用于移动元件的机动位移的系统、驱动这种系统的方法以及测试这种系统的方法

摘要

本发明涉及一种用于移动元件(200)的机动位移的系统(100)，该系统包括至少两个致动器(1，2)，其中每个致动器设置有将其连接到可移动元件的装置且每个致动器被调整尺寸以能够独立地驱动可移动元件，以及中央控制单元(3)，中央控制单元(3)连接到这两个致动器以便能够将位置设定点(Pos1，Pos2)发送到每个致动器。根据本发明，系统还包括控制装置(10，20)，控制装置响应于发送到致动器之一的位置设定点利用力来同时控制这两个致动器。本发明还涉及驱动这种系统的方法以及测试这种系统的方法。

说明书

本发明涉及用于使可移动元件移动的马达驱动移动系统，例如用于使飞行器的可 移动飞行控制表面移动的马达驱动移动系统，诸如方向舵。本发明还提供驱动这种系 统的方法以及测试这种系统的方法。

发明的技术背景

用于使可移动元件移动的马达驱动移动系统的示例是包括两个致动器的系统，这 两个致动器连接到可移动元件并且每个致动器被调整尺寸以能够独立地驱动可移动 元件。系统还具有中央控制单元，该中央控制单元连接到两个致动器以将位置设定点 发送到每个致动器。在操作中，中央控制单元将位置设定点发送到致动器之一(其被 称为主致动器)，该致动器通过产生用于使可移动元件移动的力对位置设定点做出响 应。第二致动器(其被称为应急致动器)未被提供功率。在主致动器故障的情况下， 中央控制单元将位置设定点发送到应急致动器，应急致动器代替主致动器以使可移动 元件移动。

然而，由于致动器的寿命与其需要产生的力直接相关联，主致动器很快就会 磨损，因为在正常操作条件下它被独立地用于驱动可移动元件。这是可规定每个致动 器交替地充当主致动器和应急致动器的原因，但是这使管理致动器的操作变得复杂。 还必须调整致动器的尺寸以便能够在非常长的周期上产生最大的力，使得致动器相对 重且体积大。

此外，在主致动器的正常操作条件下，应急致动器不活动并且因而在其与可 移动元件的连接上产生力，该力趋向于对抗由主致动器所产生的用于使可移动元件移 动的力。因此，主致动器需要被调整尺寸以便能够克服该对抗力而不影响可移动元件 的移动。

文件FR 2 908 107、US 2004/07502O、EP 0 864 491和 WO 2007/002311公开了用于使可移动元件移动的马达驱动移动系统，每个系统包 括两个致动器，每个致动器设置有将其连接到可移动元件的装置。每个系统包括中央 控制单元，在正常情形下，中央控制单元将控制设定点发送到致动器之一使得所述致 动器单独用于驱动可移动元件。在更临界的情形中，例如在湍流阻碍可移动元件的移 动的情况下，中央控制单元将控制设定点发送到每个致动器，使得两个致动器同时用 于驱动可移动元件。因而，使用仅一个或两个致动器完全取决于所需要的能够驱动可 移动元件的功奉。

发明目的

本发明的目的是提出一种用于使可移动元件移动的马达驱动移动系统，该系统至 少部分地消除了上述问题。

发明简述

为了完成该目的，本发明提供了一种用于使可移动元件移动的马达驱动移动系 统，该系统包括:至少两个致动器，其中每个致动器设置有将其连接到可移动元件的 装置且每个致动器被调整尺寸以能够独立地驱动可移动元件;以及中央控制单元，中 央控制单元连接到这两个致动器以便能够将位置设定点发送到致动器之一或另一个。

根据本发明，系统还包括控制装置，控制装置响应于发送到致动器之一的位 置设定点利用力来同时控制这两个致动器。

控制装置用于在两个致动器之间均分需被生成以使可移动元件移动的力，使 得这些致动器中的任一个与另一个相比都不会被过度地加以应力。另外，在致动器之 一故障的情况下，另一个致动器能够独立地使可移动元件移动。

因此，致动器的寿命基本相同。有利地，会发现致动器的体积和重量比仅使 用一个致动器的现有技术马达驱动移动系统中的致动器的体积和重量小，因为在本发 明中对致动器的疲劳调整尺寸较不具有强制性。

另一优点在于致动器比现有技术设备中的致动器较不易变热。

有利地，本发明的系统使得来自中央控制单元的位置设定点能够在这两个致 动器之间均分，而不需要修改己有中央控制单元的操作算法，在正常情况下己有中央 控制单元通常连接到两个致动器以将位置设定点发送到仅仅致动器之一。在本发明 中，位置设定点作为生成发送到致动器之一的位置设定点之处下游的第一力设定点以 及第二力设定点被均分。

本发明还提供驱动这种系统的方法以及测试这种系统的方法。

附图简述

借助于对本发明的特定的非限制性实施例的以下描述，可更好地理解本发明。

参考附图，其中:

图1是本发明用于使可移动元件移动的马达驱动系统的示意图;

图2是本发明第二实施例中用于使可移动元件移动的马达驱动系统的示意 图;以及

图3是第三实施例中用于使可移动元件移动的马达驱动系统的示意图。

具体实施方式

参考图1和图2，在关于飞行器的该示例中，马达驱动移动系统100用于将移动 从飞行员控制元件(诸如操纵杆)传送到可移动元件200(诸如方问舵)。移动系统 包括第一致动器1和第二致动器2。在该示例中，每个致动器1、2包括电动机，例 如无电刷电动机，该电动机具有驱动螺丝和螺母组件的出口轴使得螺丝在马达驱动下 的旋转导致螺母进行线性运动而不旋转。每个致动器1、2的螺丝和螺母组件中的螺 母使得相应致动器能够被附连到可移动元件200。每个致动器1、2被调整尺寸以能 够独立地驱动可移动元件200。

第一致动器1与第一传感器4相关联，第一传感器4用于测量由第一致动器 1施加在可移动元件200上的用于移动所述可移动元件200的力。同样，第二致动 器2与第二传感器5相关联，第二传感器5用于测量由第二致动器2施加在可移动 元件200上的力。在该示例中，传感器4和5是合并在系统100中的轴问力传感器。

系统100还具有中央控制单元3，中央控制单元3连接至第一致动器1 和第二致动器2使得中央控制单元3能将相应位置设定点Pos₁、Pos₂发送到每 个致动器。

系统100还具有至少一个位置传感器，该位置传感器用于感测可移动元件 200的位置以便测量可移动元件200的实际位置。优选地，系统100具有两个位置 传感器6和7，这两个传感器测量可移动元件200的实际位置以便向系统100提供 更大冗余。在这两个位置传感器的正常操作条件下，由这两个位置传感器中的第一个 6进行的测量因此基本上等于由这两个位置传感器中的第二个7进行的测量。如果这 两个位置传感器之一故障，那么另一个位置传感器仍能独立地传递表示可移动元件 200的位置的信息。

因此中央单元3连接至可移动元件的这两个位置传感器6和7。在该示例中， 这两个位置传感器中的第一个6并入第一致动器1，并且这两个位置传感器中的第二 个7并入第二致动器2。

参考图1，在第一实施例中，在两个致动器1、2的正常操作条件下， 中央控制单元3将位置设定点Pos₁仅发送至第一致动器1，第一致动器1被称 为"士"致动器。花第一致动器1故障的情况下，中央控制单元3依赖于第二致动 器2以便使可移动元件200移动，第二致动器2被称为“从”致动器。为此目的， 中央控制单元3将位置设定点Pos₂发送至第二致动器。

根据本发明，系统100包括控制装置，该控制装置在操作中用于响应于由中 央控制单元3对致动器之一设置的位置设定点将力控制同时施加到两个致动器1和 2。在该示例中，控制装置包括分别连接到第一和第二致动器1、2的第一和第二单 独驱动器构件10、20。这两个驱动器构件10、20还连接到中央控制单元3，连接 到相应的力传感器4、5，以及连接到相应的位置传感器6、7。单独驱动器构件10、 20被安排在系统100中以便彼此通信。

在操作中，从来自飞行员控制元件之一的使可移动元件200移动的命令 开始，中央控制单元3产生用于第一致动器1的位置设定点Pos₁。

然后第一单独驱动器构件10将位置设定点Pos₁转换成力设定点并与第 二单独驱动器构件20通信，使得第一和第二驱动器构件10、20分别为第一 致动器1和第二致动器2同时产生两个单独的力设定点Eff₁、Eff₂。

计算单独的力设定点Eff₁、Eff₂，使得第一和第二致动器在可移动元件 200上产生相应的单独力F₁、F₂，单独力的和(即F₁+F₂)对应于要被传递 以便达到位置设定点Pos_。的总力，并且力F₁、F₂基本相同。优选地，为此目的， 贯穿可移动元件200的移动期间，由两个位置传感器6和7对所述可移动元件 的位置Pos_m同时进行测量。通过使用所测量的位置Pos_m和位置设定点Pos₁， 两个单独的驱动器构件10、20通过考虑位置设定点Pos₁和所测量的位置Pos_m之间的误差来确定两个单独的力设定点Eff₁、Eff₂，而两个致动器1、2分别 将力F₁和F₂施加在可移动元件200上。通过调节单独的力F₁和F₂，有可能获 得单独力的和F₁+F₂，该和至少在系统100的正常操作条件期间与要被传递 以便达到位置设定点Pos₁的总力相匹配。

有利地，控制单元3还接收可移动元件200的所测量位置Pos_m。在控 制单元3初始生成的设定点位置Pos₁与所测量的位置之间存在差异的情况下， 控制单元3可修改位置设定点Pos₁以便减小所述差异。

应当看到，如果两个位置传感器6或7中的任何一个发生故障，那么另一个 位置传感器可继续将表示可移动元件200的位置的信息传递到控制单元3以及传递 到两个单独驱动器构件之一，该单独驱动器构件然后与另一个单独驱动器构件通信以 便共享所述信息。

在该示例中，贯穿可移动元件200的移动期间，第一传感器4对由第 一致动器1在可移动元件200上施加的力F_1m进行测量。同样，贯穿可移动元 件200的移动期间，第二传感器5对由第二致动器2在可移动元件200上施 加的力F_2m进行测量。同样根据所测量的力F_1m、F_2m，当两个致动器1、2分别 将力F₁和F₂施加在可移动元件200上时，第一和第二单独驱动器构件10、20 确定适于减小位置设定点Pos₁和所测量的位置Pos_m之间误差的单独的力设定 点Eff_l、Eff₂。

然而，可能发生这样的情况，即致动器之一仅仅能够产生有限的力，这防止 其达到对其所要求的力设定点。例如，该故障可由力传感器检测到。在这种情况下， 故障信号Def₁、Def₂由正被讨论的第一致动器1或第二致动器2发送到相应的 单独驱动器构件10、20。驱动器构件10、20在产生单独的力设定点Eff₁、Eff₂时考虑该故障，使得需要被传递的总力能够被尽可能地达到以便达到位置设定 点Pos_l。

在优选实施例中，故障信号还可由所讨论的致动器发送到中央控制单元3， 中央控制单元3出于使可移动元件200移动的目的考虑该信号以便依赖于未出故障 的致动器。如果第一致动器1己发生故障，那么中央控制单元3依赖于第二致动器2， 系统100以与当位置设定点被发送到第一致动器1时相同的方式进行操作。

有利地，以此方式安排在系统100中的控制装置使其有可能保存与现有技术 中己有的编程相同的中央控制单元3的编程。因此，中央控制单元3为致动器之一 产生位置设定点，如在现有技术设备中一样。根据本发明，控制装置彼此通信以均分 该位置设定点作为多个致动器的力设定点。因此控制装置独立于产生用于单个致动器 的位置设定点的中央控制单元3的编程而被编程。

另一优点是两个单独的驱动器构件10、20监控两个致动器1、2的状态，中 央控制单元也是这样，从而提高系统100的可靠性。这提供了来自中央控制单元3 整体观察点以及来自控制装置局部观察点两者的双重监控。

图2示出本发明的马达驱动移动系统的第二实施例。在该实施例中，控制装 置被直接合并到所述中央控制单元3中。中央控制单元3被编程以执行第一实施例 的单独驱动器构件的功能。

在操作中，从来自飞行员控制元件之一(诸如操纵杆)的使可移动元件 200移动的命令开始，中央控制单元3通过计算用于第一致动器1的位置设定 点Pos₁而开始。此后，在位置设定点Pos₁的基础上，控制装置分别为第一和 第二致动器1和2同时产生两个单独的力设定点Eff₁、Eff₂。计算单独的力设 定点Eff₁、Eff₂，使得第一和第二致动器在可移动元件200上产生相应的单独 力F₁、F₂，单独力的和(即F₁·F₂)对应于要被传递以便达到位置设定点Pos₁的总力，并且力F₁和F₂墓本相同。

为此目的，贯穿可移动元件200的移动期间，位置传感器6、7对所述 可移动元件的位置Pos_m进行测量。通过使用所测量的位置Pos_m和位置设定点 Pos₁，控制装置通过考虑位置设定点Pos₁和所测量的位置Pos_m之间的误差来 确定两个单独的力设定点Eff₁、Eff₂，而两个致动器1、2分别将力F₁和F₂施加在可移动元件200上。

有利地，控制单元3还接收可移动元件200的所测量位置Pos_m。在控 制单元3初始生成的位置设定点Pos₁与所测量的位置之间存在差异的情况下， 控制单元3可修改位置设定点Pos₁以便减小所述差异。

在该示例中，贯穿可移动以及200的移动期间，第一传感器4对由第 一致动器1在可移动元件200上施加的力F_1m进行测量。同样，贯穿可移动元 件200的移动期间，第二传感器5对由第二致动器2在可移动元件200上施 加的力F_2m进行测量。同样基于所测量的力F_1m、F_2m，当两个致动器1、2分别 将力F₁和F₂施加在可移动元件200上时，控制装置确定单独的力设定点Eff₁、 Eff₂以便减小位置设定点Pos₁和所测量的位置Pos_m之间的误差。

然而，可能发生这样的情况，即致动器之一仅仅能够产生有限的力，从而防 止其达到对其所要求的力设定点。在此类情况下，故障信号Def₁、Def₂由所讨论 的第一致动器1或第二致动器2发送到中央控制单元3，中央控制单元3出于 使可移动元件200移动的目的考虑该信号以便依赖于未出故障的致动器。如果 第一致动器1己发生故障，那么中央控制单元3依赖于第二致动器2，然后系统100 以与当位置设定点被发送到第一致动器1时相同的方式进行操作。

正如第一实施例一样，以此方式并入中央控制单元100中的控制装置使得能 够保存与现有技术中己有的编程相同的中央控制单元3的编程。所述编程仅仅被添加 以便并入第一实施例的单独驱动器构件的功能。因此，中央控制单元3产生用于致动 器之一的位置设定点，如在现有技术设备中那样。根据本发明，控制装置彼此通信以 便将该位置设定点均分成多个致动器的力设定点。因此控制装置独立于用于产生单个 致动器的位置设定点的中央控制单元3的编程而被编程。

另一优点是控制装置监控两个致动器L2的状态，中央控制单元的其它部件 也是这样，从而提高系统100的可靠性。因此存在来自中央控制单元3整体观察点 以及来自控制装置局部观察点两者的双重监控。

无论本发明的实施例如何，中央控制单元3产生致动器之一的位置设定点并 且，使得位置能够被伺服控制花该设定点上。根据本发明，控制装置通过在其上叠加力 伺服控制来并入该位置伺服控制。因此存在来自中央控制单元3整体观察点和来自控 制装置局部观察点的伺服控制，从而使得在可移动元件上能够实现非常精细的控制。

由于控制装置，被中央控制单元3视为主致动器的致动器1在可移动元件200 上施加与中央控制单元3初始请求的力不相等的力，该力是被第二致动器2在可移 动元件200所施加的力减小的力。这用于延长致动器1的寿命。

本发明不限于以上描述，而是相反地涵盖进入由权利要求定义的范围的任何 变体。

特别地，有可能设想系统100可具有使可移动元件200移动以外的功能。例 如，征航空领域中，本发明的系统100可使得能够征飞行前测试期间对致动器进行 测试同时直接登上飞行器。作为示例，测试可包括依次测试两个致动器1、2的两个 阶段。在第一阶段中，测试包括以下步骤:

·将可移动元件的位置设定点转换成力设定点;

·使用控制装置产生致动器中的“主”致动器的力设定点;

·通过使用控制装置，同时利用前述步骤，并且基于位置与对抗力概况以及 位置设定点，产生所述致动器中的“从”第二致动器的对抗力设定点;

·测量可移动元件的位置;以及

·将可移动元件的位置与位置设定点相比较。

在第二阶段中，测试具有完全相同的步骤，但是两个致动器的从角色和主角 色互换使得每个致动器轮流产生相反的力。

因此测试使得有可能依次评估每个致动器以便观察它如何进行并且检测任何 可能的故障。通过利用测试结果的具体算法，还有可能预期致动器的未来故障。

尽管上述致动器1、2是线性致动器，但是致动器当然可以是旋转致动器。另 外，尽管上述致动器1、2是机电致动器，但是致动器可以是液压致动器，如图3所 示。

尽管本文所述系统100具有利用力同时控制的两个致动器，但是有可能设想 系统100具有更多的致动器，其中控制装置响应于针对致动器之一的位置设定点利 用力同时控制所有致动器。

在优选方式中，单独的驱动器构件10、20产生基本相同的单独力设定 点Eff₁、Eff₂，使得第一和第二致动器在可移动元件上产生单独的力F₁、F₂， 其中F₁与F₂基本相同。有可能设想计算单独的力设定点，使得第一和第二致 动器在可移动元件200上产生相应的单独力F₁、F₂，单独力的和F1+F₂对应 于要被传递以便达到位置设定点Pos₁的总力，而不需要力Fl和力F₂基本相同。 然而，这会产生较不最佳化的马达驱动移动系统100:例如，与当致动器1对可移 动元件施加与第二致动器2所施加的力F₂基本相同的力F₁时相比，致动器1 的寿命被延长的程度较小。

如果马达驱动移动系统100仅具有一个用于感测可移动元件200的位置的位 置传感器，那么所述位置传感器应被同时连接到第一实施例中的中央控制单元3以及 两个单独的驱动器构件10、20，并且应当被连接到第二实施例中的中央控制单元3。 尽管第一实施例中的每个单独的驱动器构件10、20被连接到位置传感器中的仅仅一- 个位置传感器，但是单独的驱动器构件10、20中的每一个可被连接到位置传感器6、 7两者。