振荡故障检测方法和装置、电子飞行控制系统和飞行器制造方法及图纸

本公开内容涉及检测装置(1)和方法、电子飞行控制系统和飞行器。检测装置包括：第一数据处理单元(24)，其被配置成确定随时间变化的操纵面控制命令的第一趋势，该第一趋势根据参考参数来限定；第二数据处理单元(26)，其被配置成确定随时间变化的操纵面位置值的至少一个第二趋势，该第二趋势也根据参考参数来限定；以及监测单元(29)，其被配置成将第一趋势和第二趋势进行比较以检验在第一趋势和第二趋势之间相关性的存在，从而在必要时、在第一趋势和第二趋势之间没有相关性的情况下检测到振荡故障。

【技术实现步骤摘要】
振荡故障检测方法和装置、电子飞行控制系统和飞行器
本专利技术涉及用于检测飞行器操纵面的至少一个自动位置控制链中的振荡故障的方法和装置，以及包括这样的检测装置的电子飞行控制系统。本专利技术应用于自动控制链：-其用于自动控制所有类型的飞行器操纵面的位置，例如副翼、扰流器或者升降舵；-其构成飞行器的电子飞行控制系统的一部分；以及-其包括：·所述操纵面，其是可移动的，并且其相对于飞行器的位置通过至少一个致动器来设定；·所述致动器，其根据至少一个所接收的致动命令来设定所述操纵面的位置；·至少一个传感器，其测量所述操纵面的实际位置；和·计算机，其根据所测量的实际位置和由自动飞行驾驶系统所计算的控制命令或者根据飞行驾驶员对操纵杆的动作和飞行器的惯性状态而生成被发送至所述致动器的操纵面致动命令。已知这样的自动控制链包括在故障模式下可能产生致使自动控制操纵面振荡的伪信号的电子部件。这类型的现象被称作“振荡故障”。振荡的另一可能原因在于致动器的机械构件的故障或破损。还已知的是，当这样的振荡故障展现出在作动器的带宽内的频率时，其具有如下效果：-如果专用设备不能够检测该故障，则对飞行器结构产生很大的负荷，这使得有必要加固该结构；-在激励飞行器的基本振动模式之一(共振现象、气动弹性耦合)的情况下，产生负荷；-加速飞行器结构的疲劳；-加速所使用的一个或多个作动器的疲劳；和-降低飞行器乘客的舒适度。
技术介绍
在实践中，飞行器被设计成支持由幅度/频率曲线所限定的一定的负荷包络。因此，例如阵风的出现将影响飞行器的柔性结构并对该结构产生负荷，但是由于飞行器被设计成支持这些负荷，因此不需要执行特定的动作。然而，在振荡故障的情况下，相关联的负荷可能超出设计范围。执行特定的监测过程以快速检测到这些寄生振荡并由此保证飞行器的振动保持在预定的幅度/频率包络内。在没有这些监测手段的情况下，完全覆盖这样的振荡故障要求对飞行器结构进行加固，这会增加飞行器的成本。然而，用于执行这样的监测的常用解决方案展现出对于以下的高度依赖：-所使用的硬件；-飞行器的引航法则的类型(飞行器的灵活性或非灵活性功能)；-计算机的获取和生成系统；和-所述计算机的故障模式。因此，一类特定的飞行器总是具有相应的特定常用解决方案，其不保证同样适用于现有的或将来的另一类飞行器。另外，常用的监测解决方案通常具有有限的覆盖范围，最经常的是仅执行对由自动控制链中的特定部件产生的振荡的检测。专利FR-2893911和FR-2936067能够至少部分地消除这些缺陷。专利FR-2893911特别地将监测的自动控制链的实际操作(其通过所测量的实际位置显示)与无故障的期待的理想操作(其通过根据模型获得的理论位置显示)进行比较，这使得能够在发生任何振荡故障时使其表现出来。基于模型的监测过程证实了其优势以及其对振荡故障检测的适用性。作为限定，该监测过程依赖于关于专用于每种类型的作动器的模型的知识，并且监测性能水平取决于这些模型的质量(典型性、不确定性、模型噪声等)。然而，针对传统的液压作动器而开发的方法以及专用于此类作动器的模型可能不适用于另一类型的作动器(例如EHA(电动液压作动器)类型)，其物理原理和操作是通过不同的原理来管理的，因此其通过不同的模型来描述。(例如EKF(扩展卡尔曼滤波)类型的)自适应算法能够补偿这些模型差异，但仅能在一定程度上补偿。因此需要开发针对每种作动器的模型，以及在实践中，一些类型的模型更适合于基于模型的故障检测方法而非其他故障检测方法。因此，物理模型很适合于观察器类型的技术，而传递函数模型或者传递函数网络类型的模型对于此类方法更加难以使用。本专利技术的目的在于针对检测自动控制回路中的振荡故障而提供一种不基于模型的替代方式。这一新方法应保持、甚至如果可能的话改进基于模型的方式的鲁棒性和性能水平。其涉及快速检测与结构设计需要相容的小幅度故障。其还涉及找到比基于模型的方法更通用的方法，也就是说其能够利用可由操作员或系统设计者容易地设定的高水平设定参数而容易地适配于不同类型的作动器。计算复杂性还应被控制以保持与飞行控制计算机的有限处理能力的相容性。
技术实现思路
本专利技术目的是消除现有技术中的上述缺陷。本专利技术涉及一种用于检测飞行器、特别是运输机的至少一个操纵面的至少一个自动位置控制链中的至少一个振荡故障的方法，该方法不基于模型并且是鲁棒且有效的。该类型的自动控制链包括以下：-所述操纵面，其是活动的，并且其相对于飞行器的位置由至少一个作动器来设定；-所述作动器，其根据至少一个接收的致动命令来设定所述操纵面的位置；-至少一个传感器，其测量表示所述操纵面的实际位置的位置值；-计算机，其生成(操纵面)控制命令，其接收所测量的位置值并且根据该位置值推导要向所述作动器发送的致动命令。为此，根据本专利技术，所述方法包括以自动的和迭代的方式实现的以下一系列的连续步骤：a)第一数据处理步骤，其在于确定控制命令随时间变化的第一趋势，所述第一趋势是根据参照参数(例如操纵面的行程角度或作动器杆的移动)来限定的；b)第二数据处理步骤，其在于确定随时间变化的至少一个第二位置值趋势，所述第二趋势同样是根据所述参照参数来限定的；和c)检测步骤，其在于将所述第一趋势和第二趋势进行比较以检验在第一趋势和第二趋势之间相关性的存在，从而在必要时、在所述第一趋势和第二趋势之间没有相关性的情况下检测到振荡故障。因此，由于本专利技术，通过利用在正常(无故障)情况下和故障(出现振荡故障)情况下在自动控制回路中流通的信号之间的行为差异来检测振荡故障。实际上：-在没有故障的情况下，在控制命令(“控制”或“自动控制指令”)的趋势和作动器杆位置和/或操纵面位置的趋势之间存在强相关性，这两个趋势是根据同样的参数(例如操纵面的行程角度或作动器杆的移动)来限定的；和-在振荡故障的情况下，丧失了不同的趋势之间的相关性(或相似性)。检测方法使得能够利用在自动控制回路中流通的不同信号之间的这一相关性(或相似性)的丧失，从而区分无故障的情况和错误操作的情况。该方法相比较于基于模型的方式是有利的，因为其不需要关于这种模型的知识，并且因此具有使得能够在不同背景下(例如具有不同作动器的不同飞机的不同操纵面)应用同一方法的通用性。另外，根据本专利技术的方法避免使用用于估算作动器模型参数的特定传感器或测量仪，且因此不会对重量预算产生不利影响。另外，有利地，第二数据处理步骤在于根据来自以下两个传感器中的至少之一的至少一个位置值来确定至少一个第二位置值趋势：作动器杆位置测量传感器和操纵面位置的直接测量传感器。另外，有利地，监测步骤包括高频监测子步骤和低频监测子步骤，以及过滤子步骤。在一个优选实施方式中，高频监测子步骤包括：-距离计算步骤，其在于计算随时间变化的在第一趋势和第二趋势之间的距离；-比较步骤，其在于将这一距离与第一检测阈值进行比较；以及-检测步骤，其在于在所述距离大于所述检测阈值达第一预定时间段的情况下检测到振荡故障。在这种情况下，有利地，距离计算步骤在于计算欧几里得距离。另外，在一个优选实施方式中，低频监测子步骤包括：-距离计算步骤，其在于计算在以下三个趋势之中两两之间的三个距离，也就是说，计算以下三个趋势中的每两个之间的三个距离：与控制命令相关的第一趋势，与作动器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于检测飞行器的至少一个操纵面(3)的至少一个自动位置控制链(2)中的至少一个振荡故障的方法，所述自动控制链(2)构成飞行器的电子飞行控制系统(4)的一部分并包括：‑所述操纵面(3)，其是活动的，且其相对于所述飞行器的位置由至少一个作动器(5)来设定；‑所述作动器(5)，其根据至少一个所接收的致动命令而设定所述操纵面(3)的位置；‑至少一个传感器(8、9)，其测量表示所述操纵面(3)的实际位置的位置值；以及‑计算机(10)，其利用计算单元(13)生成控制命令，所述计算单元(13)接收所测量的位置值并且根据该位置值来推导要向所述作动器(5)发送的致动命令，其中，所述方法包括以自动和迭代的方式实现的以下一系列连续步骤：a)第一数据处理步骤，其在于确定随时间变化的控制命令的第一趋势，所述控制命令是由所述计算单元(13)提供的，所述第一趋势根据参考参数来限定；b)第二数据处理步骤，其在于确定随时间变化的位置值的至少一个第二趋势，所述第二趋势也根据所述参考参数来限定；c)监测步骤，其在于将所述第一趋势和所述第二趋势进行比较以检验所述第一趋势和所述第二趋势之间相关性的存在，从而在必要时、在所述第一趋势和所述第二趋势之间没有相关性的情况下检测到振荡故障。...

【技术特征摘要】
2015.10.14 FR 15597551.一种用于检测飞行器的至少一个操纵面(3)的至少一个自动位置控制链(2)中的至少一个振荡故障的方法，所述自动控制链(2)构成飞行器的电子飞行控制系统(4)的一部分并包括：-所述操纵面(3)，其是活动的，且其相对于所述飞行器的位置由至少一个作动器(5)来设定；-所述作动器(5)，其根据至少一个所接收的致动命令而设定所述操纵面(3)的位置；-至少一个传感器(8、9)，其测量表示所述操纵面(3)的实际位置的位置值；以及-计算机(10)，其利用计算单元(13)生成控制命令，所述计算单元(13)接收所测量的位置值并且根据该位置值来推导要向所述作动器(5)发送的致动命令，其中，所述方法包括以自动和迭代的方式实现的以下一系列连续步骤：a)第一数据处理步骤，其在于确定随时间变化的控制命令的第一趋势，所述控制命令是由所述计算单元(13)提供的，所述第一趋势根据参考参数来限定；b)第二数据处理步骤，其在于确定随时间变化的位置值的至少一个第二趋势，所述第二趋势也根据所述参考参数来限定；c)监测步骤，其在于将所述第一趋势和所述第二趋势进行比较以检验所述第一趋势和所述第二趋势之间相关性的存在，从而在必要时、在所述第一趋势和所述第二趋势之间没有相关性的情况下检测到振荡故障。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二数据处理步骤在于根据来自以下两个传感器中至少一个的至少一个位置值来确定所述位置值的至少一个第二趋势：用于测量所述作动器(5)的杆(6)的位置的传感器(9)以及用于直接测量所述操纵面(3)的位置的传感器(8)。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述监测步骤包括高频监测子步骤和低频监测子步骤，以及滤波子步骤。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述高频监测子步骤包括：-距离计算步骤，其在于计算在随时间变化的所述第一趋势和所述第二趋势之间的距离；-比较步骤，其在于将这一距离与第一检测阈值进行比较；以及-检测步骤，其在于当所述距离大于所述检测阈值达第一预定时间长度的情况下检测到振荡故障。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述距离计算步骤在于计算欧几里得距离。6.根据权利要求3所述的方法，其中，所述低频监测子步骤包括：-距离计算步骤，其在于计算在以下三个趋势中的每两个趋势之间的三个距离：与所述控制命令相关的所述第一趋势，与所述作动器(5)的杆(6)的位置相关的所述第二趋势，以及与所述操纵面(3)相关的第二位置值；-比较步骤，其在于将这三个距离与至少一个第二检测阈值进行比较；以及-检测步骤，其在于在所述三个距离中的至少两个距离大于所述第二检测阈值达第二预定时间长度的情况下检测到振荡故障。7.根据权利要求6所述的方法，其中，与所述操纵面(3)的位置相关的所述第二位置值根据以下值中的一个限定：-由操纵面位置测量传感器(8...

【专利技术属性】
技术研发人员：菲利普·古皮尔，雷米·达伊尔，西蒙·于巴诺，
申请(专利权)人：空中客车运营简化股份公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR