民用飛機機電綜合控制技術研究

孫善民

【摘 要】本文給出了大型客機機電綜合技術特點，并對關鍵技術進行了分析。

【關鍵詞】飛機；機電系統；綜合

【Abstract】Large aircraft electromechanical integrated technical characteristics are given in this paper，and the key technology is analyzed.

【Key words】Aircraft；Mechanical and electrical systems；Integration

1 機電綜合技術概述

目前，現代大型客機的一個主要特征是系統的綜合化控制與管理，通過信息綜合、資源共享，降低成本、提高效率、減輕飛機重量、縮短研制周期，降低維護成本。

A380、A350和B787客機都采用了機電系統綜合控制和管理技術，大量使用遠端控制接口單元、遠端數據采集單元和固態功率控制器，借助遠端控制接口單元，在飛機上廣泛分布于各個位置的傳感器和作動器以及公共核心資源計算機，通過數據總線連接，使得各個機械系統成為物理上分布，功能上綜合的機電綜合控制功能系統。

2 機電綜合控制技術

2.1 相關機型機電綜合技術特點

2.1.1 A400和B777技術特點

1）不采用獨立的控制器；

2）采集參數的傳感器和控制單元不再從屬于某一單獨的系統；

3）將機電系統的綜合控制納入到飛機級綜合控制系統的范圍；

4）機電綜合控制系統通過ARINC629總線與其它系統交聯；

5）各功能模塊在統一調度下實現對各機電系統的控制。

2.1.2 A350的技術特點

1）對環控系統、電源系統和輔助動力裝置系統等進行了綜合；

2）采用分布式計算機系統；

3）通過ARINC629總線（或AFDX）將該系統接入航空電子系統；

4）通過二次配電系統實現對作動系統的直接控制和調度。

2.1.3 A380和B787的技術特點

1）大量使用遠端接口單元和遠端數據采集器；

2）解算控制功能由飛機的兩臺公共核心資源計算機（CCR）完成；

3）各傳感器、作動器及數據采集器的信息與CCR之間通過數據總線交聯；

4）各個機載系統為物理上分布、功能上綜合的機電綜合控制系統；

5）綜合化計算機采用集中式計算、分布式執行的系統結構。

2.2 機電綜合控制技術

機電綜合系統把環控、燃油、液壓、機輪剎車、電源和輔助動力等系統進行綜合，由計算機對機電系統綜合控制，優化組合和動態調度，使每個子系統除了完成各自單獨的功能外，還可以參與資源的協調分配和故障后系統重構等任務，通過信息共享和協同處理，最終將集成的結果傳遞給系統控制部件或機構它們遵循：信息共享，功能協同，余度管理，集中資源管理、支持系統的分布式執行、容錯和重構，軟件接口標準符合ARINC標準，支持時間分區與空間分區。

2.2.1 機電綜合主要優點

1）有利于減輕飛機重量、體積和連線的復雜性。

2）充分利用系統的資源，大大減少重復的資源配置。

3）采用SSPC，取代傳統的斷路器，實現飛機二次配電等功能。

4）有利于增加系統的容錯能力與故障檢測能力。

5）提高整個系統的可靠性。

6）提高自動化程度，降低操作負擔。

7）降低成本，提高效率、縮短研制周期。

2.2.2 機電綜合主要缺點

1）硬件失效的危害度增加，需要系統具有容錯和重構能力。

2）系統開發的復雜程度提高。

3）系統級的綜合、驗證難度加大。

2.3 機電綜合控制關鍵技術

機電系統綜合應在飛機總體設計的系統層次上，以整個飛機性能最佳為設計目標的，提高機電系統的綜合化水平。

2.3.1 機電系統綜合管理設計

1）機電系統綜合管理體系構架

機載系統（如飛控、液壓、動力裝置、燃油、起落架、環控等）綜合管理的體系構架設計，應滿足各系統的功能要求。同時，應考慮飛機的安全性及可靠性設計要求，各系統之間及其與綜合管理系統之間的接口及機電綜合管理系統的余度問題。

2）機電系統綜合管理控制律

對不同機電系統物理信息（或信號）特點及控制律特點的分析，采用基于人工智能等方法的多系統綜合控制律設計策略，對多個機載系統（飛控、液壓、動力裝置、燃油、起落架、環控等）進行綜合化控制與管理。

3）機電系統綜合管理驗證平臺

從飛控、液壓、動力裝置、燃油、起落架、環控等系統中，有重點地選擇2～3個系統進行多系統綜合管理的控制律設計與優化，并開發機電系統綜合管理的仿真研究及驗證平臺。

2.3.2 機電系統狀態監控與故障診斷設計

1）機電系統狀態監控模式與方法

針對飛控、液壓、動力裝置、燃油、起落架、環控等系統，選擇2～3個典型系統，進行監控模式與方法、特征信號提取研究，建立反映系統本質特征的監控模型，開展仿真研究。

2）機電系統故障模式與故障診斷

對于能夠建立較精確數學模型的系統（如起落架），建立正常和故障狀態下的數學模型，用基于模型的方法進行故障診斷；對于建模復雜、很難建立精確數學模型的系統（如燃油系統），根據監控得到的特征信號，進行故障診斷。

3）機電系統智能故障診斷驗證平臺

針對不同系統故障模式，開發故障診斷仿真平臺，根據系統運行過程中的監控信號和用戶設置的參數，自動判定系統工作是否正常，實現對故障自檢測。當有故障發生時，相應地給出故障發生的時刻、位置及原因。

2.3.3 機電系統容錯技術

1）機電系統容錯控制

針對部件部分失效故障的情況，利用系統的冗余設計，通過神經網絡在線逼近未知故障，自適應調節控制器參數，設計自適應容錯控制律，利用系統的冗余設計，進行系統重構。

2）機電系統容錯控制仿真

將容錯控制與故障診斷結合，采用MATLAB開發控制算法，在智能故障診斷驗證平臺上驗證容錯控制能力。

3 結語

民用飛機系統機電綜合管理與控制已成為現代飛機發展的必然趨勢，系統機電綜合技術將廣泛使用在民機系統研制中，并更加模塊化、規?；蜆藴驶?。同時，飛機設計驗證及適航取證工作也存在一定風險。

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