孫善民

【摘 要】本文給出了大型客機(jī)機(jī)電綜合技術(shù)特點(diǎn)，并對(duì)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析。

【關(guān)鍵詞】飛機(jī)；機(jī)電系統(tǒng)；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(jī)電綜合技術(shù)概述

目前，現(xiàn)代大型客機(jī)的一個(gè)主要特征是系統(tǒng)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(jī)重量、縮短研制周期，降低維護(hù)成本。

A380、A350和B787客機(jī)都采用了機(jī)電系統(tǒng)綜合控制和管理技術(shù)，大量使用遠(yuǎn)端控制接口單元、遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)采集單元和固態(tài)功率控制器，借助遠(yuǎn)端控制接口單元，在飛機(jī)上廣泛分布于各個(gè)位置的傳感器和作動(dòng)器以及公共核心資源計(jì)算機(jī)，通過數(shù)據(jù)總線連接，使得各個(gè)機(jī)械系統(tǒng)成為物理上分布，功能上綜合的機(jī)電綜合控制功能系統(tǒng)。

2 機(jī)電綜合控制技術(shù)

2.1 相關(guān)機(jī)型機(jī)電綜合技術(shù)特點(diǎn)

2.1.1 A400和B777技術(shù)特點(diǎn)

1）不采用獨(dú)立的控制器；

2）采集參數(shù)的傳感器和控制單元不再從屬于某一單獨(dú)的系統(tǒng)；

3）將機(jī)電系統(tǒng)的綜合控制納入到飛機(jī)級(jí)綜合控制系統(tǒng)的范圍；

4）機(jī)電綜合控制系統(tǒng)通過ARINC629總線與其它系統(tǒng)交聯(lián)；

5）各功能模塊在統(tǒng)一調(diào)度下實(shí)現(xiàn)對(duì)各機(jī)電系統(tǒng)的控制。

2.1.2 A350的技術(shù)特點(diǎn)

1）對(duì)環(huán)控系統(tǒng)、電源系統(tǒng)和輔助動(dòng)力裝置系統(tǒng)等進(jìn)行了綜合；

2）采用分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；

3）通過ARINC629總線（或AFDX）將該系統(tǒng)接入航空電子系統(tǒng)；

4）通過二次配電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)作動(dòng)系統(tǒng)的直接控制和調(diào)度。

2.1.3 A380和B787的技術(shù)特點(diǎn)

1）大量使用遠(yuǎn)端接口單元和遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)采集器；

2）解算控制功能由飛機(jī)的兩臺(tái)公共核心資源計(jì)算機(jī)（CCR）完成；

3）各傳感器、作動(dòng)器及數(shù)據(jù)采集器的信息與CCR之間通過數(shù)據(jù)總線交聯(lián)；

4）各個(gè)機(jī)載系統(tǒng)為物理上分布、功能上綜合的機(jī)電綜合控制系統(tǒng)；

5）綜合化計(jì)算機(jī)采用集中式計(jì)算、分布式執(zhí)行的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

2.2 機(jī)電綜合控制技術(shù)

機(jī)電綜合系統(tǒng)把環(huán)控、燃油、液壓、機(jī)輪剎車、電源和輔助動(dòng)力等系統(tǒng)進(jìn)行綜合，由計(jì)算機(jī)對(duì)機(jī)電系統(tǒng)綜合控制，優(yōu)化組合和動(dòng)態(tài)調(diào)度，使每個(gè)子系統(tǒng)除了完成各自單獨(dú)的功能外，還可以參與資源的協(xié)調(diào)分配和故障后系統(tǒng)重構(gòu)等任務(wù)，通過信息共享和協(xié)同處理，最終將集成的結(jié)果傳遞給系統(tǒng)控制部件或機(jī)構(gòu)它們遵循：信息共享，功能協(xié)同，余度管理，集中資源管理、支持系統(tǒng)的分布式執(zhí)行、容錯(cuò)和重構(gòu)，軟件接口標(biāo)準(zhǔn)符合ARINC標(biāo)準(zhǔn)，支持時(shí)間分區(qū)與空間分區(qū)。

2.2.1 機(jī)電綜合主要優(yōu)點(diǎn)

1）有利于減輕飛機(jī)重量、體積和連線的復(fù)雜性。

2）充分利用系統(tǒng)的資源，大大減少重復(fù)的資源配置。

3）采用SSPC，取代傳統(tǒng)的斷路器，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)二次配電等功能。

4）有利于增加系統(tǒng)的容錯(cuò)能力與故障檢測(cè)能力。

5）提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。

6）提高自動(dòng)化程度，降低操作負(fù)擔(dān)。

7）降低成本，提高效率、縮短研制周期。

2.2.2 機(jī)電綜合主要缺點(diǎn)

1）硬件失效的危害度增加，需要系統(tǒng)具有容錯(cuò)和重構(gòu)能力。

2）系統(tǒng)開發(fā)的復(fù)雜程度提高。

3）系統(tǒng)級(jí)的綜合、驗(yàn)證難度加大。

2.3 機(jī)電綜合控制關(guān)鍵技術(shù)

機(jī)電系統(tǒng)綜合應(yīng)在飛機(jī)總體設(shè)計(jì)的系統(tǒng)層次上，以整個(gè)飛機(jī)性能最佳為設(shè)計(jì)目標(biāo)的，提高機(jī)電系統(tǒng)的綜合化水平。

2.3.1 機(jī)電系統(tǒng)綜合管理設(shè)計(jì)

1）機(jī)電系統(tǒng)綜合管理體系構(gòu)架

機(jī)載系統(tǒng)（如飛控、液壓、動(dòng)力裝置、燃油、起落架、環(huán)控等）綜合管理的體系構(gòu)架設(shè)計(jì)，應(yīng)滿足各系統(tǒng)的功能要求。同時(shí)，應(yīng)考慮飛機(jī)的安全性及可靠性設(shè)計(jì)要求，各系統(tǒng)之間及其與綜合管理系統(tǒng)之間的接口及機(jī)電綜合管理系統(tǒng)的余度問題。

2）機(jī)電系統(tǒng)綜合管理控制律

對(duì)不同機(jī)電系統(tǒng)物理信息（或信號(hào)）特點(diǎn)及控制律特點(diǎn)的分析，采用基于人工智能等方法的多系統(tǒng)綜合控制律設(shè)計(jì)策略，對(duì)多個(gè)機(jī)載系統(tǒng)（飛控、液壓、動(dòng)力裝置、燃油、起落架、環(huán)控等）進(jìn)行綜合化控制與管理。

3）機(jī)電系統(tǒng)綜合管理驗(yàn)證平臺(tái)

從飛控、液壓、動(dòng)力裝置、燃油、起落架、環(huán)控等系統(tǒng)中，有重點(diǎn)地選擇2～3個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行多系統(tǒng)綜合管理的控制律設(shè)計(jì)與優(yōu)化，并開發(fā)機(jī)電系統(tǒng)綜合管理的仿真研究及驗(yàn)證平臺(tái)。

2.3.2 機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控與故障診斷設(shè)計(jì)

1）機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控模式與方法

針對(duì)飛控、液壓、動(dòng)力裝置、燃油、起落架、環(huán)控等系統(tǒng)，選擇2～3個(gè)典型系統(tǒng)，進(jìn)行監(jiān)控模式與方法、特征信號(hào)提取研究，建立反映系統(tǒng)本質(zhì)特征的監(jiān)控模型，開展仿真研究。

2）機(jī)電系統(tǒng)故障模式與故障診斷

對(duì)于能夠建立較精確數(shù)學(xué)模型的系統(tǒng)（如起落架），建立正常和故障狀態(tài)下的數(shù)學(xué)模型，用基于模型的方法進(jìn)行故障診斷；對(duì)于建模復(fù)雜、很難建立精確數(shù)學(xué)模型的系統(tǒng)（如燃油系統(tǒng)），根據(jù)監(jiān)控得到的特征信號(hào)，進(jìn)行故障診斷。

3）機(jī)電系統(tǒng)智能故障診斷驗(yàn)證平臺(tái)

針對(duì)不同系統(tǒng)故障模式，開發(fā)故障診斷仿真平臺(tái)，根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行過程中的監(jiān)控信號(hào)和用戶設(shè)置的參數(shù)，自動(dòng)判定系統(tǒng)工作是否正常，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障自檢測(cè)。當(dāng)有故障發(fā)生時(shí)，相應(yīng)地給出故障發(fā)生的時(shí)刻、位置及原因。

2.3.3 機(jī)電系統(tǒng)容錯(cuò)技術(shù)

1）機(jī)電系統(tǒng)容錯(cuò)控制

針對(duì)部件部分失效故障的情況，利用系統(tǒng)的冗余設(shè)計(jì)，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在線逼近未知故障，自適應(yīng)調(diào)節(jié)控制器參數(shù)，設(shè)計(jì)自適應(yīng)容錯(cuò)控制律，利用系統(tǒng)的冗余設(shè)計(jì)，進(jìn)行系統(tǒng)重構(gòu)。

2）機(jī)電系統(tǒng)容錯(cuò)控制仿真

將容錯(cuò)控制與故障診斷結(jié)合，采用MATLAB開發(fā)控制算法，在智能故障診斷驗(yàn)證平臺(tái)上驗(yàn)證容錯(cuò)控制能力。

3 結(jié)語

民用飛機(jī)系統(tǒng)機(jī)電綜合管理與控制已成為現(xiàn)代飛機(jī)發(fā)展的必然趨勢(shì)，系統(tǒng)機(jī)電綜合技術(shù)將廣泛使用在民機(jī)系統(tǒng)研制中，并更加模塊化、規(guī)模化和標(biāo)準(zhǔn)化。同時(shí)，飛機(jī)設(shè)計(jì)驗(yàn)證及適航取證工作也存在一定風(fēng)險(xiǎn)。

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