[发明专利]振荡故障检测方法和装置、电子飞行控制系统和飞行器

说明书

技术领域

本发明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。

本发明应用于自动控制链：

-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。

背景技术

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。

本发明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。

发明内容