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        機(jī)載電纜作戰(zhàn)損毀后智能化診斷系統(tǒng)

        2012-08-13 08:13:20曾雪梅喬志華劉庭欣胡立夫王相海
        電子技術(shù)應(yīng)用 2012年12期
        關(guān)鍵詞:診斷系統(tǒng)插座斷口

        曾雪梅 , 喬志華 ,劉庭欣 ,胡立夫 , 王相海 , 陶 坪

        (1.沈陽(yáng)航空航天大學(xué) 電子信息工程學(xué)院,遼寧 沈陽(yáng) 110136;2.沈陽(yáng)航空航天大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院 ,遼寧 沈陽(yáng) 110136;3.沈陽(yáng)市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督信息中心,遼寧 沈陽(yáng) 110006)

        飛機(jī)的機(jī)載電纜布置錯(cuò)綜復(fù)雜,起著能量輸送、信息傳遞等重要作用。以某型飛機(jī)為例,近四百根機(jī)載電纜總長(zhǎng)十幾公里,重量一噸以上,因此,空戰(zhàn)中機(jī)載電纜損毀返航后的診斷修復(fù),是比較棘手的工作。目前仍然沿用三用表手工測(cè)量的傳統(tǒng)方法。據(jù)調(diào)查,某型飛機(jī)維修過(guò)程中,僅僅一根電纜的故障排除競(jìng)耗時(shí)一周。顯然,這樣的修復(fù)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代技戰(zhàn)術(shù)的要求。

        建造機(jī)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(fù)所遠(yuǎn)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。

        1 ECIDS系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

        系統(tǒng)首先必須具備對(duì)被診斷電纜連接關(guān)系的檢測(cè)功能,為此,硬件上建造了如圖1所示的模擬開(kāi)關(guān)組件,其核心器件是兩只16通道的電子模擬開(kāi)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(duì)模擬開(kāi)關(guān)組件組成。模擬開(kāi)關(guān)的CH0須空閑不用,因此可一次性完成對(duì)240根電纜導(dǎo)線的檢查。

        該型飛機(jī)的機(jī)載電纜與分布于機(jī)體表面的插頭插座相連接。具體示意如圖2所示。

        為了檢測(cè)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(yú)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(dǎo)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(gè)智能化診斷系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意如圖5所示。

        2 ECIRS診斷的算法

        診斷程序能夠?qū)﹄娎|斷口實(shí)現(xiàn)一攬子故障診斷,具體定義了如下矩陣。

        2.1 電纜的連接關(guān)系矩陣

        分布于飛機(jī)表面的各個(gè)插座之間的鏈接關(guān)系應(yīng)為已知,亦可通過(guò)設(shè)備自身在線學(xué)習(xí)獲得。為方便計(jì)算,給出以下定義:

        定義1:模擬開(kāi)關(guān)組件第i個(gè)開(kāi)關(guān)的通道與第j個(gè)開(kāi)關(guān)的通道連接關(guān)系矩陣為:

        其中,aip,jk表明第i個(gè)開(kāi)關(guān)的第p個(gè)通道與第j個(gè)開(kāi)關(guān)的第k個(gè)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(cè)量關(guān)系矩陣是一個(gè)測(cè)量結(jié)果。模擬開(kāi)關(guān)組件第i個(gè)開(kāi)關(guān)的通道與第j個(gè)開(kāi)關(guān)的通道的一個(gè)測(cè)量為:

        定義3:連接矩陣與測(cè)量矩陣的異或運(yùn)算,即:

        當(dāng)有“當(dāng)通未通”或“當(dāng)斷未斷”的問(wèn)題存在時(shí),上述運(yùn)算結(jié)果不為零。

        2.2 斷口的映像矩陣與像源

        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(shí)斷口兩端的導(dǎo)線數(shù)最有可能相同。

        (2)“洞穿式”斷口

        由于電纜導(dǎo)線的中間任何一段都可能根據(jù)需要而存在導(dǎo)線分叉,因此,洞穿式斷口兩端的導(dǎo)線數(shù)不一定相同。

        應(yīng)該指出,斷口將導(dǎo)致其兩側(cè)的導(dǎo)線斷開(kāi),而彈片切斷或炮彈洞穿時(shí)的瞬間高溫又會(huì)導(dǎo)致斷口一側(cè)某些導(dǎo)線的熔融而粘接??傊?,斷口會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)線“當(dāng)通不通”和“當(dāng)斷不斷”。

        2.2.2 斷口的映像矩陣

        斷口的映像矩陣也是一個(gè)測(cè)量。

        設(shè)連接關(guān)系矩陣A與測(cè)量矩陣C的異或運(yùn)算結(jié)果R≠0,例如 ri/α,j/β=1≠0,則表明第 i個(gè)模擬開(kāi)關(guān)的第 α個(gè)通道與第j個(gè)開(kāi)關(guān)的第β個(gè)通道的電纜連接存在問(wèn)題,但確定不了斷口處具體對(duì)應(yīng)的是哪一根連接出了問(wèn)題。為此,需要求出第i個(gè)模擬開(kāi)關(guān)的第α個(gè)通道與第j個(gè)開(kāi)關(guān)的第β個(gè)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(gè)測(cè)試過(guò)程。

        由于機(jī)載電纜可能存在的分叉,因此,斷口處 E、F兩端的導(dǎo)線數(shù)不一定相同,如上述的“洞穿式斷口”,這時(shí)斷口在插座E、F上,同一個(gè)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(shè)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(guò)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(wú)關(guān)。

        2.2.3 算例

        設(shè)組件第i個(gè)開(kāi)關(guān)的通道與第j個(gè)開(kāi)關(guān)的通道連接

        關(guān)系矩陣為:

        對(duì)電纜的一個(gè)測(cè)量為:

        計(jì)算表明,結(jié)果矩陣中為1的元素表明相應(yīng)的電纜鏈接關(guān)系出了問(wèn)題,或當(dāng)斷不斷,或當(dāng)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(lái),從而完成修復(fù)。

        分析和實(shí)驗(yàn)都表明,通過(guò)三個(gè)測(cè)量,獲取的測(cè)量矩陣、斷口兩端的映像矩陣以及相應(yīng)的運(yùn)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(fù)決策。計(jì)算表明,系統(tǒng)可在20 min內(nèi)完成一個(gè)循環(huán)的斷頭查找并給出故障定位。

        2012年3 月10日在空軍某部對(duì)大修中的飛機(jī)進(jìn)行了實(shí)際測(cè)試與演練,結(jié)果完全正確。

        測(cè)試單位與用戶分別給出的測(cè)試報(bào)告和用戶報(bào)告表明,系統(tǒng)完全達(dá)到了預(yù)期目的。經(jīng)過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外28個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)及涉密數(shù)據(jù)庫(kù)的檢索,尚未發(fā)現(xiàn)相近的技術(shù)報(bào)告,通過(guò)了國(guó)防工辦主持的鑒定,填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白,國(guó)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(cè)儀[J].儀器儀表學(xué)報(bào),2006,27(6)增刊:399-400.

        [3]楊占才,王紅,朱永波,等.飛機(jī)航天設(shè)備綜合智能故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)研究[J].測(cè)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(dòng)檢測(cè)集成系統(tǒng)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī),2003,16(3):5-7.

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        [6]蔡軍,張嬋.基于工控機(jī)的航空電纜通用測(cè)試系統(tǒng)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī),2007,20(5):46-47.

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