DE3129313A1

DE3129313A1 - Adaptive flugzeugstellantriebsfehlererkennungsanordnung

Info

Publication number: DE3129313A1
Application number: DE19813129313
Authority: DE
Inventors: Douglas Harold 06611 Trumbull Conn. Clelford; Donald Wayne 06516 West Haven Conn. Fowler
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: RTX Corp
Priority date: 1980-08-26
Filing date: 1981-07-24
Publication date: 1982-05-06
Also published as: JPS5755409A; ES504442A0; GB2082794A; FR2489545B1; IT1138500B; AU7347081A; GB2082794B; IT8123634A0; CH654535B; US4355358A; ES8203758A1; DE3129313C2; AU541701B2; FR2489545A1; CA1165876A

Description

Adaptive Flugzeugstellantriebsfehlererkennungsanordnung

Die Erfindung bezieht sich auf eine adaptive Flugzeugstellantriebsfehlererkennungsanordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art, die insbesondere für Hubschrauber vorgesehen ist und in der die Stellantriebsfehlererkennung bezüglich Stellantriebsbetriebszuständen adaptiv, d.h. lernfähig ist.

In vielen hochentwickelten Flugzeugen, wie beispielsweise Hubschraubern, die hier als Beispiel benutzt werden, wird eine Vielfalt von hydraulischen und elektromechanischen Stellantrieben für verschiedene Zwecke in den Anlagen benutzt, die die Steuerflächen positionieren, um dadurch das Flugzeug zu manövrieren. Beispielsweise ist es bei Hubschraubern üblich, einen Trimmstellantrieb zu benutzten, der die Position einer federarretierten Trimmvorrichtung

des mechanischen Systems positioniert, das mit dem Steuerelement des Piloten verbunden ist, beispielsweise mit den Pedalen, die den Heckrotorblatteinstellwinkel steuern, um in der Gier- oder Hochachse zu manövrieren, dem Steuerknüppel für die periodische Blattverstellung, der den Hauptrotorblatteinstellwinkel steuert, um in der Nick- und RoIlachse zu manövrieren, oder dem Hebel für die kollektive Blattverstellung, der den Auftrieb steuert. Solche Stellantriebe arbeiten in Abhängigkeit von einem Positionsbefehlssignal, d.h. einer Positionsführungsgröße, und verstellen die Trimmposition, bis ein Positionsdetektor feststellt, daß die Trimmposition gleich der durch den angelegten Positionsbefehl verlangten ist. Wenn sich ständig ändernde Positionsbefehle angelegt werden, wird der Stellantrieb selbstverständlich fortwährend die Trimmposition verstellen, um zu versuchen, Schritt zu halten. Jeder Stellantrieb, ob hydraulisch oder elektromechanisch, hat jedoch eine gewisse Eigenverstellgeschwindigkeit, die von der Gesamtverstärkung des Regelkreises und den Kenndaten des Stellantriebs abhängig ist.

Zur Feststellung von Fehlern in dem Stellantrieb ist es bekannt, eine elektrische Annäherung des Stellantriebsregelkreises zu schaffen (im folgenden als Modell bezeichnet), dieselben Positionsbefehle an das Modell anzulegen, die an den Stellantriebsregelkreis angelegt werden, und die durch den Stellantrieb erzielte Trimmposition mit einer Position zu vergleichen, die durch das Modell als diejenige festgelegt ist, die der Stellantrieb erzielen sollte. Abweichungen in den beiden Positionen zeigen in einfacher Theorie einen Stellantriebsregelkreisausfall an. Das Problem bei dieser einfachen Theorie besteht darin, daß sämtliche Stellantriebe nicht nur eine Eigennachellung haben (d.h. die Zeit, zu der der Stellantrieb eine gewisse Trimmposition

erreicht, ist gegenüber der Zeit verzögert, zu der ein Befehl für diese Position an ihn angelegt wird), sondern auch verschiedene Änderungen in diesen Nacheilungen aufweisen. Ein hydraulischer Stellantriebskreis kann beispielsweise Änderungen in der Nacheilung aufgrund des Hydraulikdruckes, der Temperatur od.dgl. haben. Darüber hinaus werden zwei Stellantriebe niemals genau gleich sein. Eine starke Belastung von hydraulischen Stellantrieben kann deren Ansprechen verlangsamen. Elektromechanische Stellantriebe sind sehr belastungsabhängig, und jede Veränderung in ihrer Belastung führt zur Veränderung der Ansprechgeschwindigkeit.

Wenn der besondere Stellantrieb ein Stellantrieb ist, der eine elastische Trimmposition einstellt, kann außerdem der Pilot die Trimmposition übersteuern, indem er eine Kraft auf sein Steuerelement (z.B. einen Steuerknüppel, einen Verstellhebel oder Pedale) ausübt, und tatsächlich die Belastung des Stellantriebs bis zu dem Punkt vergrößern, wo dieser vollständig hängenbleibt, so daß er niemals die vorgesehene Trimmposition erreicht.

Um zu versuchen, diese Schwierigkeiten zu überwinden, sind bereits Stellantriebsfehlererkennungssysteme geschaffen worden, die eine Änderungsgeschwindigkeitsbegrenzung des Positionsbefehlssignals, d.h. der PositionsführungsgrÖße, vornehmen, das sowohl an den Stellantrieb als auch an das Modell angelegt wird. Der Änderungsgeschwindigkeitsgrenzwert wird so gewählt, daß die Geschwindigkeit, mit der sich befohlene Positionen ändern können, auf eine Geschwindigkeit begrenzt werden, die unter sämtlichen vernünftigen Umständen, welche bei einem bestimmten Typ von Stellantrieb auftreten können, unter der Mindestansprechgeschwindigkeit (maximale Nacheilung) liegt. In der Theorie sollte der Stellantrieb deshalb

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immer in der Lage sein, dem änderungsgeschwindigkeitsbegrenzten Eingangsbefehl zu folgen, weshalb das Modell lediglich diesen Befehl mit einem geeigneten Skalenfaktor zu integrieren braucht, um genau festzustellen, wo die Trimmposition liegen sollte. Dadurch wird jedoch die Ansprechgeschwindigkeit des Stellantriebsregelkreises selbst stark begrenzt, wodurch die Flugzeugleistungsfähigkeit verschlechtert wird. Andererseits, wenn der Eingangsbefehl weniger stark änderungsgeschwindigkeitsbegrenzt wird, werden die darüber hinausgehenden tatsächlich zulässigen Nacheilungen falsche Fehleranzeigen (Anzeigen von unechten Fehlern) verursachen. Das wiederum verringert das Vertrauen des Piloten in das System und erfordert von dem Piloten Arbeit, um festzustellen, daß nur unechte Fehler vorliegen.

Im Falle von Trimmstellantrieben übt der Pilot immer dann, wenn er sein Steuerelement bewegt, Kräfte auf die Trimmposition aus, die sich an dem Stellantrieb äußern. Zum Vermeiden von unechten Fehlern in solchen Fällen wird die Fehlererkennung während des Ausübens der Kraft durch den Piloten blockiert. In diesem Fall besteht jedoch die Gefahr, daß ein echter Stellantriebsfehler auftritt, daß der Pilot den fehlerhaften Stellantrieb übersteuert und daß der Fehler genau zu der Zeit unbeachtet bleibt, zu der er abgefühlt werden sollte.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Flugzeugstellantriebsfehlererkennungsanordnung zu schaffen, die Ausfälle während einer Pilotübersteuerung nicht verdeckt, die Erzeugung von unechten Fehleranzeigen nicht fördert, die Stellantriebsleistungsfähigkeit nicht verschlechtert und zur Verwendung bei einer großen Vielfalt von Stellantrieben geeignet ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Gemäß der Erfindung wird die Position, die durch einen Flugzeugstellantriebsregelkreis auf ein Positionsbefehlssignal hin erzielt wird, mit dem Positionsanzeigesignal eines Stellantriebsregelkreismodells verglichen, dem dasselbe Positionsbefehlssignal zugeführt wird, wobei in dem Modell eine veränderliche Änderungsgeschwindigkeitsbegrenzung in Abhängigkeit von dem Grad erfolgt, mit dem der Stellantrieb dem Modell vor- oder nacheilt, und weiter in Abhängigkeit davon, ob Einwirkungen durch den Piloten den Stellantrieb über einen Schwellenwert hinaus belasten.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung enthält das Modell einen Rückführungskreis, der eine integrale Verstärkung des veränderlich änderungsgeschwindigkeitsbegrenzten Rückführungsfehlers hat.

Die Anordnung nach der Erfindung kann in analoger oder digitaler Form implementiert werden, im letzteren Fall beispielsweise mit einem geeignet programmierten Digitalcomputer. Die Anordnung nach der Erfindung läßt sich leicht an eine Vielfalt von Stellantrieben verschiedener Typen und Funktionen anpassen. Die Anordnung nach der Erfindung schafft ein maximales Vertrauen in den Stellantrieb mit einem Minimum an Auswirkung auf die Systemleistungsfähigkeit. Die Anordnung nach der Erfindung kann unter Verwendung von bekannten Einrichtungen und Techniken an Hand der folgenden ausführlichen Beschreibung implementiert werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen naher beschrieben. Es zeigen

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Fig. 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild

eines Stellantriebsystems, in welchem die Fehlererkennungsanordnung nach der Erfindung benutzt wird,

Fig. 2 ein Schaltbild eines Beispiels

einer Grenzwerteinstellschaltung, die in der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform der Erfindung verwendbar ist, und

die Fig. 3 und 4 ein vereinfachtes Flußdiagramm

einer Computerprogrammroutine für eine Digitalausfuhrungsform der Erfindung.

In der in Fig. 1 als Beispiel dargestellten Ausführungsform enthält ein Flugzeugsteuerungsstellantriebssystem einen Hubschraubertrimmstellantriebsregelkreis 10, bei dem ein durch den Piloten betätigter Steuerknüppel 12 über eine mechanische Verbindung 13 mit einem Servomotor 14 verbunden ist, der in Abhängigkeit von einer nicht dargestellten Hydraulikdruckquelle die mechanische Eingabe über die Verbindung 13 verstärkt, so daß eine mechanische Verbindung 15 bewegt wird, die den Einstellwinkel von Rotorblättern steuert, und zwar in Abhängigkeit von der besonderen Fluglageachse des Hubschraubers, in der die zugehörige Bewegung des Steuerknüppels 12 dominiert. Bei dem Steuerknüppel 12 kann es sich beispielsweise um den Steuerknüppel für die periodische Blattverstellung und deshalb für die periodische Längssteuerung oder die periodische Quersteuerung des Hauptrotors handeln; andererseits kann es sich bei dem dargestellten Steuerknüppel 12 um den Hebel für die periodische Blattverstellung oder um Pedale handeln, die den Einstellwinkel der Heckrotorblät-

ter steuern und dadurch das Flugzeug in bezug auf seine Gierachse ausrichten.

Gemäß der zur Veranschaulichung dienenden vereinfachten Darstellung in Fig. 1 ist die Verbindung 13 mit einem Trimmstellantrieb 16 elastisch verbunden, was zu Veranschaulichungszwecken in Fig. 1 durch eine Feder 17 dargestellt ist. Der Stellantrieb 16 kann einen Hydraulikkolben enthalten, der durch Hydraulikdruck aus einer Quelle (nicht dargestellt) in Abhängigkeit von einem elektrischen Signal positionierbar ist, das an ein Stellventil 18 immer dann angelegt wird, wenn das Ventil 18 mit der Hydraulikquelle durch ein Einschaltventil 19 verbunden ist. Durch Verstellen des Kolbens innerhalb des Stellantriebs 16 (entweder nach rechts oder nach links wie in Fig. 1 gezeigt) wird die Position der Verbindung 13 geändert, auf die eine neutrale Kraft durch die Feder 17 ausgeübt wird. Diese Position wird hier als Trimmposition bezeichnet. Wenn das Flugzeug mit einer Flugregelanlage betrieben wird und wenn der Pilot keine Kraft auf den Steuerknüppel ausübt, wird der Stellantrieb 16 über seine elastische Verbindung 17 die mechanische Verbindung 13 auf eine Verstärkung durch den Servomotor 14 einstellen, um dadurch die Rotorsteuervorrichtungen zu positionieren. Der Pilot kann jedoch die automatische Anlage übersteuern, indem er eine geeignete Kraft ausübt, durch die die elastische Stellantriebseinwirkung auf die Verbindung überwunden wird, wobei diese Kraft von dem Grad der Übersteuerung, der erforderlich ist, abhängig ist.

Die Ist- oder tatsächliche Trimmposition wird durch einen Positionsdetektor 20, bei dem es sich um ein Potentiometer oder um einen linear veränderbaren Differentialtransformator handeln kann, abgefühlt, der ein Trimmpositionssignal auf einer Leitung 21 liefert. Das Trimmpositionssignal auf der Leitung 21 wird zu einem Summierpunkt 22 zurückgeführt, der den Eingang eines Verstärkers 23 bilden kann, um von

einem Positionsbefehlssignal, d.h. einer Führungsgröße, auf einer Leitung 24 subtrahiert zu werden. Der Verstärker 23 steuert das Stellventil 18 an, damit sich der Stellantrieb in eine gewünschte Trimmposition bewegt. Das Positionsbefehlssignal auf der Leitung 24 wird durch ein Autopilotsystem erzeugt, mit oder ohne darin enthaltene Stabilitätserhöhungssignale, so daß der Hubschrauberflug automatisch geregelt wird, wenn das System eingeschaltet ist, wie durch ein Signal auf einer Leitung 25, das eine bistabile Vorrichtung 26 setzt, die ein Signal auf einer Leitung 27 liefert, mit dem das Einschaltventil 19 betätigt wird. Die bis hierher gegebene Beschreibung bezieht sich auf einen typischen Hubschraubertrimmstellantriebsregelkreis, der dem Giertrimmstellantrieb gleicht, welcher aus der US-PS 4 206 891 bekannt ist.

Gemäß der Erfindung liefert ein adaptives Stellantriebsmodell 30 ein Modellpositionssignal auf einer Leitung 31 zur Subtraktion von dem Trimmpositionssignal auf der Leitung 21 in einem Summierpunkt 32, um ein Gleichlauffehlersignal auf einer Leitung 33 zu erzeugen. Das Gleichlauffehlersignal auf der Leitung 33 kann an einen Fenstervergleicher 34 angelegt werden, um festzustellen, ob sein Absolutwert -Schwellenwerte übersteigt, die durch Bezugsspannungen in dem Fenstervergleicher 34 geliefert werden, der dann ein Signal über eine Leitung 35 direkt und über eine Verzögerungsschaltung 36 an eine UND-Schaltung 37 anlegt. Wenn das Signal auf der Leitung 35 während der gesamten Periode der Verzögerungsschaltung 36 vorhanden ist, wird das Ausgangssignal der Verzögerungsschaltung 36 auf der Leitung 38 an dem Eingang gleichzeitig mit dem Signal auf der Leitung 35 vorhanden sein. In diesem Fall wird die UND-Schaltung 37 ein Fehlersignal auf einer Leitung 40 erzeugen. Die Verwendung der Verzögerungsschaltung 36 und der UND-Schaltung 37 gewährleistet, daß kein Fehler angezeigt wird, wenn nicht

das Gleichlauffehlersignal eine gewisse Zeitspanne* beispielsweise 250 ms, überdauert, wodurch die Erzeugung von unechten Fehleranzeigen als Ergebnis von Rauschen vermieden und außerdem der Bewegung des Stellenantriebs (obgleich nicht notwendigerweise dessen Position) gestattet wird, sich zu stabilisieren, bevor irgendwelche Fehler abgefühlt werden. Ein langsames Ansprechen aufgrund von anfänglicher Reibung od. dgl. wird deshalb keine unechten Fehler erzeugen.

Das Modell 30 spricht auf die Differenz zwischen dem Positionsbefehlssignal auf der Leitung 24 und dem Modellpositionssignal auf der Leitung 31 an, die durch einen Summierpunkt 41 geliefert wird. Diese liefert ein Modellfehlersignal auf einer Leitung 42, welches durch eine mit Bezug auf Fig. 2 ausführlicher beschriebene Grenzwert- oder Begrenzungseinstellschaltung 43 hindurchgeleitet wird, deren Ausgangssignal über eine Leitung 44 an einen integrierenden Verstärker 45 angelegt wird, welcher das Modellpositionssignal auf der Leitung 31 erzeugt. Der integrierende Verstärker 45 liefert auf der Leitung 31 eine Integration des Positionsfehlers analog der tatsächlichen Bewegung des Stellantriebs 16, der diese Integration über der Zeit vornimmt. Zusätzlich zu dem Modellfehlersignal auf der Leitung 42 spricht die Grenzwerteinstellschaltung 43 auf ein Rohgrenzwertvariablen- oder Grundgrenzwertänderungssignal auf einer Leitung 46 an, das von einem Verstärker 47 geliefert wird, der das Gleichlauffehlersignal auf der Leitung 33 in geeigneter Weise skaliert, wie im folgenden noch näher beschrieben. Die Verwendung eines Differentialquotienten des Gleichlauffehlersignals auf der Leitung 33 hat zur Folge, daß die Stellantriebsfehlererkennung durch die Anordnung nach der Erfindung adaptiv ist, d.h. sie ist von dem Gleichlauffehler abhängig, der als die Differenz zwischen der tat*- sächlichen Trimmposition und der erwarteten Trimmposition (Modellposition) abgefühlt wird, die die Erzeugung der Modellpo-

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sition steuert. Die Grenzwerteinstellschaltung 43 spricht außerdem auf ein Nichtpilotübersteuerungssignal auf einer Leitung 50 an, das durch einen Fenstervergleicher 51 immer dann erzeugt wird, wenn ein Positionsdifferenzsignal auf einer Leitung 52 eine vorbestimmte Größe in der einen oder anderen Richtung übersteigt, die durch geeignete Bezugsspannungen innerhalb des Fenstervergleichers 51 festgesetzt wird. Das Signal auf der Leitung 52 ist die von einem Summierpunkt 53 gelieferte Differenz zwischen dem Trimmpositionssignal auf der Leitung 21 und einem Steuerknüppelpositionssignal auf der Leitung 54 aus einem Positionsdetektor 55, der die Position der mechanischen Verbindung 13 abfühlt. Die Differenz in den Signalen auf den Leitungen 21 und 54 ist deshalb eine Anzeige der Differenz zwischen der Verbindungstrimmposition und der Istverbindungsposition und gibt den Grad der Übersteuerung durch Bewegung des Steuerknüppels 12 durch den Piloten an, die sich äußert. Der Fenstervergleicher 51 kann so eingestellt werden, daß er das Nichtpilotübersteuerungssignal auf der Leitung 50 solange bildet, wie die Differenz in den Signalen auf den Leitungen 21 und 54 weniger als etwa 8,90 N an auf den Steuerknüppel 12 ausgeübter Kraft darstellt. Andererseits, wenn das Stellantriebssystem, bei dem die Erfindung benutzt werden soll, sich auf die Gierachse eines Hubschraubers bezieht, könnte das Nichtpilotübersteuerungssignal . auf der Leitung einfach immer dann erzeugt werden, wenn die Pedalauslöseschalter geschlossen sind, was anzeigt, daß der Pilot nicht versucht, die Pedale entgegen der Trimmposition zu bewegen.

Allgemein sorgt die Grenzwerteinstellschaltung 43 für eine Begrenzung der Größe des Modellfehlersignals auf der Leitung 42, bevor dieses über die Leitung 44 an den integrierenden Verstärker 45 angelegt wird. In dem allge-

meinen Fall, beispielsweise wenn der Stellantrieb in einer gewünschten Position ist, die mit der Modellposition übereinstimmt, wird die Grenzwerteinstellschaltung 43 Nenngrenzwerte sowohl in der Plus- als auch in der Minusrichtung haben. Diese Grenzwerte können Stellantriebsbewegungsgeschwindigkeiten von beispielsweise -10% der vollen Steuerknüppelverstell barkeit pro Sekunde äquivalent sein. Diese Geschwindigkeit wird gleich der Nenngeschwindigkeit des Stellantriebs 16 gewählt. In dem Fall von Trimmstellantrieben, die in der Lage sind, den vollen Verstellhub auszuführen, beispielsweise wenn sie durch Autopilotsignale angesteuert werden, wird die Geschwindigkeit, mit der der Stellantrieb die Verstellung ausführen kann, normalerweise so begrenzt, daß sie in dem Bereich von 10-20% der vollen Verstellbarkeit pro Sekunde liegt. Dadurch wird jedwede Tendenz für einen schädlichen Endausschlagsbetrieb der Steuervorrichtungen als Ergebnis von fehlerhaften elektrischen Positionsbefehlssignalen vermieden.

Die Grenzwerteinstellschaltung 43 ist jedoch gemäß der Erfindung adaptiv, weil die Nenngeschwindigkeitsgrenzwerte kontinuierlich veränderlich in Abhängigkeit von der Größe des Gleichlauffehlersignals auf der Leitung 33 eingestellt werden. Wenn sich der Stellantrieb mit einer Geschwindigkeit bewegt, die größer als die des Modells ist, weil die Belastung sehr gering ist, eilt der Stellantrieb somit dem Modell vor, so daß die Grenzwerte des Modellfehlersignals erhöht (gelockert) werden können, um dem Modell zu gestatten, einen schnelleren Stellantrieb darzustellen und deshalb dem Betrieb des echten Stellantriebs enger zu folgen.

Wenn das Gleichlauffehlersignal auf der Leitung 32 null ist, wird im allgemeinen die Grenzwerteinstellschaltung 43 die Nenngrenzwerte haben. Wenn das Modell dem Stellantrieb

exakt folgt/ d.h. mit ihm in Gleichlauf ist, und zwar auf sich ständig ändernde Positionsbefehlssignale auf der Leitung 24 hin, wird das Modellfehlersignal auf der Leitung 42 (das aufgrund der Veränderung in dem Eingangsbefehl endlich sein wird) durch die Schaltung 43 deshalb intakt hindurchgehen, sofern es nicht positiver als der positive Nenngrenzwert oder negativer als der negative Nenngrenzwert ist. Wenn aber, was üblicherweise der Fall ist, das Modell und der Stellantrieb nicht völlig im Gleichlauf sind, wird ein endliches Gleichlauffehlersignal auf der Leitung 33 vorhanden sein. Wenn dieses Signal positiv ist und das Positionsbefehlssignal eine positivere Position verlangt, so zeigt das an, daß der Stellantrieb unter extrem geringer Belastung und deshalb mit einer Geschwindigkeit arbeitet, die größer als die Nenngeschwindigkeit des Modells ist. Die Grenzwerteinstellschaltung 43 wird deshalb für das Modellfehlersignal Grenzwerte bilden, die höher als die Nenngrenzwerte sind. In dem Fall von zunehmend positiven Befehlen wird das Modellfehlersignal· immer positiv sein, weshalb die positive Seite der GrenZWerteinste^scha^ung wirksam sein wird. Andererseits, wenn das Gleichlauffehlersignal 33 in einem solchen Fall negativ ist, so würde das eine stärkere Belastung des Stellantriebs anzeigen, aufgrund der dieser mit einer Geschwindigkeit arbeitet, die kleiner als die Modellgeschwindigkeit ist, und dieses negative Signal wird bewirken, daß die Grenzwerteinstellschaltung 43 die durch sie hindurchgeleiteten positiven Mode^fel^ersignale stärker begrenzt (d.h. diesen einen niedrigeren Grenzwert gibt). In Abhängigkeit von der Richtung des Positionsbefehls selbst (für eine zunehmende Position oder eine abnehmende Position im Vergleich zu der gegenwärtigen Position des Trimmstellantriebs und des Modells) werden somit positive Gleichlauffehler eine größere Stellantriebsgeschwindigkeit anzeigen und einen höheren Grenzwert verursachen, wohingegen negative

Gleichlauffehler eine niedrigere Stellantriebsgeschwindigkeit anzeigen und einen niedrigeren Änderungsgeschwindigkeitsgrenzwert in dem Modell verursachen. Wenn aber die Positionsbefehle zunehmend negativ sind, dann zeigen negative Gleichlauffehler an, daß der Stellantrieb mit einer größeren Geschwindigkeit (geringeren Belastung) arbeitet und deshalb dem Modell voreilt, und verursachen eine Erhöhung in der zulässigen Änderungsgeschwindigkeit innerhalb des Modells.

Eine als Beispiel herangezogene Schaltung, die an sich nicht Teil der Erfindung ist, zum Implementieren der Grenzwerteinstellschaltung der Anordnung nach der Erfindung ist in Fig. 2 dargestellt. Dort wird das Modellfehlersignal auf der Leitung 42 durch einen Trennverstärker 60 hindurchgeleitet, der zur Vereinfachung der folgenden Beschreibung als nichtinvertierender Verstärker angenommen wird. Der Ausgang des Verstärkers 60 ist mit der Grenzwerteinstellschaltung verbunden, so daß er das änderungsgeschwindigkeitsbegrenzte Fehlersignal auf der Leitung 44 liefert. Es wird zuerst der Fall betrachtet, in welchem das Gleichlauffehlersignal auf der Leitung 33 null ist, so daß nur die Nenngrenzwerte gebildet werden. Der positive Nenngrenzwert wird durch eine Z-Diode 61 in Reihe mit einer unilateralen Impedanz in Form einer Diode 62 gebildet, die mit einem Bezugspotential in einem Punkt 63 verbunden ist. Wenn das Gleichlauffehlersignal auf der Leitung 33 null ist, befindet sich der Bezugspunkt 63 auf dem Massepotential null. Die Z-Diode ist so gewählt, daß sie in Sperrichtung einen Spannungsabfall hat, der den gewünschten Nenngrenzwert darstellt, den die Spannung an der Signalleitung 44 haben wird, wenn sie eine Positionsänderungsgeschwindigkeit von etwa 10% der vollen Verstellbarkeit (authority) pro Sekunde darstellt. Wenn der Bezugspunkt auf Masse- oder Nullpotential ist, wird daher die Signal-

leitung 44 den positiven Nenngrenzwert führen. Ebenso werden Signale in der negativen Richtung mit einem geeigneten negativen Nenngrenzwert durch eine Z-Diode 65 geliefert, die die gleiche Diode wie die Z-Diode 61 sein kann, aber entgegengesetzt gepolt in Reihe mit einer unilateralen Impedanz in Form einer Diode 66 an einen Bezugspunkt 67 angeschlossen ist. Ebenso befindet sich, wenn kein Gleichlauffehlersignal auf der Leitung 33 vorhanden ist, der Bezugspunkt 67 auf Null- oder Massepotential, so daß das änderungsgeschwindigkeitsbegrenzte Fehlersignal auf der Leitung 44 auf einen Wert begrenzt wird, der gleich einer Stellantrlebsverstellgeschwindigkeit in der Größenordnung von -10% der vollen Verstellbarkeit pro Sekunde ist.

Der veränderliche Grenzwert wird erhalten, indem die Potentiale der Bezugspunkte 63, 67 eingestellt werden. Diese Punkte werden in Abhängigkeit von dem Grundgrenzwertänderungssignal auf der Leitung 46 eingestellt, welches genau eine skalierte Funktion des Gleichlauffehlersignals auf der Leitung 33 in Fig. 1 ist. Für den Augenblick sei angenommen, daß das Gleichlauffehlersignal zu einer Zeit positiv ist, zu der der Stellantrieb in zunehmend positive Positionen verstellt wird. Gemäß obiger Beschreibung wird, wenn die Positionsbefehlssignale auf der Leitung 24 (Fig. 1) zunehmend positive Positionen verlangen, das Modellfehlersignal auf der Leitung 42 positiv sein. Das Grundgrenzwertveränderungssignal auf der Leitung 46 ist von dem Gleichlauffehlersignal abhängig und wird unter der Annahme, daß keine weiteren Inversionen erfolgen, positiv sein, da der Stellantrieb dem Modell voreilt (bei einer geringen Belastung), weshalb der Nenngrenzwert vergrößert werden sollte, wofür es erforderlich ist, das Potential an dem Bezugspunkt 63 zu vergrößern. Das Grundgrenzwertveränderungssignal auf der Leitung 46 wird durch einen invertierenden Verstärker 72 hin-

durchgeleitet, so daß eine negative Version desselben auf einer Leitung 73 erscheint, die an den negativen Eingang eines Rückkopplungsverstärkers 74 angelegt wird, was zur Folge hat, daß dessen Ausgangssignal auf einer Leitung 75 positiver als das Massepotential wird. Das positive Signal wird über einen Rückkopplungswiderstand 76 rückgekoppelt, der so gewählt werden kann, daß er den gleichen Wert wie ein Eingangswiderstand 77 hat, so daß die Verstärkung eins beträgt. Wenn jedoch das Signal auf der Leitung 75 die Sperrspannung der Z-Diode 78 übersteigt, wird die Spannung auf der Leitung 75 auf diese Spannung festgeklemmt. Die Schwellenspannung der Z-Diode 78 kann gleich demjenigen Bruchteil der Schwellenspannung der Z-Diode 61 genommen werden, um den die zulässige Voreilung in dem veränderlichen Grenzwert in einer positiven Richtung erwünscht ist, im Vergleich zu dem Nenngrenzwert. Wenn beispielsweise ein Nenngrenzwert von 10% der Verstellbarkeit pro Sekunde und ein Entwurfsziel angenommen werden, das diesem Nenngrenzwert gestattet, 15% der Verstellbarkeit pro Sekunde zu erreichen, so kann die Z-Diode 61 eine Durchbruchspannung haben, die doppelt so groß ist wie die der Z-Diode 78. Wenn dieser Schwellenwert erreicht wird, werden zwei weitere Z-Dioden 79, 80 in Reihe mit der Z-Diode 78 in Durchlaßrichtung betrieben, weshalb sie und/oder ein Schalter 81 leiten werden. Die Rückkopplung wird so auf die Spannung begrenzt, die durch die Z-Diode 78 festgesetzt wird, und steuert daher das Ausmaß, um das das Potential an dem Bezugspunkt 63 erhöht werden kann, was außerdem zur Folge hat, daß die Spannung an der Leitung 44 in einem entsprechenden Ausmaß erhöht wird, bevor die Z-Diode 61 in Sperrichtung betrieben wird. In Abhängigkeit von der Größe des Grundgrenzwertveränderungssignals auf der Leitung 46 kann der Bezugspunkt in seinem Potential erhöht werden, und zwar in jedem Ausmaß bis zu dem Durchbruchpotential der Z-Diode 78, von welchem

an es nicht weiter ansteigen kann. Das ergibt eine positive Zunahme des Grenzwerts, durch die die Voreilung des Stellantriebs gegenüber dem Modell berücksichtigt wird, wenn sowohl das Gleichlauffehlersignal als auch das Modellfehlersignal· positiv sind (und ein zunehmendes Positionsbefehlssignal auf der Leitung 24 in Fig. 1 anzeigen).

Es sei nun jedoch angenommen, daß das Grundgrenzwertänderungssignal auf der Leitung 46 negativ ist. Das wird sich aus einem negativen Gleichlauffehlersignal auf der Leitung 33 (Fig. 1) ergeben, was anzeigt, daß der Stellantrieb dem Modell nacheilt (d.h. eine Geschwindigkeit hat, die niedriger ist als die Nenngeschwindigkeit des Modells) . In diesem Fall wird das negative Grundgrenzwertänderungssignal auf der Leitung 46 wieder durch den Verstärker 72 invertiert, damit sich ein positives Signal auf der Leitung 73 ergibt. Das wird zu einem negativen Signal auf der Leitung 75 führen, welches gleich dem Grundgrenzwertänderungssignal auf der Leitung 46 ist, wodurch der Bezugspunkt 63 negativer angesteuert wird, so daß niedrigere Spannungen an der Leitung 44 die Z-Diode 61 zum Leiten bringen. Wenn das Signal auf der Leitung 75 ausreichend negativ wird, wird jedoch das Sperrpotential· für die Z-Diode 79 überschritten (wobei angenommen ist, daß dieses gieich dem Potential der Z-Diode 78 ist) und unter der Annahme, daß das Nichtpilotübersteuerungssignal· auf der Leitung 50 vorhanden ist, werden das Vorwärtsleiten über die Diode 78, das Rückwärtsieiten über die Diode 79 und das Leiten über den Schaiter 81 einen Grenzwert in der Spannung an dem Widerstand 76 hervorrufen und dadurch das Ausgangssignal· auf der Leitung 75 auf einem gewünschten Wert festkiemmen, welcher eine Spannung ist, die in dem hier beschriebenen Beispiel gleich -5% der vollen Verstellbarkeit pro Sekunde ist. Die Schaltungsanordnung 72-81 wird nun das Erhöhen oder Verringern des positiven Nenngrenzwertes um bis zu einem gewünschten Bruch-

teil desselben, wie beispielsweise der Hälfte in dem hier beschriebenen Beispiel, gestatten.

Es werde der Fall betrachtet, in welchem der Pilot in einem Ausmaß, das über den Schwellenwert hinausgeht, auf den Steuerknüppel drückt, was bedeutet, daß der Pilot das Trimmsystem übersteuert. Das wird, wie oben mit Bezug auf Fig. 1 beschrieben, zur Folge.haben, daß das Nichtpilotübersteuerungssignal auf der Leitung 50 verschwindet, so daß der Schalter 81 nun geöffnet wird. In diesem Fall wird der Stellantrieb 16 unveränderlich dazu tendieren, dem Modell nachzueilen, was bedeutet, daß der Gleichlauffehler auf der Leitung 33 (für zunehmende Positionsbefehle auf der Leitung 24) negativ sein wird. Das bedeutet, daß das Grundgrenzwertänderungssi gnal auf der Leitung 46 negativ sein wird, was ein positives Eingangssignal auf der Leitung 73 an dem Verstärker 74 und somit ein negatives Signal auf der Leitung 75 zurFolge hat. In diesem Fall ist aber der Schalter 81 offen, so daß das Rückwärtsleitungspotential von beiden Dioden 79 und 80 akkumulativ überwunden werden muß (d.h. die Summe ihrer Rückwärtsleitungsspannungen), bevor die Dioden 78-80 den Widerstand 76 kurzschließen können. Unter der Annahme, daß die Z-Diode 80 so gewählt worden ist, daß sie dasselbe Durchbruchpotential wie die Z-Dioden 78, 79 hat (die Hälfte des Durchbruchpotentials der Z-Diode 61), kann das Signal auf der Leitung 75 so negativ wie das Durchbruchpotential der Z-Diode 61 werden, so daß jedes positive Signal (nahe 0 V) den Durchbrueh der Z-Diode 61 verursachen kann; das hat die vollständige Begrenzung des änderungsgeschwindigkeitsbegrenzten Fehlersignals auf der Leitung 44 auf null Volt zur Folge. Wenn das Gleichlauffehlersignal groß genug ist, wenn der Pilot das System übersteuert, kann somit das änderungsgeschwindigkeitsbegrenzte Fehlersignal auf der Leitung 44 auf einem niedrigen Wert von null gehalten werden, so daß das Ausgangssignal des integrierenden

Verstärkers 45 in gewissem Sinn konstant bleiben wird, und jede Bewegung des Stellantriebs 16 wird deshalb in der Lage sein/ das Gleichlauffehlersignal auf der Leitung 33 zu verringern. Das bedeutet, daß das Modell statisch gehalten werden kann, um dem Stellantrieb zu gestatten, während der Übersteuerung durch den Piloten Schritt zu halten. Im normalen Fall braucht der Pilot den Stellantrieb nicht vollständig zu übersteuern, weshalb der Nenngrenzwert je nach Bedarf auf irgendeinen kleinen, von null verschiedenen Wert verringert werden kann.

Es sei der Fall betrachtet, in welchem der Befehl und das Grundgrenzwertänderungssignal auf der Leitung 46 jeweils negativ sind. Das ist genau das Gegenteil des Falles, in welchem sowohl der Befehl als auch das Grundgrenzwertänderungssignal positiv sind: d.h., es zeigt an, daß der Stellantrieb dem Modell aufgrund geringer Belastung an dem Stellantrieb im Vergleich zum Nennwert voreilt. In diesem Fall bewirkt ein negatives Grundgrenzwertänderungssignal auf der Leitung 46 ein positives Signal auf der Leitung 73 an dem invertierenden Eingang eines Verstärkers 90, so daß ein negatives Signal über die Verstärkerausgangsleitung 91 abgegeben wird. Das negative Signal wird eine Größe haben, die in Beziehung zu dem Grundgrenzwertänderungssignal steht, sofern es nicht den gewünschten negativen veränderlichen Grenzwert Übersteigt. Wenn der Bezugspunkt 67 weiter ins Negative gesteuert wird, so bedeutet das, daß die änderungs geschwindigkeitsbegrenzten Fehlersignale auf der Leitung 44 negativer sein werden, bevor es zum Rückwärtsleiten der Z-Diode 65 kommt. Unter der Annahme einer Z-Diode 92, die eine Rückwärtsleitungsspannung hat, welche halb so groß ist wie die der Z-Diode 65 (z.B. gleich den 5% an Verstellbarkeit pro Sekunde), so wird, wenn das Signal auf der Leitung 91 diesen Schwellenwert übersteigt, die Z-Diode 92 leiten, und die Z-Diode 93 zusammen mit einer Z-Diode 94 und/oder einem

Schalter 95 werden ebenfalls leiten, wodurch die Rückkopplungsspannung an einem Widerstand 96 auf diejenige begrenzt wird, die bewirkt, daß der Inverter 90 ein negatives Signal liefert, das dem Ansteigen des negativen Grenzwerts um die Hälfte des negativen Nenngrenzwerts (in dem hier beschriebenen Beispiel) äquivalent ist. Ebenso, wenn das Modellfehlersignal auf der Leitung 42 negativ ist, was zunehmend negative Positionsbefehle anzeigt, und wenn das Grundgrenzwertänderungssignal auf der Leitung 46 positiv ist, so bedeutet das, daß der Stellantrieb dem Modell in seiner negativen Bewegung nacheilt, so daß das Modell (in der negativen Richtung) verringert werden sollte. Ein positives Grundgrenzwertänderungssignal auf der Leitung 46 wird deshalb ein negatives Signal an dem Eingang des Verstärkers 90 bewirken, was zu einem positiven Signal auf der Verstärkerausgangsleitung 91 führt.

Dieses steuert den Bezugspunkt 67 weiter ins Positive, so daß die änderungsgeschwindigkeitsbegrenzten Fehlersignale auf der Leitung 44 mit einem kleineren negativen Wert bezüglich des positiven Bezugspunktes 67 den Rückwärtsleitungsschwellßnwert der Z-Diode 65 übersteigen werden. Wenn die Signalleitung 91 ausreichend positiv wird, um den Rückwärtsleitungsschwellenwert der Z-Diode 93 zu übersteigen, werden die Z-Diode 92, die Z-Diode 93 zusammen mit der Z-Diode 94 und/oder dem Schalter 95 leiten und die Rückkopplungsspannung auf diejenige begrenzen, die eine Spannung an der Leitung 91 ergibt, welche gleich dem Rückwärtsleitungsschwellenwert der Z-Diode 93 ist, wie beispielsweise eine Geschwindigkeit von -5% Verstellung pro Sekunde in dem hier beschrieben Beispiel. Wenn aber der Schalter 95 durch das NichtVorhandensein des Nichtpilotüber-Steuerungssignals auf der Leitung 50 geöffnet ist, dann ist das doppelte der Sperrspannung erforderlich, um beide Z-Dioden 93, 94 in Reihe zu betreiben, bevor die Spannung an der

O I ΔΌΟ

Leitung 91 begrenzt wird. Wenn diese beiden Z-Dioden einen Rückwärtsleitungsschwellenwert haben, der halb so groß ist wie der der Z-Diode 65, so bedeutet das, daß der Bezugspunkt 67 in gleichem Maße wie der Rückwärtsleitungsschwellenwert der Z-Diode 65 positiv werden kann, so daß negative Signale selbst geringster Größe zum Leiten der Z-Diode 65 führen. Mit einer Pilotübersteuerung kann daher die Größe des Grundgrenzwertänderungssignals auf der Leitung 46 bis zu dem Punkt der totalen Begrenzung des änderungsgeschwindigkeitsbegrenzten Fehlersignals auf der Leitung 44 benutzt werden, so daß der integrierende Verstärker 45 (Fig. 1) kein Eingangssignal haben und das Modell stillstehen und warten wird, bis der Stellantrieb zu ihm aufschließt, wie oben beschrieben, wenn der Pilot den Stellantrieb 16 durch die Steuerknüppelbewegung zum Stillstand oder beinahe zum Stillstand gebracht hat.

Die adaptive Stellantriebsfehlererkennungsanordnung, die in Fig. 1 dargestellt ist und die Grenzwerteinstellschaltung von Fig. 2 enthält, kann bei Bedarf digital implementiert werden. Tatsächlich ist die Erfindung auf einem geeignet programmierten Digitalcomputer des Typs implementiert worden, wie er in einer US-Patentanmeldung, Serial No. 938 583,der Anmelderin vom 31. August 1978 beschrieben ist, die den Titel "SELECTIVE DISABLEMENT IN FAIL-OPERATIONAL, FAIL-SAFE MULTI-COMPUTER CONTROL SYSTEM" trägt. In dieser Anmeldung sind zwei gleiche Computer in Synchronismus im Duplexbetrieb oder einzeln im Simplexbetrieb betreibbar. Die Erfindung ist in Form eines einzelnen Computers zwar implementiert worden, sie ist jedoch offenbar auch in einer Mehrcomputerkonfiguration implementierbar.

Eine digitale Ausfuhrungsform der adaptiven Stellantriebsfehlererkennungsanordnung nach der Erfindung kann gemäß den

Computerprogrammroutinen implementiert werden, die in vereinfachter Form in den Fig. 3 und 4 dargestellt sind. In Fig. 3 wird eine Stellantriebsfunktionsfähigkeitsroutine über einen Eingangspunkt 100 erreicht, und ein erster Test stellt fest, ob das Trimmsystem (d.h. das System, das den Stellantrieb 16 von Fig. 1 betätigt und steuert) ausgefallen ist. Wenn das der Fall ist, lautet das Ergebnis eines Tests 101 JA, und die Stellantriebsfunktionsfähigkeitsroutine wird über einen Rückkehrpunkt 102 umgangen, der den Computer anweisen wird, mit anderen Programmroutinen fortzufahren, die sich nicht auf die Stellantriebsfunktionsfähigkeit beziehen. Wenn das Trimmsystem aber nicht ausgefallen ist, wird ein negatives Ergebnis des Tests 101 zu einem Test 103 führen, in welchem festgestellt wird, ob das Trimmsystem eingeschaltet ist. Wenn es nicht eingeschaltet ist, wird in einem Schritt 104 ein Modellpositionswert (äquivalent dem Ausgangssignal des Modells auf derLeitung 31 in Fig. 1) gleich dem Positionsbefehl (dem Eingangssignal auf der Leitung 24 in Fig. 1) gesetzt. In einem Schritt 105 wird ein positiver Grenzwert gleich dem Nenngrenzwert gesetzt (wie beispielsweise gleich einem Nennstellantriebsänderungsgeschwindigkeitsgrenzwert von +10% der vollen Stellantriebsverstellung pro Sekunde), und in einem Schritt 106 wird ein negativer Grenzwert gleich dem Kehrwert des posiciven Grenzwerts gesetzt. Die Schritte 104-106 bewirken dadurch, daß die Stellantriebsfunktionsfähigkeitsroutine ständig mit den Nennänderungsgeschwindigkeitsgrenzwerten und einer akkumulierten Modellposition gleich dem gegenwärtigen Positionsbefehl initialisiert wird. Wenn das Trimmsystem eingeschaltet wird, wird das Modell daher mit demselben Eingangssignal wie der Stellantrieb und mit den Nenngrenzwerten beginnen.

Nachdem das Trimmsystem eingeschaltet worden ist, so wird, vorausgesetzt, daß das System nicht ausfällt, wie im fol-

genden beschrieben, jeder Durchlauf durch das Computerprogramm (beispielsweise einmal pro 50 ms in einem Hauptcomputerzyklus) den Eingangspunkt 100 erreichen, der Test 101 wird negativ sein und der Test 103 wird positiv sein, so daß die Stellantriebsfunktionsfähigkeitsroutine tatsächlich ausgeführt wird.

In Fig. 3 wird in einem Test 107 festgestellt, ob der Absolutwert der Differenz zwischen der Steuerknüppelposition und der Trimmposition größer als 8,90 N (2 lbs) ist; wenn das der Fall ist, wird in einem Schritt 108 ein Pilotübersteuerungsflag gesetzt. Das ist der Funktion des Summierpunkts 53 und des Fenstervergleichers 51 in Fig. 1 äquivalent. Dann liefert ein Schritt 109 den Gleichlauffehlerwert als Differenz zwischen der Trimmposition und der Modellposition, äquivalent dem Summierpunkt 32 in Fig. 1. In einem Schritt 110 wird die Grund- oder Rohgrenzwertvariable als der Gleichlauffehler mal einem Verstärkungsfaktor festgesetzt, was dem Verstärker 47 in Fig. 1 äquivalent ist. Dann wird in einem Schritt 110a ein Modellfehlerwert erzeugt, der gleich der Differenz zwischen dem Positionsbefehl und der Modellposition ist, was dem Summierpunkt 41 in Fig. 1 äquivalent ist.

In der Digitalausführung, die in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist, wird ein einzelner variabler Grenzwert geschaffen, um zu dem Nenngrenzwert addiert oder von diesem subtrahiert zu werden, äquivalent dem ersten Quadranten (d.h. den positiven Grenzwerten, die gegenüber positiven Modellfehlern wirksam sind, wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt), der die Funktion des Verstärkers 74 und der diesem zugeordneten Schaltungsanordnung in Fig. 2 erfüllt. Das wird in der Digitalausführung erreicht, indem festgestellt wird, ob der Modellfehler negativ ist, und, wenn er es ist, das Vor-

zeichen der Grundgrenzwertänderung oder Grundgrenzwertvariablen umgekehrt wird. Das ergibt die Grundgrenzwertvariable, die nicht verändert wird, wenn der Modellfehler positiv ist, und die, wenn der Modellfehler negativ ist, dieselbe Vor:~ zeichenbeziehung zu ihm haben wird, wie wenn der Modellfehler positiv wäre. Die Grundgrenzwertvariable kann daher benutzt werden, um die variablen Grenzwerte (wie in Fig. 2) zu erzeugen, als ob der Modellfehler positiv wäre, und kann dann wieder umgewandelt werden, so daß sich eine Begrenzung im vierten Quadranten ergibt, wenn der Modellfehler negativ ist. Zu diesem Zweck wird in einem Test 111 in Fig. 3 festgestellt, ob der Modellfehler kleiner als null ist. Wenn dem so ist, wird in einem Schritt 112 das Vorzeichen der Grundgrenzwertvariablen umgekehrt. Dann wird der grundlegende variable Grenzwert (nur davon abhängig, ob der Gleichlauffehler anzeigt, daß der Stellantrieb dem Modell voreilt oder nacheilt) gebildet, beginnend mit einem Test 113, in welchem festgestellt wird, ob die Grundgrenzwertvariable größer als +5% pro Sekunde ist. Wenn das der Fall ist, liefert ein Schritt 114 eine Grenzwertvariable, die gleich einer Stellantriebsänderungsgeschwindigkeit von +5% der vollen Verstellung pro Sekunde ist. Wenn aber der Test 113 negativ ist, dann wird in einem Test 115 festgestellt, ob die Grundgrenzwertvariable negativer als eine Stellantriebsänderungsgeschwindigkeit von -5% der vollen Stellantriebsverstellung pro Sekunde ist. Wenn dem so ist, wird in einem Schritt 116 eine Grenzwertvariable erzeugt, die gleich einer Stellantriebsänderungsgeschwindigkeit von -5% der vollen Verstellung pro Sekunde ist. Wenn aber beide Tests 113 und 115 negativ sind, erzeugt ein Schritt 116 eine Grenzwertvariable, die gleich der Grundgrenzwertvariablen ist.

In Fig. 3 besteht die nächste Funktion darin, festzustellen, ob eine zusätzliche Begrenzung in der Nacheilrichtung erwünscht ist oder nicht, weil der Pilot das Trimmsystem übersteuert. In einem Test 118 wird das Pilotübersteuerungsflag geprüft, das in dem oben erwähnten Schritt 108 gesetzt worden sein kann. Wenn es gesetzt ist, wird die Grundgrenzwertvariable in einem Test 119 überprüft, um festzustellen, ob sie in der Voreilrichtung liegt (d.h. in der in Fig. 3 ausgeführten Einquadrantengrenzwerterzeugung größer als null ist). Wenn dem so ist, wird ein Ubersteuerungsgrenzwert in einem Schritt 120 erzeugt, der gleich null ist. Das berücksichtigt den Fall, in welchem, obgleich der Pilot übersteuert, der Stellantrieb gegenüber dem Modell noch voreilt, so daß eine zusätzliche ModelInacheilung nicht erforderlich ist, um die Stellantriebsverlangsamung in Abhängigkeit von Kräften zu berücksichtigen, die durch den Piloten auf die Vorrichtung ausgeübt werden. Wenn keine Pilotübersteuerung vorliegt, wird ein negatives Ergebnis des Tests 118 bewirken, daß in dem Schritt 120 ein Ubersteuerungsgrenzwert von null festgesetzt wird. Wenn der Test 119 negativ ist, dann wird in einem Test 121 festgestellt, ob die Grundgrenzwertvariable eine Nacheilung anzeigt, die größer als 5% der vollen Stellantriebsverstellung ist. Wenn dem so ist, wird in einem Schritt 122 ein Ubersteuerungsgrenzwertsignal erzeugt, das gleich einer Nacheilung von 5% der Stellantriebsverstellung pro Sekunde ist. Wenn dem aber nicht so ist, wird der Ubersteuerungsgrenzwert in einem Schritt 123 so erzeugt, daß er gleich der Grundgrenzwertvariablen ist. Der endgültige Grenzwert für eine Einquadrantenbegrenzungsschaltung wird in Fig. 3 in einem Schritt 124 erzeugt, der einen positiven Grenzwert als Summe des Nenngrenzwerts, der Grenzwertvariablen, die in einem der Schritte 114, 116, 117 geliefert wird,und des überSteuerungsgrenzwerts erzeugt, der in einem der Schritte 120, 122 oder 123 geliefert wird. Diese Schritte

erzeugen deshalb eine Grenzwertvariable, die eine gewisse Funktion des Gleichlauffehlers ist, solange das Gesamtergebnis nicht größer als 5% der Stellantriebsverstellung pro Sekunde ist, plus einem zusätzlichen Ubersteuerungsgrenzwert nur in der Nacheilrichtung, wenn der Pilot dieses System übersteuert, wobei der zusätzliche übersteuerungsgrenzwert mit 5% der Verstellung in der Nacheilrichtung zugelassen wird. Bei großen Gleichlauffehlern kann aber ein Maximum von 5% Voreilung oder 5% Nacheilung auftreten, wenn es zu keiner Übersteuerung kommt, in welchem Fall ein Maximum von 10% Nacheilung auftreten kann. Der gesamte Nenngrenzwert kann also beseitigt werden, was zur Folge hat, daß das Signal fest auf null in dem Fall einer großen Nacheilung begrenzt wird, wenn der Pilot das System übersteuert.

Das Stellantriebsfunktionsfähigkeitsprogramm geht vom unteren Ende in Fig. 3 über einen Obergangspunkt 125 zu dem oberen Ende in Fig. 4. Dort wird eine zusätzliche Überprüfung des Gesamtwertes des Einguadrantenbegrenzers ausgeführt, um zu gewährleisten, daß er zwischen null und 15% liegt. In einem Test 126 wird festgestellt, ob der positive Grenzwert eine Stellantriebsänderungsgeschwindigkeit von 15% der vollen Verstellung pro Sekunde übersteigt. Wenn dem so ist, wird in einem Schritt 127 der positive Grenzwert auf eine Änderungsgeschwindigkeit von 15% pro Sekunde begrenzt. Wenn aber der Test 126 negativ ist, wird in einem Test 128 festgestellt, ob der positive Grenzwert gleich irgendeiner negativen Stellantriebsänderungsgeschwindigkeit ist. Wenn dem so ist, wird der positive Grenzwert gleich null gesetzt (was als eine Änderungsgeschwindigkeit von 0% an Verstellung pro Sekunde angegeben ist), und zwar in einem Schritt 129. Der Einquadrantenbegrenzer wird dann in einem Schritt 130 in einen Zweiquadrantenbegrenzer umgewandelt, indem ein negativer Grenzwert gleich dem Negativen des positiven Grenzwerts gesetzt wird.

An diesem Punkt ist nun die Stellantriebsfunktionsfähigkeitsroutine von Fig. 3 und 4 bereit, die Grenzwerte einzusetzen. In Fig. 4 wird in einem Test 131 festgestellt, ob der Modellfehler den positiven Grenzwert übersteigt (welches der zusammengesetzte variable "Grenzwert ist, der in Fig. 3 erzeugt wird). Wenn dem so ist, wird in einem Schritt 132 der Modellfehler gleich dem positiven Grenzwert gesetzt. Wenn nicht, wird in einem Test 133 festgestellt, ob der Modellfehler negativer als der negative Grenzwert ist. Wenn dem so ist, wird in einem Schritt 134 der Modellfehler gleich dem negativen Grenzwert gesetzt. Wenn aber der Test

133 negativ ist, wird ein Modellfehler so gelassen, wie er ist, da er den geeigneten Grenzwert (entweder positiv oder negativ, je nachdem, ob der Modellfehler entweder positiv oder negativ ist) nicht übersteigt. Die Schritte 132 und

134 sind der Wirkung der Z-Dioden 61 bzw. 65 in Fig. 2 äquivalent, während die tatsächlichen Werte dieser Grenzwerte, die in Fig. 3 festgesetzt werden, dem Verändern des Potentials der Bezugspunkte 63, 67 beim Verändern des Grenzwerts vom Nennwert aus äquivalent sind.

Nachdem der begrenzte Modellfehlerwert erzeugt worden ist (welcher in Fig. 4 einfach der Modellfehlerwert ist, nachdem die Tests 131 und 133 erreicht worden sind und die Schritte 132 und 134 erreicht worden sein können, je nach dem Wert), wird die Funktion des integrierenden Verstärkers 45 in Fig. 1 ausgeführt. Der Schritt 135 liefert ein Modellpositionsinkrement, welches der begrenzte Modellfehler mal einem geeigneten Verstärkungsfaktor ist, äquivalent dem des integrierenden Verstärkers 45 in Fig. 1. In dem Schritt wird dieses Inkrement zu dem vorher akkumulierten Wert der Modellposition addiert, und zwar nach der bekannten Methode der stückweisen Integration. Selbstverständlich können die Werte Konstanten haben, die so festgesetzt sind, daß die

Inkremente eine zeitliche Integrationsbeziehung zur Echtzeit haben, so daß das Modell auf eine Weise nachgeführt wird, die der Vorschubgeschwindigkeit des Stellantriebs 16 (Fig. 1) entspricht.

In Fig. 4 bestehen die nächsten Funktionen darin, festzustellen, ob der Stellantrieb einen Fehler aufweist oder nicht. In einem Test 137 wird festgestellt, ob der Absolutwert des Gleichlauffehlers (der durch Benutzung der Modellposition ermittelt wird, die in dem vorherigen Zyklus im Schritt 109 in Fig. 3 geliefert wird) einen gewissen Schwellenwert übersteigt, wie beispielsweise 10% der vollen Verstellung (im Gegensatz zu den Änderungsgeschwindigkeiten, die oben beim Begrenzen benutzt werden). In diesem Test wird die übliche Vereinbarung benutzt, daß die Verstellung eines Steuerknüppels mit -50% angenommen wird, je nach der Richtung, wobei die volle Verstellung von -50% über null bis +50% geht. Der Test 137 wird daher positiv sein, wenn der Gleichlauffehler 10% der vollen Verstellung in der einen oder anderen Richtung übersteigt. Das ist der Funktion des Fenstervergleichers 34 (Fig. 1) äquivalent. Ein positives Ergebnis des Tests 137 wird zur Folge haben, daß in einem Schritt 138 ein Durchlaufzähler inkrementiert wird_r und in einem Test 139 wird festgestellt, ob der Durchlaufzähler einen Zählerstand von 5 erreicht hat oder nicht. Das ist der Verwendung der Verzögerungsschaltung 36 und der UND-Schaltung 37 in Fig. 1 äquivalent. Mit anderen Worten, wenn der Fehler über fünf Zyklen anhält (was etwa 250 ms äquivalent ist), wird von ihm angenommen, daß er nicht als Ergebnis von Signalrauschen oder als Ergebnis eines sprunghaften Stellantriebsbetriebes, wenn der Stellantrieb die statische Reibung beim Anfahren überwindet, od.dgl., erzeugt worden ist. Ein positives Ergebnis des Tests 139 wird bewirken, daß eine Codegruppe gesetzt und in einem nichtflüchtigen Speicher in den Schritten 140 und 141 gespeichert

vJ I ^. JO I \J

wird, was dem Abgeben eines Fehlersignals auf der Leitung 40 äquivalent ist. In einem Schritt 142 wird das Flag, das angibt/ daß das Trimmsystem eingeschaltet ist, und das in dem Test 103 abgefragt wird, rückgesetzt. In einem Schritt 143 wird das Trimmsystemausfallflag gesetzt, das der Funktion des Flipflops 26 in Fig. 1 äquivalent ist. In einem Schritt 144 wird dann der Durchlaufzähler rückgesetzt, was auch immer dann erfolgt, wenn der Gleichlauffehler nicht übermäßig groß ist, was durch ein negatives Ergebnis des Schrittes 137 ermittelt wird, und weitere Teile des Computerprogramms können über einen Rückkehrpunkt 145 erreicht werden. Immer dann, wenn der Test 139 negativ ist, was anzeigt, daß weniger als fünf Zyklen mit einem übermäßigen Fehler vorlagen, werden die Schritte 140-144 umgangen, und andere Teile des Programms werden über den Rückkehrpunkt 145 erreicht.

In der als Beispiel beschrieben Digitalausfuhrungsform von Fig. 3 ist es, wie bei jedem digital ausgebildeten Rückführungssystem, notwendig, einen oder einen anderen Wert zu benutzen, der in einem vorangehenden Zyklus erzeugt worden ist, um etwas in einem gegenwärtigen Zyklus festzustellen. Ein neuer GIeichlauffehlerwert wird, wie oben bereits kurz erwähnt, in dem Schritt 109 erzeugt, und ein neuer Modellfehler wird in dem Schritt 110 erzeugt, der jedoch die Verwendung einer zuvor in dem Schritt 110a bestimmten Modellposition erfordert. Andererseits, wenn der Modellfehler erst nach dem Schritt 136 in Fig. 4 ermittelt wird, so könnte für ihn eine auf den neuesten Stand gebrachte Modellposition benutzt werden, die in diesem Zyklus erzeugt wird. Aber in diesem Fall würde das Vorzeichen des Modellfehlers, das in dem Test 111 überprüft wird, das Vorzeichen des zuvor ermittelten Modellfehlers sein. In dem hier beschrieben Beispiel wird bei dem GIeichlauffehlertest

in dem Schritt 137 von Fig. 4 ein Gleichlauffehler benutzt, der in dem Schritt 109 erzeugt worden ist, welcher die vorherige Modellposition ebenfalls enthält. Das ist jedoch unkritisch, insbesondere wenn ein Durchlaufzähler bei dem Fehler benutzt wird.

Es gibt verschiedene weitere Variationsmöglichkeiten für die Digitalausführungsform. Beispielsweise wäre es mit zusätzlicher Programmierung möglich, die variablen Grenzwerte des Zweiquadrantenbegrenzers in jedem Fall gänzlich unabhängig zu erzeugen. Es könnte ein Test durchgeführt werden, um festzustellen, welcher Begrenzer (ein Erster-Quadrant-Begrenzer oder ein Dritter-Quadrant-Begrenzer) in Abhängigkeit davon notwendig sein würde, ob der Modellfehler positiv oder negativ ist, und um die Grenzwertvariablen nur für diesen besonderen Quadranten zu erzeugen. Bei Bedarf könnten selbstverständlich verschiedene Kombinationen davon benutzt werden. Die Einzelheiten der genauen Programmierung hängen von dem benutzten Programmierstil ab, der wiederum von der Computerarchitektur und von dem verfügbaren Speicherraum, von zeitlichen Einschränkungen und dgl. abhängig ist, was an sich bekannt ist. In einer Implementierung der Erfindung, die erzielt und oben beschrieben worden ist, gibt es daher Variationen in der Programmierung, um Anpassungen an Computerarchitektur- und Programmiererfordernisse vorzunehmen* die jedoch nicht aus dem in den Fig. 3 und 4 zur Erläuterung der Erfindung benutzten Flußdiagramm hervorgehen, um nicht das Verständnis der Erfindung zu erschweren. Diese Einzelheiten selbst bilden keinen Teil der Erfindung und sind irrelevant.

Aus den hier beschriebenen Digital- und Analogausführungsformen der Erfindung geht hervor, daß die Erfindung ein Modell schafft, daß eine Modellposition für den Vergleich mit

O 1Z30

einer Trinunstellantriebsposition erzeugt, wobei das Modell adaptiv ist, und zwar in Abhängigkeit davon, ob der Stellantrieb dem Modell voreilt oder nacheilt und ob eine Pilotübersteuerung benutzt wird. Das Voreilen und Nacheilen legt fest, ob eine größere oder kleinere Begrenzung zu verwenden ist, und die Übersteuerung gestattet eine weitere Begrenzung, um eine starke Belastung des Stellantriebs durch Kräfte, die der Pilot auf den Steuerknüppel (oder auf Pedale, je nachdem) ausübt, zu berücksichtigen.

Es sei beachtet, daß ein Fehler als eine Positionsdifferenz genommen wird, die ein gewisses Schwellenwertausmaß übersteigt, wie beispielsweise 10% der Verstellbarkeit oder des Verstellhubes. Die adaptive Fehlererkennung ist nur hinsichtlich der zeitlichen Änderung oder Änderungsgeschwindigkeit der Position adaptiv, da die Grenzwerte die Größe der Inkremente steuern, die in dem Modell integriert werden. Wenn der Gleichlauffehler so ist, daß der Stellantrieb dem Modell entweder voreilt oder nacheilt, wobei der Modellgrenzwert auf das Maximum oder Minimum festgesetzt ist, wird daher nach einer Zeitspanne die Positionsdifferenz des Fehlersignals ausreichend sein, um einen Fehler anzuzeigen.

Vorstehend ist die verbesserte adaptive FlugzeugStellantriebs fehlererkennungsanordnung nach der Erfindung beschrieben, die eine zusätzliche Änderungsgeschwindigkeitsbegrenzung in dem Modell immer dann vornimmt, wenn der Pilot mehr als ein Schwellenwertausmaß an Kraft auf den Stellantrieb durch Betätigung der dem Pilot zur Verfügung stehenden Steuerelemente ausübt. Eine analoge adaptive Stellantriebsfehlererkennungsanordnung ähnlich der Ausführungsform von Fig. 2, die aber nicht in der Lage ist, die Belastung des Stellantriebs durch den Piloten zu berücksichtigen, ist Stand der Technik. Diese bekannte Anordnung arbeitet mit

einer Diodendurchlaßspannungsbegrenzung zum Erzielen der Nennbegrenzung (äquivalent der, die durch die Z-Dioden 61, 65 erzielt wird) und der Voreil- oder Nacheilveränderung in der Nennbegrenzung (äquivalent der, die durch die Z-Dioden 78, 79 und 92, 93 erfolgt). Die bekannte Anordnung enthält jedoch keine Pilotübersteuerungsfunktionen (wie sie durch die Schalter 81, 95 und die Z-Dioden 80, 94 in Fig. 2 vorgesehen sind). Dadurch, daß die Erfindung eine zusätzliche Begrenzung in der Nacheilrichtung gestattet, wird somit die Erzeugung von unechten Fehleranzeigen oder das Erfordernis eines Abschaltens der Erkennungsanordnung oder einer weiteren Verschlechterung der Leistungsfähigkeit infolge von Einwirkungen durch den Piloten vermieden.

Claims

Patentansprüche :

1. Adaptive Flugzeugstellantriebsfehlererkennungsanordnung mit:

einer Vorrichtung (12, 13, 14, 15) zum Positionieren einer Steuerfläche des Flugzeuges, wobei die Vorrichtung ein Steuerelement (12) aufweist, das durch den Piloten bewegbar ist, um die Steuerfläche zu positionieren; einem Stellantrieb (16), der mit der Vorrichtung (12, 13, 14, 15) elastisch verbunden und auf ein an ihn angelegtes Positionsfehlersignal hin positionierbar ist, um die Position der Vorrichtung zu bestimmen, die eine Kraft von null auf ihn durch die elastische Verbindung (17) ausübt; einem Positionsdetektor (20) , der mit dem Stellantrieb (16) verbunden ist und ein Trimmpositionssignal liefert, das die Position des Stellantriebs (16) angibt; und einer Signalverarbeitungseinrichtung (Fig.1,2;3,4), zum Liefern eines Positionsbefehlssignals , zum Abgeben eines Positionsfehlersignals an den Stellantrieb (16) als Differenz zwischen dem Positionsbefehlssignal und dem Trimmpositionssignal, zum Erzeugen eines Modellpositionssignals, zum Erzeugen eines

ι ζ y ό ι

Gleichlauffehlersignals als Differenz zwischen dem Trimmpositionssignal und dem Modellpositionssignal, zum Erzeugen eines Modellfehlersignals als Differenz zwischen dem Positionsbefehlssignal und dem Modellpositionssignal, zum Erzeugen eines Modellpositionssignals als Integral des Modellfehlersignals, soweit das Modellfehlersignal einen Grenzwert nicht übersteigt, bei dem es sich um einen Nenngrenzwert handelt, der durch einen begrenzten Teil des Gleichlauffehlersignals verändert wird, wobei der Grenzwert in dem Fall erhöht wird, in welchem das Gleichlauffehlersignal anzeigt, daß die Modellposition der Stellantriebsposition voreilt, und verringert wird, wenn das Gleichlauffehlersignal anzeigt, daß die Modellposition der Stellantriebsposition nacheilt, und zum Liefern eines Fehleranzeigesignals, wenn das Gleichlauffehlersignal eine Schwellenwertgröße übersteigt;

dadurch gekennzeichnet, daß der Signalverarbeitungseinrichtung Einrichtungen (81; 107, 108) zugeordnet sind, die auf die Vorrichtung ansprechen und ein Pilotübersteuerungssignal liefern, wenn der Pilot die Vorrichtung um mehr als ein vorbestimmtes Schwellenwertausmaß von der Trimmposition wegdrängt, und daß die Signalverarbeitungseinrichtung das Modellpositionssignal als das Integral des Modellfehlersignals begrenzt in einem Ausmaß liefert, das weiter durch einen begrenzten Teil des Gleichlauffehlersignals auf das Pilotübersteuerungssignal hin verringert wird, wenn das Gleichlauffehlersignal anzeigt, daß die Stellantriebsposition der Modellposition nacheilt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinrichtung den Grenzwert auf das Übersteuerungssignal hin auf null verringert, wenn das Gleichlauffehlersignal anzeigt, daß die Stellantriebsposition der Modellposition um ein vorbestimmtes Ausmaß nacheilt.