王冬明

摘 要：本文基于電傳飛控系統(tǒng)的特點(diǎn)，對(duì)其飛行控制系統(tǒng)信號(hào)延時(shí)進(jìn)行分析，辨識(shí)主要的延時(shí)環(huán)節(jié)和信號(hào)流傳輸途徑，研究飛控系統(tǒng)信號(hào)延時(shí)的計(jì)算方法，并提出進(jìn)一步減少飛行控制系統(tǒng)延時(shí)的方法。

關(guān)鍵詞：飛行控制系統(tǒng) 信號(hào)延時(shí) 分析方法

中圖分類(lèi)號(hào)：V27 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）10（c）-0010-02

電傳飛行控制系統(tǒng)已成為現(xiàn)代先進(jìn)飛機(jī)的主要特點(diǎn)之一，與傳統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)飛行控制系統(tǒng)相比，能大幅減輕結(jié)構(gòu)重量、改善飛行操縱品質(zhì)，同時(shí)也增加了信號(hào)傳輸?shù)牟淮_定性[1-2]。信號(hào)延時(shí)是影響閉環(huán)控制系統(tǒng)控制品質(zhì)的重要因素，因此有必要對(duì)電傳飛控系統(tǒng)信號(hào)延時(shí)做深入分析。

1 飛機(jī)飛控系統(tǒng)分析

某型飛機(jī)飛行控制系統(tǒng)以桿盤(pán)和方向舵腳蹬作為控制輸入；以飛控計(jì)算機(jī)、作動(dòng)器控制電子及遠(yuǎn)程電子單元為系統(tǒng)的控制核心；飛控專(zhuān)用總線(xiàn)用于控制核心之間的數(shù)據(jù)通訊，作動(dòng)器數(shù)據(jù)總線(xiàn)提供作動(dòng)器控制單元之間的數(shù)據(jù)通訊，ARINC429總線(xiàn)提供飛行控制系統(tǒng)與航電系統(tǒng)、飛機(jī)姿態(tài)傳感器之間的通訊；以電馬達(dá)、電液伺服作動(dòng)器為執(zhí)行部件。

1.1 基本工作原理

飛行員操縱指令由傳感器轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，被送作動(dòng)器控制電子，經(jīng)作動(dòng)器控制電子對(duì)其進(jìn)行處理后，通過(guò)飛控專(zhuān)用數(shù)據(jù)總線(xiàn)發(fā)送到飛控計(jì)算機(jī)中。同時(shí)，作動(dòng)器控制電子也接收來(lái)自外部傳感器的數(shù)字信號(hào)，飛控計(jì)算機(jī)對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行校驗(yàn)，并用于控制律計(jì)算，生成控制指令發(fā)往作動(dòng)器控制電子，每個(gè)作動(dòng)器控制電子收到全部飛控計(jì)算機(jī)發(fā)來(lái)的控制指令，校驗(yàn)后控制舵面運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)姿態(tài)的控制。

1.2 飛控系統(tǒng)主要延時(shí)環(huán)節(jié)

（1）接收器接入和反鋸齒濾波。

（2）作動(dòng)器控制電子到飛控計(jì)算機(jī)傳輸延時(shí)。

（3）輸入信號(hào)處理過(guò)程。

（4）控制律濾波。

（5）指令處理過(guò)程。

（6）指令傳輸延時(shí)。

（7）作動(dòng)器動(dòng)態(tài)特性。

2 飛控系統(tǒng)延時(shí)分析

2.1 信號(hào)傳輸路徑

飛機(jī)的俯仰控制由升降舵和水平安定面實(shí)現(xiàn)，控制輸入來(lái)自桿盤(pán)，傳感器感應(yīng)飛機(jī)狀態(tài)及環(huán)境信息，所有輸入信號(hào)由作動(dòng)器控制電子采集，然后發(fā)送到飛控計(jì)算機(jī)，控制律計(jì)算出控制指令發(fā)送給作動(dòng)器控制電子，遠(yuǎn)程電子單元控制舵運(yùn)動(dòng)，配平切斷開(kāi)關(guān)和人工配平開(kāi)關(guān)直接向馬達(dá)控制電子發(fā)送離散信號(hào)控制水平安定面的配平。俯仰通道信號(hào)流向如圖 1所示。

飛機(jī)的滾轉(zhuǎn)通道、偏航通道與俯仰通道的信號(hào)流向相似，不同點(diǎn)在于滾轉(zhuǎn)通道遠(yuǎn)程電子單元控制的是副翼和擾流板，偏航通道的控制輸入來(lái)自腳蹬，遠(yuǎn)程電子單元控制的是方向舵。

2.2 信號(hào)延時(shí)分析

以俯仰軸為例分析飛控系統(tǒng)的信號(hào)傳輸延時(shí)，延時(shí)可分為三個(gè)部分，分別是控制輸入延時(shí)、控制器計(jì)算延時(shí)和指令輸出延時(shí)。俯仰通道信號(hào)延時(shí)如圖2所示。

在控制輸入階段，延時(shí)主要為AD采樣延時(shí)和作動(dòng)器控制電子對(duì)所采集的信號(hào)進(jìn)行反鋸齒濾波延時(shí)，控制輸入延時(shí)為：。

控制器計(jì)算過(guò)程中，指令計(jì)算占用一個(gè)，作動(dòng)器控制電子打包生成控制指令占用一個(gè)。飛控專(zhuān)用總線(xiàn)為單向通信，其傳輸速度為NFBusbit/s，作動(dòng)器控制電子向飛控計(jì)算機(jī)發(fā)送的一幀信息為NData1個(gè)數(shù)據(jù)字（16位），飛控計(jì)算機(jī)向作動(dòng)器控制電子發(fā)送的一幀信息為NData2個(gè)數(shù)據(jù)字（16位）。從接收到處理信息最長(zhǎng)可能等待一個(gè)周期。所以飛控專(zhuān)用總線(xiàn)傳輸延時(shí)分別為：，。

控制器計(jì)算延時(shí)為：。

指令輸出過(guò)程，作動(dòng)器數(shù)據(jù)總線(xiàn)采用命令-響應(yīng)方式的握手協(xié)議，傳輸速率為NABusbit/s，一幀命令信息為NData2個(gè)數(shù)據(jù)字（16位），從接收到一幀作動(dòng)器數(shù)據(jù)命令信息到處理最長(zhǎng)等待一個(gè)周期，所以作動(dòng)器數(shù)據(jù)的傳輸延時(shí)為：。

指令輸出過(guò)程的延時(shí)為：。

綜合得出俯仰通道的飛控電子延時(shí)T為：

因俯仰、滾轉(zhuǎn)和偏航三個(gè)通道信號(hào)傳輸路徑相似，飛控系統(tǒng)延時(shí)均為。

2.3 結(jié)論

經(jīng)過(guò)以上分析，將此型飛機(jī)飛控系統(tǒng)參數(shù)代入述計(jì)算公式中進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果表明飛控系統(tǒng)延時(shí)在設(shè)計(jì)指標(biāo)范圍內(nèi)，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

3 減少延時(shí)的方法

飛機(jī)飛控系統(tǒng)中各延時(shí)環(huán)節(jié)大致可分為信號(hào)采集延時(shí)、計(jì)算延時(shí)、發(fā)送延時(shí)和傳輸延時(shí)。為進(jìn)一步減少系統(tǒng)延時(shí)，可采取以下方法。

（1）提高傳感器采樣速度降低信號(hào)采集延時(shí)。

（2）提高控制器時(shí)鐘頻率或縮短控制器計(jì)算周期來(lái)減少計(jì)算延時(shí)。

（3）提高總線(xiàn)傳輸速度和減小數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度兩個(gè)方法來(lái)減少傳輸延時(shí)。

參考文獻(xiàn)

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[2] 陳宗基.飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理論與方法[M].上海：上海交通大學(xué)出版社，2015.endprint