曾雪梅 , 喬志華 ,劉庭欣 ,胡立夫 , 王相海 , 陶 坪
(1.沈陽航空航天大學 電子信息工程學院,遼寧 沈陽 110136;2.沈陽航空航天大學 自動化學院 ,遼寧 沈陽 110136;3.沈陽市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督信息中心,遼寧 沈陽 110006)
飛機的機載電纜布置錯綜復雜,起著能量輸送、信息傳遞等重要作用。以某型飛機為例,近四百根機載電纜總長十幾公里,重量一噸以上,因此,空戰(zhàn)中機載電纜損毀返航后的診斷修復,是比較棘手的工作。目前仍然沿用三用表手工測量的傳統(tǒng)方法。據(jù)調(diào)查,某型飛機維修過程中,僅僅一根電纜的故障排除競耗時一周。顯然,這樣的修復速度遠遠不能滿足現(xiàn)代技戰(zhàn)術(shù)的要求。
建造機載電纜損毀后的智能化診斷系統(tǒng)ECIDS(Electric Cable Intelligent Diagnosing System),其工作效率是手工診斷修復所遠不能比擬的,而且可以將多根電纜的故障一并解決,從而滿足技戰(zhàn)術(shù)的要求。
系統(tǒng)首先必須具備對被診斷電纜連接關(guān)系的檢測功能,為此,硬件上建造了如圖1所示的模擬開關(guān)組件,其核心器件是兩只16通道的電子模擬開關(guān)CD4067,輔以控制邏輯器件。綜合考慮結(jié)構(gòu)與效率,這一部分硬件系統(tǒng)由16對模擬開關(guān)組件組成。模擬開關(guān)的CH0須空閑不用,因此可一次性完成對240根電纜導線的檢查。
該型飛機的機載電纜與分布于機體表面的插頭插座相連接。具體示意如圖2所示。
為了檢測圖2所示的斷口B、C兩端的連接關(guān)系,需構(gòu)建圖3所示的斷口接插器電路。
用圖4所示的聯(lián)結(jié)器的刺針(或鱷魚夾)可以輕易刺透電纜斷頭的絕緣橡膠(或夾住電纜芯線)而與其中的導線可靠接觸,聯(lián)結(jié)器的另一端與智能化診斷系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線聯(lián)結(jié),從而方便電纜斷口的B、C兩端與智能化診斷系統(tǒng)相聯(lián)結(jié)。
整個智能化診斷系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意如圖5所示。
診斷程序能夠?qū)﹄娎|斷口實現(xiàn)一攬子故障診斷,具體定義了如下矩陣。
分布于飛機表面的各個插座之間的鏈接關(guān)系應為已知,亦可通過設備自身在線學習獲得。為方便計算,給出以下定義:
定義1:模擬開關(guān)組件第i個開關(guān)的通道與第j個開關(guān)的通道連接關(guān)系矩陣為:
其中,aip,jk表明第i個開關(guān)的第p個通道與第j個開關(guān)的第k個通道的連接值,具體定義如下:
上述連接關(guān)系矩陣是已知的。
定義2:測量關(guān)系矩陣是一個測量結(jié)果。模擬開關(guān)組件第i個開關(guān)的通道與第j個開關(guān)的通道的一個測量為:
定義3:連接矩陣與測量矩陣的異或運算,即:
當有“當通未通”或“當斷未斷”的問題存在時,上述運算結(jié)果不為零。
2.2.1 電纜斷口的特征
(1)“剪斷式”斷口
剪切式斷口是由高速鋒利的彈片造成的刀切般的電纜斷口,這時斷口兩端的導線數(shù)最有可能相同。
(2)“洞穿式”斷口
由于電纜導線的中間任何一段都可能根據(jù)需要而存在導線分叉,因此,洞穿式斷口兩端的導線數(shù)不一定相同。
應該指出,斷口將導致其兩側(cè)的導線斷開,而彈片切斷或炮彈洞穿時的瞬間高溫又會導致斷口一側(cè)某些導線的熔融而粘接。總之,斷口會導致導線“當通不通”和“當斷不斷”。
2.2.2 斷口的映像矩陣
斷口的映像矩陣也是一個測量。
設連接關(guān)系矩陣A與測量矩陣C的異或運算結(jié)果R≠0,例如 ri/α,j/β=1≠0,則表明第 i個模擬開關(guān)的第 α個通道與第j個開關(guān)的第β個通道的電纜連接存在問題,但確定不了斷口處具體對應的是哪一根連接出了問題。為此,需要求出第i個模擬開關(guān)的第α個通道與第j個開關(guān)的第β個通道連接關(guān)系在插座E和插座F上的映像。映像的求取是一個測試過程。
由于機載電纜可能存在的分叉,因此,斷口處 E、F兩端的導線數(shù)不一定相同,如上述的“洞穿式斷口”,這時斷口在插座E、F上,同一個像源的映象一定不同,因此兩端斷頭的映像矩陣也一定不同。
設斷口的E端與F端的映像矩陣分別為q維和y維矩陣:
通過上面的分析,可得以下公理。
公理:不論斷口的映像如何不同,只要像源相同,這些電纜可以連接在一起,而與映像矩陣的維數(shù)無關(guān)。
2.2.3 算例
設組件第i個開關(guān)的通道與第j個開關(guān)的通道連接
關(guān)系矩陣為:
對電纜的一個測量為:
計算表明,結(jié)果矩陣中為1的元素表明相應的電纜鏈接關(guān)系出了問題,或當斷不斷,或當通不通。
為了查找斷口處的鏈接關(guān)系,需要找出斷口兩端的映像矩陣,即E陣和F陣,具體為:
其中 e1,1、e1,2與 f2,2、f2,3、f3,1同像源, 而 e2,1與 f1,1、f3,1同像源。同像源的斷口兩端連接起來,從而完成修復。
分析和實驗都表明,通過三個測量,獲取的測量矩陣、斷口兩端的映像矩陣以及相應的運算,可一起解決斷口的故障定位和斷口兩端的鏈接關(guān)系,從而給出電纜斷口的修復決策。計算表明,系統(tǒng)可在20 min內(nèi)完成一個循環(huán)的斷頭查找并給出故障定位。
測試單位與用戶分別給出的測試報告和用戶報告表明,系統(tǒng)完全達到了預期目的。經(jīng)過對國內(nèi)外28個數(shù)據(jù)庫及涉密數(shù)據(jù)庫的檢索,尚未發(fā)現(xiàn)相近的技術(shù)報告,通過了國防工辦主持的鑒定,填補了國內(nèi)空白,國際上技術(shù)領(lǐng)先。
[2]趙悅,唐毅謙,蔡希彪.數(shù)字集成電路故障檢測儀[J].儀器儀表學報,2006,27(6)增刊:399-400.
[3]楊占才,王紅,朱永波,等.飛機航天設備綜合智能故障診斷專家系統(tǒng)研究[J].測控技術(shù),2006,25(4):4-7.
[4]羅孝兵,趙轉(zhuǎn)萍.航空電纜故障自動檢測集成系統(tǒng)[J].工業(yè)控制計算機,2003,16(3):5-7.
[5]魯浩,安偉,陳璞,等.便攜式飛機電纜智能檢測系統(tǒng)[J].微計算機信息,2005,21(6):77-79.
[6]蔡軍,張嬋.基于工控機的航空電纜通用測試系統(tǒng)[J].工業(yè)控制計算機,2007,20(5):46-47.
[7]李潔,沈士團,陳星.航電設備故障診斷專家系統(tǒng)研究與實現(xiàn)[J].計算機工程,2007,33(14):163-165.