓ＝Ｐｘ＋Ｐｚ＋Ｐｙ・・・（１）
第１アシストトルクＰｘと第２アシストトルクＰｙと手動的トルクＰｚとの３つのトルク（トルクに対応）を単一のトルクに機械的に合体して単一の出力に変換する機構は、公知である。そのような公知の機構として、電子的制御機構の他に、差動歯車装置が知られている。
【００２５】
手動的トルクＰｚを機械的出力として出力する操舵用ハンドル２は、手動力・位置センサ６を介して手動的トルクＰｚに対応する手動力電気信号ＥＰｚと、そのトルクが出力されている時の操作量ＰＰｚを出力する。操作量は、トルクＥＰｚと位置ＰＰｚの２変数で記述され、トルクＥＰｚと位置ＰＰｚの２変数は、それぞれに複数翼に関して多次元化されている。以下操作量は、電気信号として操作量対応信号｛ＰＰｚ，ＥＰｚ｝１１で表される。
【００２６】
トルク出力制御回路８は、第１電動機３−１に対応する第１モータ対応コントローラ１２−１と第２電動機３−２に対応する第２モータ対応コントローラ１２−２を含んでいる。第１モータ対応コントローラ１２−１は、第１モータ対応第１コントローラ１２−１−１と第１モータ対応第２コントローラ１２−１−２を含んでいる。第２モータ対応コントローラ１２−２は、第２モータ対応第１コントローラ１２−２−１と第２モータ対応第２コントローラ１２−２−２を含んでいる。操作量対応信号｛ＰＰｚ，ＥＰｚ｝１１は、操舵用ハンドル２の手動力・位置センサ６から出力されて、第１モータ対応第１コントローラ１２−１−１と第１モータ対応第２コントローラ１２−１−２と第２モータ対応第１コントローラ１２−２−１と第２モータ対応第２コントローラ１２−２−２とに入力される。
【００２７】
第１電動機３−１は、第１モータ対応回転位置センサ（図示されず）と第１モータ対応トルクセンサ（図示されず）と第１モータ対応電流センサ（図示されず）を含んでいる。第１電動機３−１が出力する第１アシストトルクＰｘに対応する位置・電流信号は、以下、電気信号として第１モータ対応位置・電流信号｛ＰＰｘ，ＥＰｘ｝１３−１で表される。
【００２８】
第２電動機３−２は、第２モータ対応回転位置センサ（図示されず）と第２モータ対応トルクセンサ（図示されず）と第２モータ対応電流センサ（図示されず）を含んでいる。第２電動機３−２が出力する手動的パワーＰｚに対応する位置・電流信号は、以下、電気信号として第２モータ対応位置・電流信号｛ＰＰｙ，ＥＰｙ｝１３−２で表される。
【００２９】
第１モータ対応位置・電流信号｛ＰＰｘ，ＥＰｘ｝１３−１は、第１電動機３−１から出力され、第１モータ対応第１コントローラ１２−１−１と第１モータ対応第２コントローラ１２−１−２とに入力される。第１モータ対応位置・電流信号｛ＰＰｘ，ＥＰｘ｝１３−１は、第１電動機３−１が出力する電流と電圧とに基づいて、第１モータ対応第１コントローラ１２−１−１と第１モータ対応第２コントローラ１２−１−２の中で計算され得る信号に置換され得る。第２モータ対応位置・電流信号｛ＰＰｙ，ＥＰｙ｝１３−２は、第２電動機３−２から出力され、第２モータ対応第１コントローラ１２−２−１と第２モータ対応第２コントローラ１２−２−２とに入力される。第２モータ対応位置・電流信号｛ＰＰｙ，ＥＰｙ｝１３−２は、第２電動機３−２が出力する電流と電圧とに基づいて、第２モータ対応第１コントローラ１２−２−１と第２モータ対応第２コントローラ１２−２−２の中で計算され得る信号に置換され得る。
【００３０】
第１モータ対応第１コントローラ１２−１−１は、操作量対応信号｛ＰＰｚ，ＥＰｚ｝１１と第１モータ対応位置・電流信号｛ＰＰｘ，ＥＰｘ｝１３−１との第１モータ対応第１偏差｛ΔＰＰｘ，ΔＥＰｘ｝１４−１−１を計算する。：
ΔＰＰｘ＝ＰＰｚ−ＰＰｘ
ΔＥＰｘ＝ＥＰｚ−（Ｋｘ／Ｋｚ）・ＥＰｘ
ここで、ＫｚとＫｘは、後述される第３分配比例係数と第１分配比例係数である。
第１モータ対応第２コントローラ１２−１−２は、操作量対応信号｛ＰＰｚ，ＥＰｚ｝１１と第２モータ対応位置・電流信号｛ＰＰｘ，ＥＰｘ｝１３−２との第１モータ対応第２偏差｛ΔＰＰｘ’，ΔＥＰｘ’｝１４−１−２を計算する。：
ΔＰＰｘ’＝ＰＰｚ−ＰＰｘ
ΔＥＰｘ’＝ＥＰｚ−（Ｋｘ／Ｋｚ）・ＥＰｘ
【００３１】
第２モータ対応第１コントローラ１２−２−１は、操作量対応信号｛ＰＰｚ，ＥＰｚ｝１１と第２モータ対応位置・電流信号｛ＰＰｙ，ＥＰｙ｝１３−２との第２モータ対応第１偏差｛ΔＰＰｙ，ΔＥＰｙ｝１４−２−１を計算する。：
ΔＰＰｙ＝ＰＰｚ−ＰＰｙ
ΔＥＰｙ＝ＥＰｚ−（Ｋｙ／Ｋｚ）・ＥＰｙ
第２モータ対応第２コントローラ１２−２−２は、操作量対応信号｛ＰＰｚ，ＥＰｚ｝１１と第２モータ対応位置・電流信号｛ＰＰｙ，ＥＰｙ｝１３−２との第２モータ対応第２偏差｛ΔＰＰｙ’，ΔＥＰｙ’｝１４−２−２’を計算する。：
ΔＰＰｙ’＝ＰＰｚ−ＰＰｙ
ΔＥＰｙ’＝ＥＰｚ−（Ｋｙ／Ｋｚ）・ＥＰｙ
ここで、Ｋｙは後述される第２分配比例係数である。
【００３２】
トルク出力制御回路８は、第１論理演算器１５−１と第２論理演算器１５−２とを更に含んでいる。第１モータ対応コントローラ１２−１は、四重に第１論理演算器１５−１に接続している。第１モータ対応第１コントローラ１２−１−１は、二重に第１論理演算器１５−１に接続している。第１モータ対応第２コントローラ１２−１−２は、二重に第１論理演算器１５−１に接続している。第２モータ対応コントローラ１２−２は、四重に第２論理演算器１５−２に接続している。第２モータ対応第１コントローラ１２−２−１は、二重に第２論理演算器１５−２に接続している。第２モータ対応第２コントローラ１２−２−２は、二重に第２論理演算器１５−２に接続している。
【００３３】
第１論理演算器１５−１は、次の３通りの論理演算を実行する。
第１モータ対応第１論理演算：
ΔＥＰｘとΔＥＰｘ’とが設定有効桁数で一致すれば、第１制御信号１６−１として（ＥＰｘ＋第１制御微分量）を出力する。ここで、第１制御微分量は、ΔＥＰｘ、又は、ΔＥＰｘに対応する量でありΔＥＰｘに一定係数がかけられた量、又は、ΔＥＰｘの大きさに対応してテーブルで規定されている係数がΔＥＰｘに掛けられた量であり、第１制御量である。
【００３４】
第１モータ対応第２論理演算：
ΔＰＰｘとΔＥＰｘ’とが設定有効桁数で一致しなければ、第１電動機３−１の制御を停止して第２電動機３−２による共通出力軸９に対する入力と手動力による共通出力軸９に対する入力とに負荷を与えないように、第１電動機３−１の電源は、これを完全オフ状態（空回り状態）に移行させる第１停止信号１７−１を生成して出力する（詳しくは後述される）。
【００３５】
第１モータ対応第３論理演算：
ΔＥＰｘ又はΔＥＰｘ’が設定時間幅の時間内で設定閾値を越えれば、第１モータ対応第１論理演算の結果と第１モータ対応第２論理演算の結果に係わらず、第１電動機３−１の制御を停止して第２電動機３−２による共通出力軸９に対する入力と手動力による共通出力軸９に対する入力とに負荷を与えないように、第１電動機３−１の電源は、これを完全オフ状態に移行させる第１停止信号１７−１を生成して出力する。
【００３６】
第１電動機３−１の入出力軸と第２電動機３−２の入出力軸と手動入出力軸とが差動歯車で連結されている場合には、それぞれの回転位置に関しても、既述の３つの論理演算が実行される。この場合には、既述の倫理演算では、ＥＰｘ又はＥＰｘ’のＥはＰに置換されて読みなおされる。第１電動機３−１の入出力軸と第２電動機３−２の入出力軸と手動入出力軸との間に差動性がない場合には、一体化されている単一の共通出力軸の検出回転位置に基づいて多重化されずに単一の回転位置制御が実行され、その結果として単一の回転数制御（速度制御）が実行される。
【００３７】
第２論理演算器１５−２は、次の３通りの論理演算を実行する。
第２モータ対応第１論理演算：
ΔＥＰｙとΔＥＰｙ’とが設定有効桁数で一致すれば、第２制御信号１６−２として（ＥＰｙ＋第２制御微分量）を出力する。ここで、第２制御微分量は、ΔＥＰｙ、又は、ΔＥＰｙに対応する量でありΔＥＰｙに一定係数がかけられた量、又は、ΔＥＰｙの大きさに対応してテーブルで規定されている係数がΔＥＰｙに掛けられた量であり、第２制御量である。
【００３８】
第２モータ対応第２論理演算：
ΔＰＰｙとΔＥＰｙ’とが設定有効桁数で一致しなければ、第１電動機３−１の制御を停止して第２電動機３−２による共通出力軸９に対する入力と手動力による共通出力軸９に対する入力とに負荷を与えないように、第１電動機３−１の電源は、これを完全オフ状態に移行させる第１停止信号１７−２を生成して出力する（詳しくは後述される）。
【００３９】
第２モータ対応第３論理演算：
ΔＥＰｙ又はΔＥＰｙ’が設定時間幅の時間内で設定閾値を越えれば、第１モータ対応第１論理演算の結果と第１モータ対応第２論理演算の結果に係わらず、第１電動機３−１の制御を停止して第２電動機３−２による共通出力軸９に対する入力と手動力による共通出力軸９に対する入力とに負荷を与えないように、第１電動機３−１の電源は、これを完全オフ状態に移行させる第１停止信号１７−２を生成して出力する。
【００４０】
第１電動機３−１の入出力軸と第２電動機３−２の入出力軸と手動入出力軸とが差動歯車で連結されている場合には、それぞれの回転位置に関しても、既述の３つの論理演算が実行される。この場合、既述の倫理演算では、ＥＰｙ又はＥＰｙ’のＥはＰに置換されて読みなおされる。第１電動機３−１の入出力軸と第２電動機３−２の入出力軸と手動入出力軸との間に差動性がない場合には、一体化されている単一の共通出力軸の検出回転位置に基づいて多重化されずに単一の回転位置制御が実行され、その結果として単一の回転数制御（速度制御）が実行される。
【００４１】
既述のＫｚとＫｘとＫｙは、下記のように規定される。

ＫｘとＫｙとを設定する設定器が追加されている。設定器は、第１モータ対応制御器と前記第２モータ対応制御器とにそれぞれに装備されることが好ましい。
【００４２】
手動力出力Ｐｚが共通出力軸９の全出力Ｐｓであれば（このようなことが人為的ではなく自然に起こる確率は、実質的に零である）、Ｋｚ＝１であり、且つ、Ｋｘ＝Ｋｙ＝０になる。万一にもそのようなことが起こる場合には、理論的には、次の２通りが考えられる。
（１）第１電動機３−１が故障し、且つ、第２電動機３−２が故障する場合
そのような故障として、第１電動機３−１と第２電動機３−２の電磁誘導コイルのような機器の同時的焼損が例示される。
（２）トルク出力制御回路８の第１モータ対応制御機器が故障し、且つ、トルク出力制御回路８の第２モータ対応制御機器が故障する場合
第１モータ対応制御機器の故障は、第１モータ対応第１コントローラ１２−１−１又は第１モータ対応第２コントローラ１２−１−２が故障し、且つ、第２モータ対応コントローラ１２−２又は第２モータ対応コントローラ１２−２が同時的に故障する場合、又は、第１論理演算器１５−１が故障し、且つ、第２論理演算器１５−２が故障する場合、後述されるインバータが同時的に故障する場合が、例示される。
【００４３】
トルク出力制御回路８は、第１インバータ１８−１と第２インバータ１８−２を更に含んでいる。第１制御信号１６−１は、第１インバータ１８−１に入力する。第１インバータ１８−１は、第１制御信号１６−１に基づいて、その時のＫｘ・Ｐｓに対応する第１モータ駆動電力１９−１−ｕ，ｖ，ｗを出力する。ここで、｛ｕ，ｖ，ｗ｝は、３相電力の各相成分を示す。第２制御信号１６−２は、第２インバータ１８−２に入力する。第２インバータ１８−２は、第２制御信号１６−２に基づいて、その時のＫｘ・Ｐｓに対応する第１モータ駆動電力１９−２−ｕ，ｖ，ｗを出力する。ここで、｛ｕ，ｖ，ｗ｝は、３相電力の各相成分を示す。第１制御信号１６−１と第２制御信号１６−２とは、既述の位置情報ＰＰｘとＰＰｙとを含んでいる。ＰＰｘとＰＰｙとは同じ値であり、又は、回転角度変換係数σにより、ＰＰｘ＝σ・ＰＰｙで表される（差動歯車が用いられる場合）。
【００４４】
第１サーボモータ３−１と第２サーボモータ３−２として、単一構造化ハイブリッドモータが好適に用いられ得る。単一構造化ハイブリッドモータは、公知であり、同一の回転子を共有し、固定子側第１巻線と固定子側第２巻線とが独立であり、固定子側第１巻線と固定子側第２巻線とは、同一円周上で回転方向に異なる位置に配置され、又は、同一スロットに半径方向に異なる位置に配置されている。このように構造が完全に対称ではない２出力合成モータは、適正に定められる分担比率の２つのトルク出力を持つことが好ましい。全く同じ構造のモータが共通軸化されるハイブリッドモータでは、それぞれのトルク出力が１対１であることが好ましい。出力個数としては、２より大きい値が採択され得る。その場合、ΣＫｊ＋Ｋｚ＝１が設定される。Ｋｘ＋Ｋｚ＋Ｋｙでは、ＫｙはΣＫｉとして読み換えられる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明による多重制御冗長電動機、多重制御アクチュエータ、及び、それの冗長制御方法は、４重冗長化により電動機の出力分担と実質的に無故障の制御電動機を提供することができ、結果的に、航空機の操舵システムのようなアクチュエータの無故障長寿命化を実現する技術を確立することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による多重制御アクチュエータの実施の形態を示す斜軸投影図である。
【図２】図２は、本発明による多重制御アクチュエータの制御回路を示す回路ブロック図である。
【符号の説明】
２…操作器
３…サーボモータ
３−１…第１サーボモータ
３−２…第２サーボモータ
９…共通出力軸
１２−１…第１モータ対応制御器
１２−１−１…第１モータ対応第１制御器
１２−１−２…第１モータ対応第２制御器
１２−２…第２モータ対応制御器
１２−２−１…第２モータ対応第１制御器
１２−２−２…第２モータ対応第２制御器
１４−１…第１モータ対応トルク指令
１４−１−１…第１モータ対応第１トルク指令
１４−１−２…第１モータ対応第２トルク指令
１４−２…第２モータ対応トルク指令
１４−２−１…第２モータ対応第１トルク指令
１４−２−２…第２モータ対応第２トルク指令
１５−１…第１論理演算器
１５−２…第２論理演算器
１８−１…第１電力生成器
１８−２…第２電力生成器
２２−１…第１制御線
２２−２…第２制御線[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a multi-control redundant motor, a multi-control actuator, and a redundant control method thereof, and more particularly to a multi-control redundant motor, a multi-control actuator, and a multi-control redundant motor that are suitable for application to a hybrid steering system of an aircraft. It relates to the redundant control method of it.
[0002]
[Prior art]
An electric motor or a generator may be used in a poor environment such as a civil engineering site. An electric motor used in a poor environment has a high incidence of failure. In order to cope with such a situation, another electric motor is provided as an auxiliary. An electric motor may be used in an operating environment that is not in a poor environment but cannot tolerate a failure. A hybrid motor is known in order to cope with a failure of one motor. If the failure of one motor causes the output to stop, the other motor can be used safely, but if the failure of one motor causes the runaway output to continue, the presence of the other motor Is not worth it.
[0003]
As one of many well-known aircraft steering systems, a human-motor-power hybrid steering system in which human power and motor output are duplicated is known. Human power / motor power hybrid bicycles that assist human power are known. In addition, as a hybrid type electric motor, a power source of an automobile in which a thermodynamic engine and an electric engine (electric motor) are hybridized is known. Steering aircraft as a hybrid human / motor system that is absolutely required to stop the drive input of the motor artificially and reliably when a malfunction of the motor is discovered. The system is known.
[0004]
The electric motor is used by being controlled by a control signal. Many control techniques for preventing failure of the control electric circuit by duplicating the generation of the control signal are known in the field of computers, and JP-A-6-259270 and JP-A-8-263102 are known. ing. A hybrid electric motor having a common rotor but no common stator is known from Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-500356 (published patent application).
[0005]
The steering system for the next generation human / motor hybrid type regional aircraft (regional aircraft with about 100 passengers) will not lose any assist power and can always use human power as steering power. Establishment of technology is required. As a basic technique for establishing such a technique, it is fundamentally required to establish a multiplex control technique that can reliably output a correct control target signal without one erroneous control affecting the other control.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a multi-control redundant motor, a multi-control actuator, and a multi-control technology capable of establishing a multi-control technique capable of reliably outputting a correct control target signal without affecting one control of the other. It is to provide a redundant control method for it.
Another object of the present invention is to establish a multiplex control technology that can reliably output a correct control target signal without affecting the control of the other, and to lose the assist power in the unlikely event. It is another object of the present invention to provide a multi-control redundant motor, a multi-control actuator, and a redundant control method therefor that can establish a technique that can always use human power as a steering force.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
Means for solving the problem is expressed as follows. Technical matters appearing in the expression are appended with numbers, symbols, etc. in parentheses. The numbers, symbols, and the like are technical matters constituting at least one embodiment or a plurality of embodiments of the present invention or a plurality of embodiments, in particular, the embodiments or examples. This corresponds to the reference numbers, reference symbols, and the like attached to the technical matters expressed in the drawings corresponding to. Such reference numbers and reference symbols clarify the correspondence and bridging between the technical matters described in the claims and the technical matters of the embodiments or examples. Such correspondence or bridging does not mean that the technical matters described in the claims are interpreted as being limited to the technical matters of the embodiments or examples.
[0008]
The multi-control redundant motor according to the present invention includes a first servo motor (3-1) that inputs a first torque to a common output shaft (9), and a second torque that is added to the first torque to a common output shaft (9). It is comprised from the 2nd servomotor (3-2) input into, and a controller. The controller includes a first motor controller (12-1) that generates a first motor corresponding torque command (14-1) corresponding to the first torque to the first servo motor (3-1); The second servo motor (3-2) is composed of a second motor controller (12-2) that generates a second motor corresponding torque command (14-2) corresponding to the second torque, and is duplicated. The redundant servo motors are independently torque controlled. The first motor controller (12-1) generates a first motor corresponding first torque command (14-1-1) corresponding to the first torque to the first servo motor (3-1). 1st motor corresponding | compatible 1st controller (12-1-1) and 1st motor corresponding | compatible 2nd torque instruction | command (14-1-2) corresponding to a 1st torque with respect to a 1st servomotor (3-1). The second controller corresponding to the first motor to be generated (12-1-2). The second motor controller (12-2) generates a second motor corresponding first torque command (14-2-1) corresponding to the second torque to the second servo motor (3-2). A second motor-corresponding second torque command (14-2-2) corresponding to the second torque to the two-motor first controller (12-2-1) and the second servo motor (3-2); And a second controller corresponding to the second motor to be generated (12-2-2). If the first motor-corresponding first torque command (14-1-1) and the first motor-corresponding second torque command (14-1-2) are inconsistent or their deviation exceeds the allowable range, The first logic unit (15-1) for canceling the control of the first servo motor (3-1), the second torque corresponding to the second motor (14-2-1), and the second torque corresponding to the second motor. If the command (14-2-2) is inconsistent or the deviation thereof exceeds the allowable range, the second logical operation unit (15-2) for canceling the control of the second servo motor (3-2) Formed from. It is understood by those skilled in the art that such combined control of mathematical double control and mechanical double control can be easily extended to multiple control of mathematical n-fold control and mechanical m-fold control mathematically. It is self-explanatory. Although not limited to torque control, it is a well-known technique to execute rotational speed control that is rotational position control or temporal rotational position control on a common output shaft, but the same rotational position control and the same rotational speed control are It is executed together with torque distribution control on the same time series.
[0009]
The servo motor (3) is mechanically and physically redundant, and the controller of the first servo motor (3-1) is electrically and redundantly redundant to the second servo motor (3). The controller 3-2) is electrically redundant in terms of mathematical double, and thus the controller of the servo motor (3) is quadruple multiplexed and redundant. Mechanical / physical redundancy and electrical / mathematical redundancy can substantially completely prevent runaway control due to the redundancy. The normal operation of both motors (3-1, 3-2) means that both motors (3-1, 3-2) that share the output and are not controlled by full power have high durability. Become. It is particularly preferable that the first torque and the second torque are controlled in correlation with each other. The controller further includes a rotational position controller that controls a rotational position with respect to the common output shaft.
[0010]
The ratio between the first torque and the second torque can be set constant. The first servo motor (3-1) and the second servo motor (3-2) share the same rotor, and the stator side winding of the first servo motor (3-1) and the second servo motor ( Independence from the stator side winding of 3-2) enables mechanical unification of the servo motor, simplifies the structure of the servo motor (3), and reduces its manufacturing cost. . When the performances of the first servo motor (3-1) and the second servo motor (3-2) are different as in the case of such a motor, an output sharing ratio that is not 1: 1 is adopted. The characteristics of each motor can be utilized more effectively.
[0011]
The first servo motor (3-1) and the second servo motor (3-2), which are particularly preferably adopted, share the same rotor, and the stator side winding of the first servo motor (3-1) It is particularly preferable that the line and the stator side winding of the second servo motor (3-2) are independent. Such a motor is structurally known in terms of winding arrangement, and a known motor is preferably used. However, the redundant motor used in the present invention is a known one that normally shares output. Unlike a multiplexed motor, it is different from a known multiplexed motor in that torque having the same output value as the total output value of the multiplexed motor can be output independently. The motor used by the present invention is a multiplexed motor, a redundant motor, and may be referred to as a redundant hybrid motor. Such a redundant hybrid motor has never been known in the past.
[0012]
When the control of the first servo motor (3-1) is released, the second torque is controlled independently of the first torque, and when the control of the second servo motor (3-2) is released, the second torque is controlled. It is particularly preferable that one torque is controlled independently of the second torque as one embodiment of the multiple control redundant motor according to the present invention.
[0013]
The multiple control actuator according to the present invention includes a first servo motor (3-1) that inputs a first torque to a common output shaft (9), and a second torque that is added to the first torque to the common output shaft (9). A second servo motor (3-2) for input, an operating device (2) for adding manual torque to the common output shaft (9) by adding the first torque and the second torque, and a first servo motor (3- 1), a first motor controller () that generates a first motor corresponding torque command (14-1) corresponding to the first torque, and a second torque for the second servo motor (3-2). And a second motor corresponding controller (12-2) that generates a second corresponding torque command (14-2) corresponding to. The first motor controller (12-1) generates a first motor corresponding first torque command (14-1-2) corresponding to the first torque to the first servo motor (3-1). 1st motor corresponding | compatible 1st controller (12-1-1) and 1st motor corresponding | compatible 2nd torque instruction | command (14-1-2) corresponding to a 1st torque with respect to a 1st servomotor (3-1). The second controller corresponding to the first motor to be generated (12-1-2). The second motor controller (12-2) generates a second motor corresponding first torque command (14-2-1) corresponding to the second torque to the second servo motor (3-2). A second motor-corresponding second torque command (14-2-2) corresponding to the second torque to the two-motor first controller (12-2-1) and the second servo motor (3-2); And a second controller corresponding to the second motor to be generated (12-2-2). If the first motor command first torque command (14-1-1) and the first motor command second torque command (14-1-2) do not match, the control of the first servo motor (3-1) is released. If the first logic operator (15-1), the second motor-corresponding first torque command (14-2-1) and the second motor-corresponding second torque command (14-2-2) do not match, A second logical operation unit (15-2) for releasing the control of the second servo motor (3-2) is provided.
[0014]
The industrial control of the multi-control motor according to the present invention is more specifically validated by being used for an actuator in which manual input is performed. If the first torque is represented by Px, the second torque is represented by Py, the manual torque is represented by Pz, and the output torque of the common output shaft (9) is represented by Ps, Ps = Px + Pz + Py, Px = Kx The relationship of Ps, Pz = Kz · Ps, Py = Ky · Ps is set, and Ps = Px + Pz + Py is satisfied. Here, Kx, Kz, and Ky are setting distribution coefficients, which are one set set formed from three coefficients unique to the present invention. As for Kx, Kz, and Ky, the relationship of Kx + Kz + Ky = 1 is maintained from the above-described relational expression, but it is particularly preferable that each of them is variable, or Kx, Kz, and Ky are large values of Pz. It is particularly preferable that it is variable correspondingly. A setting device for setting Kx and Ky is added. It is preferable that the setting device is provided in each of the first motor compatible controller and the second motor compatible controller.
[0015]
The basic technology according to the present invention is applied to manual control of a large-mass object whose operating device is a steering device, and thus has a particularly important industrial utility value. As the steering device, an aircraft steering device is best exemplified. An example of such an aircraft is an 80-110 passenger aircraft (regional jet passenger aircraft).
[0016]
The redundant control method for an actuator according to the present invention is a redundant control method for an actuator that outputs a combined calculation force obtained by adding the first output of the first servo motor and the second output of the second servo motor as a single output to a control target. It is. The redundant control method includes a plurality of steps as follows. The plurality of steps includes generating a first control signal for controlling the first output, generating a second control signal for controlling the first output, and a third control for controlling the second output. Generating a signal, generating a fourth control signal for controlling the second output, and setting the second output to zero if the deviation between the first control signal and the second control signal exceeds an allowable range. Is replaced with a combined calculation force to generate a third control signal and a fourth control signal. Here, if the deviation between the third control signal and the fourth control signal exceeds the allowable range, the second output is set to zero, the first output is replaced with the total calculation force, and the first control signal and the second control signal are generated. In this way, when the control of one control system loses reliability, the control signal of that system is not used, and therefore no output is generated from that system, so there is no disturbance.
[0017]
According to the redundant control method of an actuator according to the present invention, an actuator that outputs a combined output of a manual force, a first output of a first servo motor, and a second output of a second servo motor as a single output to a controlled object. This is a redundant control method. The redundant control method includes a plurality of steps as follows. The plurality of steps includes generating a first control signal for controlling the first output, generating a second control signal for controlling the first output, and a third control for controlling the second output. Generating a signal, generating a fourth control signal for controlling the second output, and setting the second output to zero if the deviation between the first control signal and the second control signal exceeds an allowable range. Is replaced with the combined calculation force to generate the third control signal and the fourth control signal, and if the deviation between the third control signal and the fourth control signal exceeds the allowable range, the second output is set to zero and the first output is added up. The first control signal and the second control signal are generated by replacing the output. In such a control method, manual is primarily given priority, but in the worst case when the redundant control system fails, control is executed only by manual operation. An effective application example of a hybrid control system that combines such manual force and mechanical force is the motion control of a large mass object, in particular, the opening and closing of fire doors, the operation of aircraft, and the operating instruments on space satellites. Preferably exemplified.
[0018]
The combination of the first output and the second output is expressed as a total output, and the ratio between the total output and the manual force is preferably set to be constant. More preferably, the ratio between the total output and the manual force (= total output / manual force) is set corresponding to the manual force. The ratio is particularly preferably increased as the manual force increases, and the reaction force returning to the operator's finger is preferably small, but it is important that the change in the reaction force is sensitive to the finger. The ratio of the first output to the second output is constant or approximately constant, and particularly 1 means that the load sharing is not biased to only one by using both servomotors equally.
[0019]
The combination of the first output and the second output is represented as a total output, and the ratio between the total output and the manual force is preferably set to be constant. It is more preferable that the ratio between the total output and the manual force (total output / manual force) is set corresponding to the use state (in the case of aircraft steering, the flight state). Although it is better that the reaction force returning to the finger of the pilot is small, it is important that the change of the reaction force is felt by the finger. The ratio of the first output to the second output is constant or approximately constant, and particularly 1 means that the load sharing is not biased to only one by using both servomotors equally.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Corresponding to the figure, the embodiment of the multi-control actuator according to the present invention is applied to an aircraft steering system. As shown in FIG. 1, the steering system 1 is installed in a fuselage of a regional aircraft. The steering system 1 includes two hybridized steering handles 2, a multiplexed servo motor 3 that forms a multiplexed actuator, a mechanical steering output transmission mechanism 4, and a mechanical steering input transmission mechanism 5. Yes.
[0021]
The steering handle 2 has a multi-axis independent rotation mechanism, and can output manual mechanical force for rotating the plurality of steering blades 7 on a plurality of axes. Multi-dimensional detection is performed by a manual force / position sensor 6 that detects the manual mechanical force and the operation position corresponding to the geometric operation amount of the steering handle 2 that is displaced by the manual operation. The manual force / position sensor 6 is disposed at a joint portion where the pilot's finger and the steering handle 2 are joined by action and reaction. The mechanical steering output transmission mechanism 4 and the mechanical steering input transmission mechanism 5 are each formed of a multi-axis steel wire cable.
[0022]
The manual mechanical force, which is the pilot's steering force, is transmitted from the steering handle 2 to the mechanical interface of the multiplexed servo motor 3 via the mechanical steering input transmission mechanism 5 and hybridized (multiplexed). It is input to the input shaft or output shaft of the multiplexed servo motor 3 and is output from its output shaft (each common output shaft) as it is as a manual torque output. The electric torque output of the multiplexed servo motor 3 is output from a power generator (for example, an inverter) controlled by a controller together with a manual torque output. The electric torque output and the manual torque output are mechanically added together, and output as a combined torque output from a single multiplexed servo motor 3, and a plurality of steerings are transmitted via the mechanical steering output transmission mechanism 4. Each is transmitted to the wings 7.
[0023]
FIG. 2 shows a torque output control circuit 8 that controls the torque output for one torque output for a single multiplexed servo motor. The controlled object of the torque output control circuit 8 is the multiplexed servo motor 3. The multiplexed servo motor 3 is composed of a first electric motor 3-1 and a second electric motor 3-2. The first electric motor 3-1 and the second electric motor 3-2 have a common output shaft 9, and their independent outputs are multiplexed (added or hybridized). The first electric motor 3-1 can independently output the first assist torque Px, and the second electric motor 3-2 can independently output the second assist torque Py.
[0024]
The aforementioned manual torque output is input to the common output shaft 9 of the multiplexed servo motor 3 or the common input shaft of the multiplexed servo motor 3, and is output as the manual torque Pz from the common output shaft 9 as it is. The The combined calculation force Ps is the sum of the first assist torque Px, the second assist torque Py, and the manual torque Pz.
Ps = Px + Pz + Py (1)
A mechanism for mechanically combining three torques (corresponding to torque) of the first assist torque Px, the second assist torque Py, and the manual torque Pz into a single torque and converting it into a single output is known. is there. As such a known mechanism, a differential gear device is known in addition to an electronic control mechanism.
[0025]
The steering handle 2 that outputs the manual torque Pz as a mechanical output is operated by the manual force electric signal EPz corresponding to the manual torque Pz via the manual force / position sensor 6 and the operation when the torque is output. The quantity PPz is output. The manipulated variable is described by two variables of torque EPz and position PPz, and the two variables of torque EPz and position PPz are multidimensionalized for each of the plurality of blades. Hereinafter, the operation amount is expressed as an operation amount corresponding signal {PPz, EPz} 11 as an electric signal.
[0026]
The torque output control circuit 8 includes a first motor corresponding controller 12-1 corresponding to the first electric motor 3-1, and a second motor corresponding controller 12-2 corresponding to the second electric motor 3-2. The first motor compatible controller 12-1 includes a first motor compatible first controller 12-1-1 and a first motor compatible second controller 12-1-2. The second motor compatible controller 12-2 includes a second motor compatible first controller 12-2-1 and a second motor compatible second controller 12-2-2. The manipulated variable corresponding signal {PPz, EPz} 11 is output from the manual force / position sensor 6 of the steering handle 2, and the first motor compatible first controller 12-1-1 and the first motor compatible second controller 12-. It is input to 1-2, the second controller corresponding to the second motor 12-2-1 and the second controller corresponding to the second motor 12-2-2.
[0027]
The first electric motor 3-1 includes a first motor corresponding rotational position sensor (not shown), a first motor corresponding torque sensor (not shown), and a first motor corresponding current sensor (not shown). The position / current signal corresponding to the first assist torque Px output by the first electric motor 3-1 is hereinafter expressed as an electric signal by the first motor corresponding position / current signal {PPx, EPx} 13-1.
[0028]
The second electric motor 3-2 includes a rotational position sensor (not shown) corresponding to a second motor, a torque sensor (not shown) corresponding to a second motor, and a current sensor (not shown) corresponding to a second motor. The position / current signal corresponding to the manual power Pz output by the second electric motor 3-2 is hereinafter expressed as a second motor corresponding position / current signal {PPy, EPy} 13-2 as an electric signal.
[0029]
The first motor corresponding position / current signal {PPx, EPx} 13-1 is output from the first electric motor 3-1, and the first motor corresponding first controller 12-1-1 and the first motor corresponding second controller 12-. 1-2. The first motor corresponding position / current signal {PPx, EPx} 13-1 is based on the current and voltage output from the first electric motor 3-1 and the first motor corresponding first controller 12-1-1. It can be replaced with a signal that can be calculated in the motor-corresponding second controller 12-1-2. The second motor corresponding position / current signal {PPy, EPy} 13-2 is output from the second electric motor 3-2, and the second motor corresponding first controller 12-2-1 and the second motor corresponding second controller 12-. 2-2. The second motor corresponding position / current signal {PPy, EPy} 13-2 is based on the current and voltage output from the second electric motor 3-2 and the second motor corresponding first controller 12-2-1 and the second motor. It can be replaced with a signal that can be calculated in the second controller for motor 12-2-2.
[0030]
The first motor-corresponding first controller 12-1-1 is a first motor-corresponding first deviation between the operation amount-corresponding signal {PPz, EPz} 11 and the first motor-corresponding position / current signal {PPx, EPx} 13-1. {ΔPPx, ΔEPx} 14-1-1 is calculated. :
ΔPPx = PPz−PPx
ΔEPx = EPz− (Kx / Kz) · EPx
Here, Kz and Kx are a third distribution proportional coefficient and a first distribution proportional coefficient, which will be described later.
The first motor-compatible second controller 12-1-2 is a first motor-corresponding second deviation between the operation amount-corresponding signal {PPz, EPz} 11 and the second motor-corresponding position / current signal {PPx, EPx} 13-2. {ΔPPx ′, ΔEPx ′} 14-1-2 is calculated. :
ΔPPx ′ = PPz−PPx
ΔEPx ′ = EPz− (Kx / Kz) · EPx
[0031]
The first controller corresponding to the second motor 12-2-1 is the first deviation corresponding to the second motor between the operation amount corresponding signal {PPz, EPz} 11 and the second motor corresponding position / current signal {PPy, EPy} 13-2. {ΔPPy, ΔEPy} 14-2-1 is calculated. :
ΔPPy = PPz−PPy
ΔEPy = EPz− (Ky / Kz) · EPy
The second motor-corresponding second controller 12-2-2 is a second motor-corresponding second deviation between the operation amount-corresponding signal {PPz, EPz} 11 and the second motor-corresponding position / current signal {PPy, EPy} 13-2. {ΔPPy ′, ΔEPy ′} 14-2-2 ′ is calculated. :
ΔPPy ′ = PPz−PPy
ΔEPy ′ = EPz− (Ky / Kz) · EPy
Here, Ky is a second distribution proportional coefficient described later.
[0032]
The torque output control circuit 8 further includes a first logic operator 15-1 and a second logic operator 15-2. The first motor controller 12-1 is connected to the first logic unit 15-1 in quadruple. The 1st motor corresponding | compatible 1st controller 12-1-1 is connected to the 1st logic computing unit 15-1 double. The second controller 12-1-2 for the first motor is connected to the first logic unit 15-1 twice. The second motor controller 12-2 is connected to the second logic unit 15-2 in quadruple. The first controller corresponding to the second motor 12-2-1 is double connected to the second logic unit 15-2. The second controller corresponding to the second motor 12-2-2 is double connected to the second logic unit 15-2.
[0033]
The first logical operator 15-1 performs the following three logical operations.
First logic operation corresponding to the first motor:
If ΔEPx and ΔEPx ′ match in the set effective number of digits, (EPx + first control differential amount) is output as the first control signal 16-1. Here, the first control differential amount is an amount corresponding to ΔEPx or ΔEPx, and an amount obtained by multiplying ΔEPx by a constant coefficient, or a coefficient defined in the table corresponding to the magnitude of ΔEPx is ΔEPx. Is an amount multiplied by the first control amount.
[0034]
Second logic operation corresponding to the first motor:
If ΔPPx and ΔEPx ′ do not coincide with each other in the set effective digit number, the control of the first electric motor 3-1 is stopped, and the input to the common output shaft 9 by the second electric motor 3-2 and the common output shaft 9 by manual force are applied. In order not to give a load to the input, the power source of the first electric motor 3-1 generates and outputs a first stop signal 17-1 for shifting it to a completely off state (idle state) (details will be described later). )
[0035]
Third logic operation corresponding to the first motor:
If ΔEPx or ΔEPx ′ exceeds the set threshold value within the set time width, regardless of the result of the first logic operation corresponding to the first motor and the result of the second logic operation corresponding to the first motor, The power supply of the first electric motor 3-1 completely eliminates the control so that no load is applied to the input to the common output shaft 9 by the second electric motor 3-2 and the input to the common output shaft 9 by manual force. A first stop signal 17-1 for shifting to the off state is generated and output.
[0036]
When the input / output shaft of the first electric motor 3-1, the input / output shaft of the second electric motor 3-2 and the manual input / output shaft are connected by differential gears, the respective rotational positions are also described above. Three logical operations are performed. In this case, in the ethical calculation described above, E in EPx or EPx ′ is replaced with P and reread. When there is no differential between the input / output shaft of the first motor 3-1, the input / output shaft of the second motor 3-2 and the manual input / output shaft, a single common output shaft is integrated. Based on the detected rotational position, single rotational position control is performed without multiplexing, and as a result, single rotational speed control (speed control) is performed.
[0037]
The second logical operator 15-2 performs the following three logical operations.
First logic operation corresponding to the second motor:
If ΔEPy and ΔEPy ′ match in the set effective number of digits, (EPy + second control differential amount) is output as the second control signal 16-2. Here, the second control differential amount is an amount corresponding to ΔEPy or ΔEPy, an amount obtained by multiplying ΔEPy by a constant coefficient, or a coefficient defined in the table corresponding to the magnitude of ΔEPy is ΔEPy. Is the amount multiplied by the second control amount.
[0038]
Second logical operation corresponding to the second motor:
If ΔPPy and ΔEPy ′ do not coincide with each other in the set effective number of digits, the control of the first electric motor 3-1 is stopped, and the input to the common output shaft 9 by the second electric motor 3-2 and the common output shaft 9 by manual force are applied. The power supply of the first electric motor 3-1 generates and outputs a first stop signal 17-2 for shifting it to a completely off state so as not to give a load to the input (details will be described later).
[0039]
Third logic operation corresponding to the second motor:
If ΔEPy or ΔEPy ′ exceeds the set threshold value within the set time width, regardless of the result of the first logic operation corresponding to the first motor and the result of the second logic operation corresponding to the first motor, The power supply of the first electric motor 3-1 completely eliminates the control so that no load is applied to the input to the common output shaft 9 by the second electric motor 3-2 and the input to the common output shaft 9 by manual force. A first stop signal 17-2 for shifting to the off state is generated and output.
[0040]
When the input / output shaft of the first electric motor 3-1, the input / output shaft of the second electric motor 3-2 and the manual input / output shaft are connected by differential gears, the respective rotational positions are also described above. Three logical operations are performed. In this case, in the ethical calculation described above, E in EPy or EPy ′ is replaced with P and reread. When there is no differential between the input / output shaft of the first motor 3-1, the input / output shaft of the second motor 3-2 and the manual input / output shaft, a single common output shaft is integrated. Based on the detected rotational position, single rotational position control is performed without multiplexing, and as a result, single rotational speed control (speed control) is performed.
[0041]
The aforementioned Kz, Kx, and Ky are defined as follows.

A setting device for setting Kx and Ky is added. It is preferable that the setting device is provided in each of the first motor compatible controller and the second motor compatible controller.
[0042]
If the manual force output Pz is the total output Ps of the common output shaft 9 (the probability that this happens naturally rather than artificially is substantially zero), Kz = 1 and Kx = Ky = 0. In the event that such a situation occurs, the following two methods are theoretically conceivable.
(1) When the first motor 3-1 fails and the second motor 3-2 fails
Examples of such a failure include simultaneous burning of devices such as the electromagnetic induction coils of the first electric motor 3-1 and the second electric motor 3-2.
(2) When the first motor compatible control device of the torque output control circuit 8 fails and the second motor compatible control device of the torque output control circuit 8 fails
The failure of the control device corresponding to the first motor is caused by the failure of the first controller 12-1-1 corresponding to the first motor or the second controller 12-1-2 corresponding to the first motor and the controller 12-2 corresponding to the second motor. When the second motor controller 12-2 fails simultaneously, or when the first logic unit 15-1 fails and the second logic unit 15-2 fails, an inverter described later The case of simultaneous failure is illustrated.
[0043]
The torque output control circuit 8 further includes a first inverter 18-1 and a second inverter 18-2. The first control signal 16-1 is input to the first inverter 18-1. The first inverter 18-1 outputs the first motor drive power 19-1-u, v, w corresponding to Kx · Ps at that time based on the first control signal 16-1. Here, {u, v, w} indicates each phase component of the three-phase power. The second control signal 16-2 is input to the second inverter 18-2. Based on the second control signal 16-2, the second inverter 18-2 outputs the first motor drive power 19-2-u, v, w corresponding to Kx · Ps at that time. Here, {u, v, w} indicates each phase component of the three-phase power. The first control signal 16-1 and the second control signal 16-2 include the position information PPx and PPy described above. PPx and PPy have the same value, or are expressed as PPx = σ · PPy by the rotation angle conversion coefficient σ (when a differential gear is used).
[0044]
As the first servo motor 3-1 and the second servo motor 3-2, a single structured hybrid motor can be suitably used. Single-structure hybrid motors are well known, share the same rotor, the stator side first winding and the stator side second winding are independent, and the stator side first winding is fixed. The child-side second windings are arranged at different positions in the rotation direction on the same circumference, or are arranged at different positions in the radial direction in the same slot. Thus, it is preferable that the two-output synthetic motor whose structure is not completely symmetric has two torque outputs with an appropriately determined sharing ratio. In a hybrid motor in which motors having exactly the same structure are used as a common shaft, it is preferable that each torque output is 1: 1. A value greater than 2 can be adopted as the number of outputs. In that case, ΣKj + Kz = 1 is set. In Kx + Kz + Ky, Ky is read as ΣKi.
[0045]
【The invention's effect】
The multi-control redundant motor, the multi-control actuator, and the redundant control method thereof according to the present invention can provide a control motor that is substantially fault-free with the output sharing of the motor by quadruple redundancy. It is possible to establish a technology that realizes a long life without failure of an actuator such as an aircraft steering system.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an oblique projection showing an embodiment of a multiple control actuator according to the present invention.
FIG. 2 is a circuit block diagram showing a control circuit of a multiple control actuator according to the present invention.
[Explanation of symbols]
2 ... Operator
3. Servo motor
3-1. First servo motor
3-2 ... Second servo motor
9 ... Common output shaft
12-1 ... Controller for the first motor
12-1-1 ... 1st controller corresponding to 1st motor
12-1-2 ... second controller corresponding to the first motor
12-2 ... Controller for second motor
12-2-1 ... First controller corresponding to the second motor
12-2-2 ... Second controller for second motor
14-1 ... Torque command for first motor
14-1-1 ... 1st torque command for 1st motor
14-1-2 ... 1st motor corresponding 2nd torque command
14-2 ... Torque command for second motor
14-2-1 ... 1st torque command corresponding to 2nd motor
14-2-2 ... Second torque command for second motor
15-1 ... 1st logic unit
15-2 ... Second logical operation unit
18-1 ... 1st electric power generator
18-2. Second power generator
22-1 ... 1st control line
22-2. Second control line

Claims

A first servo motor for inputting a first torque to the common output shaft;
A second servomotor that adds the second torque to the common output shaft by adding to the first torque;
With a controller,
The controller is
A first motor corresponding controller that generates a first motor corresponding torque command corresponding to the first torque to the first servo motor;
A second motor corresponding controller that generates a second corresponding torque command corresponding to the second torque with respect to the second servo motor;
The first motor controller is
A first controller corresponding to a first motor for generating a first torque command corresponding to the first motor corresponding to the first torque with respect to the first servo motor;
A first motor corresponding second controller that generates a first motor corresponding second torque command corresponding to the first torque with respect to the first servo motor;
The second motor controller is
A second controller corresponding to a second motor for generating a first torque command corresponding to a second motor corresponding to the second torque with respect to the second servomotor;
A second motor compatible second controller for generating a second motor compatible second torque command corresponding to the second torque with respect to the second servo motor;
A first logic unit for canceling control of the first servo motor if a deviation between the first torque command corresponding to the first motor and the second torque command corresponding to the first motor exceeds an allowable range;
A multiplex further comprising a second logic operation unit for canceling the control of the second servo motor when a deviation between the second torque command corresponding to the second motor and the second torque command corresponding to the second motor exceeds an allowable range. Control redundant motor.

The multiple control redundant motor according to claim 1, wherein the controller further includes a rotational position controller that controls a rotational position with respect to the common output shaft.

The multiple control redundant motor according to claim 1, wherein the first torque and the second torque are controlled in correlation with each other.

The multiple control redundant motor according to claim 3, wherein a ratio between the first torque and the second torque is set to be constant.

The multiple control redundant motor according to claim 4, wherein the ratio is set corresponding to the magnitude of the first torque.

The first servo motor and the second servo motor share the same rotor, and the stator side winding of the first servo motor and the stator side winding of the second servo motor are independent. The multiple control redundant motor according to claim 1, selected from the items 1 to 5.

A first servo motor for inputting a first torque to the common output shaft;
A second servomotor that adds the second torque to the common output shaft by adding to the first torque;
An operation device for adding a manual torque to the common output shaft by adding the first torque and the second torque;
A first motor corresponding controller that generates a first motor corresponding torque command corresponding to the first torque to the first servo motor;
A second motor corresponding controller that generates a second corresponding torque command corresponding to the second torque with respect to the second servo motor;
The first motor controller is
A first controller corresponding to a first motor for generating a first torque command corresponding to the first motor corresponding to the first torque with respect to the first servo motor;
A first motor compatible second controller that generates a first motor compatible second torque command corresponding to the first torque with respect to the first servo motor;
The second motor controller is
A second controller corresponding to a second motor for generating a first torque command corresponding to a second motor corresponding to the second torque with respect to the second servomotor;
A second motor compatible second controller for generating a second motor compatible second torque command corresponding to the second torque with respect to the second servo motor;
A first logic unit for canceling control of the first servo motor if a deviation between the first torque command corresponding to the first motor and the second torque command corresponding to the first motor exceeds an allowable range;
A second logic operation unit for releasing the control of the second servo motor if a deviation between the second torque command corresponding to the second motor and the second torque command corresponding to the second motor exceeds an allowable range;
The first torque is represented by Px, the second torque is represented by Py, the manual torque is represented by Pz, the output torque of the common output shaft is represented by Ps, and the following relationship:
Ps = Px + Pz + Py
Px = Kx · Ps
Pz = Kz · Ps
Py = Ky · Ps
Ps = Px + Pz + Py
Kx, Kz, Ky: Multi-control actuator with set distribution coefficient set.

The multiple control actuator according to claim 7, wherein the Kx, the Kz, and the Ky maintain a relationship of Kx + Kz + Ky = 1 and are variable to each other.

9. The multiple control actuator according to claim 8, further comprising a setter for setting the Kx and Ky, wherein the setter is provided in each of the first motor corresponding controller and the second motor corresponding controller.

9. The multiple control actuator according to claim 8, wherein the Kx, the Kz, and the Ky are variable corresponding to the magnitude of the Pz.

The multi-control actuator according to claim 1, wherein the operating device is a steering device.

The multi-control actuator of claim 11, wherein the steering is an aircraft steering.

A redundant control method for an actuator that outputs a combined calculation force, which is a sum of a first output of a first servo motor and a second output of a second servo motor, to a control target as a single output, and includes a set of a plurality of steps described below. ,
The set of multiple steps is:
Generating a first control signal for controlling the first output;
Generating a second control signal for controlling the first output;
Generating a third control signal for controlling the second output;
Generating a fourth control signal for controlling the second output;
If the deviation between the first control signal and the second control signal exceeds an allowable range, the first output is set to zero, the second output is replaced with the combined calculation force, and the third control signal and the fourth control signal. A step of generating
If the deviation between the third control signal and the fourth control signal exceeds an allowable range, the second output is set to zero, the first output is replaced with the total calculation force, and the first control signal and the second control signal. A redundant control method for an actuator comprising:

A redundant control method of an actuator that outputs a combined calculation force, which is a sum of a manual force, a first output of a first servo motor, and a second output of a second servo motor, to a control target as a single output, and includes the following steps: With a set,
The set of multiple steps is:
Generating a first control signal for controlling the first output;
Generating a second control signal for controlling the first output;
Generating a third control signal for controlling the second output;
Generating a fourth control signal for controlling the second output;
If the deviation between the first control signal and the second control signal exceeds an allowable range, the first output is set to zero, the second output is replaced with the combined calculation force, and the third control signal and the fourth control signal. A step of generating
If the deviation between the third control signal and the fourth control signal exceeds an allowable range, the second output is set to zero, the first output is replaced with the total calculation force, and the first control signal and the second control signal. A redundant control method for an actuator comprising:

The redundant control method for an actuator according to claim 14, wherein a combination of the first output and the second output is expressed as a total output, and a ratio between the total output and the manual force is set to be constant.

The combination of the first output and the second output is expressed as a total output, and the ratio between the total output and the manual force (= the total output / the manual force) is set corresponding to the manual force. The redundant control method for an actuator according to claim 14.

The redundant control method for an actuator according to claim 16, wherein the ratio increases as the manual force increases.

The redundant control method for an actuator according to claim 1, wherein the ratio between the first output and the second output is constant.

The redundant control method for an actuator according to claim 18, wherein the ratio is 1.

The combination of the first output and the second output is expressed as a total output, and the ratio between the total output and the manual force (= the total output / the manual force) is set corresponding to the flight state of the aircraft. The redundant control method for an actuator according to claim 14.

21. The redundant control method for an actuator according to claim 14, wherein the first output and the second output are position commands.

21. The redundant control method for an actuator according to claim 14, wherein the first output and the second output include position commands.

21. The redundant control method for an actuator according to claim 14, wherein the first output and the second output are speed commands.

The redundant control method for an actuator according to claim 1, wherein the first output and the second output include a speed command.

21. The redundant control method for an actuator according to claim 14, wherein the first output and the second output are output voltage commands.