JPS59169380A - 改良されたトルク制限のある航空機用サ−ボモ−タ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （１）　　発明の背景 イ）発明の分野 本発明は一般には航空機用の自動操縦装置に関するもの
である。より特定すれば、本発明は操縦面サーボモータ
制御装置およびトルり限定目的のためのサーボモータ電
流、従ってサーボモータトルク、の精密な測定に関する
ものである。

口）先行技術の説明 航空機の自動操縦装置に関する当業者にとっては周知の
ように、飛行安全要件には、自動操縦面サーボモータが
操縦面に与える最大トルクを制限する設備が含蓚れる。

この要件ハ、自動操縦装置の故障によってサーボモータ
の行き過ぎ（）・−ドオーバ）を生ずることもあり得る
−という可能性に基くものであり、従って、サーボモー
タに無制限の権限すなわちトルク性能があるとするなら
ば、それは困難なかつ危険な操縦の原因ともなり得るし
あるいは航空機の構造上の完全性を脅かすことにもなり
得る。しかし、そのような可能性の点から見れば、遠隔
ではあるけれども、自動操縦装置の設計者は、該自動操
縦装置が保証されることよりむしろサーボモータ最大行
き過ぎトルクが特定限界内にあるということを示さなけ
ればならない。しかし、あらゆる飛行条件の下で最大航
法操縦性を提供することもまた自動操縦装置設計者の目
標となっており、従って上述の安全性要件と一致した精
密な自動操縦装置応答と制御のための最大サーボモータ
トルクを得ることが必要とされる。

一般に、多くの先行技術による自動操縦サーボモータ制
御装置はパルス幅変調技術を利用しており、サーボモー
タ制御巻線に与えられる全電流の振幅は電流ブリッジ増
幅器によって与えられる電流パルスの幅の関数となつて
いて、さらにそれはサーボ増幅器によって与えられる電
圧パルスの幅に依存している。

代表的なパルス幅変調サーボモータ制御装置は本出願人
による米国特許第３，８４８，８３３号で明らかにされ
ている。そこに述べられているように、システムエラー
増幅器で駆動される電力増幅器はトランジスタに電流パ
ルスを供給し、次いで電力ブリッジのトランジスタのベ
ースを制御し、さらにサーボモータの制御巻線に電流パ
ルスを供給する。しかし、そのような先行技術の型の装
置においては、電力ブリッジトランジスタを駆動するの
に要する電流は、トルクを制限する目的のための最大サ
ーボモータ電流を決定するに際して重要視されていなか
ったのであるが、その理由は、実際のサーボモータ電流
測定において約７％程度菫でのエラーを生じさせるモー
タ負荷に依存しているので、電流パルス幅を計算するこ
とができないからである。従って、精苦な自動操縦装置
を運用するために利用できる最大電流は、トルク制限要
件を満たすために最低この量だけ低減されねばならなか
ったのである。

（２）発明の概要 本発明は、電力ブリッジベース駆動電流に対して補償を
与えることによって、トルク制限目的のための実際サー
ボモータ電流を非常に正確に測定する。この事は、補助
回路を設けることによって達成されるのであって、該補
助回路は実際にベース駆動電流の振幅を測定し、次いで
モータ電流測定値へのそれの影響を効果的に排除するの
で、ｉｌｌ定された電流そのものが実際のモータ電流と
なっている。ベース駆動補償回路の設計によれば、電流
測定の精度がシステム電源のいかなる変化によっても影
響されることはない。

（３）　　良好な実施例についての説明次に本発明の良
好な実施例について図面を参照して説明する。

第１図には通常の自動操縦面サーボモータ装置が図示さ
れているが、＃装置にパルス幅変調（ＰＷＭ）制御装置
を利用し、かつ、本発明によるベース電流補償回路を組
み入れている。基本的なＰＷＭサーボモータ制御装置は
一般に、前述の米国特許第５，８４８，８５３号で明ら
かにされているものと同様である。その構造および動作
についてはそこで十分述べられているので、ここではそ
の一般的な特徴だけを繰り返しておく。

電動モータ１０は機械的に結合されていて、通常の係合
／離合クラッチ、減速歯車装置および制御／７−−ブル
キヤグスタン（図示されていない）から成る接続手段１
１を介して、航空機操縦面を駆動させる。操縦面の位置
および速度は、通常、電位差計すなわち同期装置のよう
な位置感知装置１２およびタコメータ１３によって与え
られる。自動操縦面命令は入力端子１４で発生されるが
、そこで該命令は、現存する位置感知装置１２からの操
縦面位置と比較され、第１段のすなわちエラー増幅器１
５０入力で位置エラー信号を発生する。エラー増幅器１
５の出力は、タコメータ１３からのサーボモータ速度制
動信号と結合され、さらに第２段増幅器１６に供給され
、該増幅器の出力はリード１７上でサーボモータ入力命
令信号を構成する。

通常のＰＷＭ制御技術に従えば、リード１７上のモータ
命令信号は三角基準波形によって与えられる正および負
のＰＷＭ増幅器１８と１９に供給されるのであるが、該
増幅器の正規の零基準信号は増幅器１６の正方向出方お
よび負方向出力によって上昇したり低下したりして、リ
ード２０あるいはリード２１上に、リード１７上の制御
信号の振幅に比例するパルス幅を有する正のパルスを発
生する。これらのパルスは通常のトランジスタスイッチ
のブリッジ電力増幅器２２と２３に与えられて、モータ
１ｏを１方向あるいは反対方向に駆動させる。本発明を
できる限り簡潔に明示するために、正方向のモータ駆動
に対するブリッジ増幅器２２の正の部分だけを述べるこ
とで十分である。ブリッジ増幅器の他の半分によるモー
タ駆動は基本的には同−であるということは当業者にと
っては明らかである。

関連特許第３，８４８．８　′５３号の説明に従えば、
トルク制限はサーボモータによって流れる電流を監視す
ることにより達成されるが、この電流によって発生され
る電圧は、所定の一定量を超えないモータ電流に対応す
る基準電圧と比較される。モータ電流が制限電流を超え
る場合には、ブリッジ増幅器への入力は不動作になるか
あるいはモータ電流が限度以内まで低減するよう低下す
る。しかし、この先行技術による電流制限技術には、モ
ータに駆動電流を供給しているブリッジトランジスタの
ベース駆動電流により生ずるエラーが含まれる。モータ
駆動電流はパルス幅に依存しているので、かつ、そのモ
ータ負荷への依存のために電流パルス幅を計算すること
は不可能であるので、その電流への効果すなわちトルク
限度は、トルク制限基準を低下させることによって処理
されねばならなかった。補償されないベース駆動電流は
、全モータを流側定値の約７％ものエラーを発生するこ
ともあり得るのである。本発明によれば電力ブリッジベ
ース駆動電流に対して補償するための回路を備えており
、全モータ電流を正確に測定するのである。

前述の事は第２図に図示されているが、これはさ丈ざま
のパルス幅デユーティサイクルにおける全モータ電流に
対するベース駆動電流の影響を図表化したものである。

実際のモータ電流ＬＭに対するブリッジ駆動電流ＩＤの
比率は、より低いデユーティサイクルにおいて有意であ
り、かつ、該比率はより高いデユーティサイクルにおい
てはごく僅かだけ減少するということに注目されたい。

本発明は以下のように数学的に表わすことができる。電
流ｉＴは、ブリッジ駆動電流ｌＤ、実際のモータ電流Ｉ
Ｍおよび電力トランジスタベース駆動電流Ｉｎの和とな
っている。すなわち、ＩＴ　＝　１Ｍ＋　ＩＢ十１Ｄ（
１） 電流１Ｂをモータ巻線誘導１！流ＩＩとベース駆動補償
電流１ｃとの和とすると、次式のようになる。

１ｓ＝ｌｃ−ＩＩ　　　　　　　　　　　（２１回路補
償は従って次のように選択される。

ＩＣ＝１８＋ＬＤ　　　　　　　　　　（３１等しい抵
抗値ｍＢを介して流れる、式（１）と（２１Ｋよる電流
によって発生される電圧は差動増幅器で増幅され下記の
利得を有する。

ＶＩ　＝Ｋ　（ＶＩ　　　Ｖ２　） ｖ１＝ＩＴＲ８およびＶ、＝ｊｓＲ８とすることＪＣよ
って、差動増幅器の出力は次のようになる。

ｖｌ＝Ｋ　（ｌＴＲ８−１８１（３１（４１式（１）と
（２）を式（４）に代入すると、ＶＩ：ＫＲｓ（１Ｍ＋
１：Ｂ＋ＬＤ−１ｃ＋１工１　（５）次いで式（３）を
式（５１Ｋ代入すると、Ｖ工＝　ＫＲＢ　（ＬＭ　＋Ｉ
Ｉ　） これが正しいモータ電流であって、サーボ装置のための
電流すなわちトルク制限をより精密に制御するために利
用される。この事は第６図に図表化さｎているが、トラ
ンジスタブリッジのべ御名電流を補償するすなわち相殺
することによってモータ電流だけの正しい測定をするこ
とができる。

本発明によるこのベース駆動補償を達成するための回路
が第１図に示されているが、ＰＷＭ増幅器（正方向）８
のパルス出力はトランジスタ２５をオンにし、その結果
トランジスタ２６、モご夕１０、トランジスタ２７およ
び抵抗器Ｒ８１を介して電称ＶＣＣからの電流をアース
へ流す。さらに、ブリッジトランジスタ２６のベース電
流もまた、抵抗器２８、トランジスタ２５と２７を介し
て、抵抗器２９を介するＰＷＭ増幅器からの駆動電流と
ともに流れる。従って、第１図に示されるように、抵抗
器Ｒ９１を介してアースへ流れる電流ＩＴは、前述の式
（１）で明らかにしたように、モータ電流ＬＭ、ブリッ
ジトランジスタ２７のブリッジ駆動電流ＩＤおよび電力
増幅器ベース駆動電流ＩＢとの和となつでいる。

本発明に従えば、ＰＷＭ増幅器１８の゛出力はり−ド６
０を介して、トランジスタスイッチ３２、そのベース抵
抗器５３、ブロッキングダイオード３４、およびトラン
ジスタ５２と電源ＶＣＣとの間に接続されたスケーリン
グ抵抗器３５から成るベース駆動補償回路６１にも与え
られる。

ここで注目すべきことは、ベース駆動補償回路は電力ブ
リッジと同じ電源から供給されているので、給電電圧に
おけるいかなる変動も補償に影響を与えることはない。

電力ブリッジがオンする場合、補償回路、もまたオンし
て、電源ＶＣＣからの補償電流１ｃを抵抗器Ｒ３，を通
ってアースに流す。該補償回路の要素値は、上述の式（
３）によるｌＬｃ　＝　ｉＢ　＋　ＬＤ　であるように
選択される。

また、モータ巻線誘導電流１工も抵抗器Ｒ８２を通って
流れ石。従って、抵抗器Ｒ８２を流れる電流ｌｓは、上
述の式（２）に従って補償電流１ｃとモータ誘導電流Ｉ
Ｉとの和になっている。

電流ＩＴから生ずる電圧Ｖ１はリード４０を介して差動
増幅器４１の一方の入力に与えられるが、電流１ｓから
生ずる電圧Ｖ、はリード４３を介して前記増幅器のもう
一方の入力に与えられる。抵抗器Ｒ８１とＲ８２の値は
同じである。　差動増幅器４１の利得には、リード４４
上のその出力■工がすでに得たようにｖ工＝　ＫＨ２（
１Ｍ＋ＩＩ）に等しくなるようなものとなっており、こ
の電圧こそ、確かにモータトルクを示す冥際のモータ電
流を表わすものである。ここにおいて、ブリッジ駆動増
幅器における他の電流、特にブリッジを駆動させるのに
必要なベース電流によって影響を受けずにモータトルク
を精密に制限することができる。

従って、モータ電流を表わすリード４４上の電圧は電圧
比較装置４５に供給され、そこで電源４６からの所定の
基準電圧と比較される。該基準電圧はモータ１０に課せ
られているトルク限度に比例するよう選択される。従っ
て、電圧Ｖ工が基準電圧を超える場合、比較装置出力リ
ード４７と４８上に出力が現われ、それはＰＷＭ増幅器
１Ｂと１９の両方を不動作にするよう利用される。

本発明の良好な実施例について述べてきたが、使用され
た用語は説明のためのものであって限定するものでなく
、その広い観点において本発明の真の範囲および精神を
逸脱せずに、特許請求の範囲内で種々の変更がなされ得
る点を理解されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を組みこんでいる典型的なパルス幅変
調被制御自動操縦サーボモータ制御装置の回路図であり
、第２図および第６図は、本発明の装置を利用する場合
と利用しない場合のそれぞれにおける種々のパルス幅デ
ユーティサイクルを図表化したものである。 図中、１０は電動モータ、１２は位置感知装置、１６は
タコメータ、１４は入力端子、１５はエラー増幅器、１
６は増幅器、１８と１９はＰＷＭ増幅器、２２と２６は
電力ブリッジ増幅器、２５，２６．２７および３２はト
ランジスタ、２Ｂ、２９．Ｒ８１，Ｒ８２，３３および
３５は抵抗器、３１はベース駆動補償回路、３４は阻止
ダイオード、４５は電圧比較装置、４６は電源をそれぞ
れ示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　サーボ増幅器およびそれに応答する電動サーボモ
   ータを有し、サーボ増幅器命令信号に従って航空機の操
   縦面を駆動させる、航空機用自動操縦装置において、前
   記サーボ増幅器は電源および信号応答装置を備えて前記
   サーボモータのトルク出力を制限しており、該航空機用
   サーボモータ制御装置は、 イ）前記命令信号に応答し、かつ、前記電源、前記モー
   タの制御巻線およびアースとの間に結合された少なくと
   も１つのトランジスタを有してモータ駆動電流を供給す
   る電力増幅装置と、 口）前記モータ電流を測定し、さらに前記トランジスタ
   のベース駆動電流に応答する測定装置と、 ハ）前記電源とアースとの間に結合され、前記ベース駆
   動電流に効果的に等しい補償電流を発生するベース駆動
   補償回路装置と、および、 二）前記補償電流に応答して前記モータ駆動電流測定装
   置への前記ベース駆動電流の影響を打消す装置、とを備
   えていることを特徴とする前記航空機用サーボモータ制
   御装置。 ２、特許請求の範囲第１項に記載のサーボモータ制御装
   置において、前記モータ電流測定装置は、 イ）前記モータ駆動電流と前記ベース駆動電流に応答し
   、前記電流の和を表わす第１電圧を発生する第１抵抗装
   置と、 口）前記補償電流に応答し、それを表わす第２電圧を発
   生する第２抵抗装置と、およびハ）前記第１と第２の電
   圧に応答し、実質的に前記モータ駆動電流だけを表わす
   出力信号を発生する差動装置、とを備えていることを特
   徴とする前記サーボモータ制御装置。 ３、％許請求の範囲第２項に記載のサーボモータ制御装
   置において前記トルク制限装置は、イ）信号比較装置と
   、 口）前記サーボモータの最大トルり出力を表わす値を有
   する信号を供給する基準装置と、および、 ハ）前記基準信号と前記差動増幅器出力信号とを前記信
   号比較装置に供給する装置、とを備えていることを特徴
   とする前記サーボモータ制御装置。 ４、特許請求の範囲第６項に記載のサーボモータ制御装
   置において、前記ベース駆動補償装置は、 イ）前記補償信号を前記第２抵抗装置に供給するスイッ
   チ装置と、おヨヒ、 蛸　前記サーボ増幅器命令信号に応答して前記スイッチ
   装置を運転する装置、 とを備えていることを特徴とする前記サーボモータ制御
   装置。 ５　％許請求の範囲第４項に記載のサーボモータ制御巻
   線において、前記ベース駆動補償装置はさらに、 イ）前記電源と前記第２抵抗装置との間に接続され、前
   記補償電流の値を前記ベース駆動電流に実質的に等しく
   する回路装置、 を備えていることを特徴とする前記サーボモータ制御装
   置。 ６、特許請求の範囲第５項に記載のサーボモータ制御装
   置において、 イ）前記サーボ増幅器命令信号はブリッジ駆動電流を発
   生し、 口）前記第１抵抗装置は前記ブリッジ駆動電流に応答し
   、 ・・）前記モータ巻線は誘導電流をも流し、二）前記第
   ２抵抗装置もまた前記誘導電流に応答しており、さらに ホ）前記回路装置は前記補償電流の値を前記ベース駆動
   電流と前記ブリッジ駆動電流との和に実質的に等しくし
   、 よって前記差動装置の出力は前記モータ駆動電流および
   前記モータ誘導電流だけを表わしていることをＩ￥ｊ徽
   とする前記サーボモータ制御装置。