陳思文 任國志 王佳祥 李晨

摘 ?要：飛行控制系統(tǒng)決定著整個飛機的飛行姿態(tài)，而舵機又是飛控系統(tǒng)中的重要組成部分。通過測試性虛擬驗證試驗的方式，可以實現(xiàn)判斷被測產(chǎn)品是否達到了規(guī)定的測試性指標要求的目的。本文主要介紹了測試性虛擬驗證試驗的工作流程，基于TMAS軟件平臺、以某型飛控系統(tǒng)中串聯(lián)電動舵機為研究對象，并開展了測試性虛擬驗證試驗。分析了基于該方法進行的測試性驗證試驗的可行性，提出故障率和測試點的設置對指標評估結果可能造成的誤差。

關鍵詞：測試性;虛擬驗證;故障率;測試點

引言

我國武器裝備測試性技術的研究起步較晚，研究范圍也多見于導彈、艦艇、雷達等領域，而直升機領域涉獵不多。在這種情況下，根據(jù)裝備試驗鑒定工作總體方向，為滿足直升機裝備的測試性驗證試驗工作要求，本文基于某型飛行控制系統(tǒng)中串聯(lián)電動舵機探索研究測試性虛擬驗證試驗方法在直升機裝備上的運用，通過TMAS軟件平臺對該型舵機系統(tǒng)進行模型構建，并得到測試性指標評估結果，為開展測試性驗證試驗工作提供借鑒。

1 測試性虛擬驗證試驗的工作流程

測試性虛擬驗證試驗以建立被測系統(tǒng)模型為前提，通過虛擬的故障注入形式完成測試性驗證試驗。理想情況應是對測試性實物驗證過程的完全虛擬化，因此測試性虛擬驗證試驗應包含測試性實物驗證試驗的主要過程。但是，這種依托計算機和軟件平臺進行的測試性驗證試驗，在驗證對象、故障注入的種類/次數(shù)、具體實施方法等方面仍與傳統(tǒng)的測試性驗證試驗區(qū)別較大，測試性虛擬驗證試驗的總體工作流程如圖所示。

2 TMAS軟件平臺及FMECA分析

2.1 TMAS軟件平臺簡介

TMAS軟件全稱為測試性建模與分析系統(tǒng)（Testability Modeling and Analysis System），該軟件集測試性建模、測試性分析、診斷推理三大功能于一體，是一種能夠實現(xiàn)測試性基礎建模的工具，廣泛應用于航空航天、國防裝備等高新技術領域，能夠較好的滿足測試性設計、嵌入式實時診斷、交互式故障診斷、在線遠程故障診斷和維護管理等需求。

2.2 產(chǎn)品FMECA分析

當確定用FMECA對某一裝備進行測試性驗證時就已經(jīng)確定了該裝備的產(chǎn)品結構、遞接關系等，并能夠生成詳細的功能結構方框圖，可以通過硬件分析法對被測裝備的功能結構、組成關系進行詳細分析，明確各層級的測試單元。當在軟件平臺上構建層次化模型時，可以為分析對象定義約定的層次，即規(guī)定FMECA的產(chǎn)品層次。約定層次后，需要對系統(tǒng)的功能任務及系統(tǒng)在完成各種功能任務時所處的環(huán)境條件進行描述，還包括系統(tǒng)任務剖面、工作方式、任務階段等，同時要制定系統(tǒng)的故障判據(jù)，構成完整的FMECA。

3 某型串聯(lián)舵機系統(tǒng)結構分析

3.1 系統(tǒng)硬件組成

通過硬件分析法，可知串聯(lián)舵機的組成結構主要包括三個主要模塊，即伺服電機模塊、齒輪傳動組模塊、直線性位移傳感器（或簡稱電位計）模塊。

3.2 系統(tǒng)功能結構組成

在控制器作用下產(chǎn)生的誤差信號，通過驅動器放大后會傳給舵機中的伺服電機，驅動電機運轉。齒輪傳動組放大電機力矩并按照10.833的減速比帶動力矩限制器的齒輪轉動，實現(xiàn)對舵面按照要求角度進行偏轉的控制。在運行期間，力矩限制器將運動傳遞給輸出軸和行程限制器。輸出軸通過在殼體導向槽內(nèi)滑動的加工凸塊獲得線性位移;行程限制器在自身角度范圍內(nèi)轉動。在反饋回路中，電位計將反饋信號以電壓的形式提供給驅動器，形成舵回路閉環(huán)，實現(xiàn)對舵面角度的精準控制。

4 舵機系統(tǒng)測試性虛擬驗證試驗

4.1 系統(tǒng)模型構建

在明確舵機系統(tǒng)結構組成后，結合FMECA報告，通過TMAS軟件建立符合相關性理論和多信號流圖的層次化圖形模型。

同理，根據(jù)系統(tǒng)各層級結構組成，可以建立電機系統(tǒng)中的轉子/機械連接件/電機軸、齒輪傳動組中的前端齒輪軸/主動齒輪/從動齒輪/后端齒輪軸、以及線性位移傳感器模塊，根據(jù)FMECA，依次設定故障模式。完成對整個舵機系統(tǒng)的模型構建，并執(zhí)行測試性分析，生成測試性分析報告。

4.2 測試性指標評估

通過測試性虛擬驗證試驗獲得的測試性分析報告，涵蓋模型組成、故障源匯總、測試匯總、模型統(tǒng)計參數(shù)、測試性指標、關鍵參數(shù)等各類所需信息。

在模型中，沒有設定與成本及時間相關的信息，故有四項指標值為0。在工程應用中，可以根據(jù)實際情況依次進行設定并獲得相關指標值。

5 結果誤差分析

5.1 故障率對指標評估結果的影響

根據(jù)故障率曲線階段變化圖，對該模型中的故障模式進行分類，結合各模塊失效率特點和專家經(jīng)驗等驗前信息，優(yōu)化系統(tǒng)中各故障模式在第一階段和第三階段的故障率，獲得了不同階段情況下的FDR和FIR值。

通過對三組數(shù)據(jù)分析可知，故障率的變化會對FDR/FIR等指標評估結果造成較大影響。所以故障率的確定不能一概而論，而應根據(jù)被測產(chǎn)品所處試驗階段、結合具體模塊的失效率特點等試驗數(shù)據(jù)，明確故障率取值。

5.2 ?測試點的設置對指標評估結果的影響

根據(jù)某型機舵機系統(tǒng)FMECA表，對模型設置測試點共計33個，“數(shù)據(jù)一”顯示了該情況下典型的模型統(tǒng)計參數(shù)及FDR/FIR值?！皵?shù)據(jù)二”顯示了當去掉系統(tǒng)模型中電機模塊中的測試點時（模型中只剩下10個測試點），相應數(shù)據(jù)發(fā)生的改變?！皵?shù)據(jù)三”顯示了當系統(tǒng)模型中只留下線性位移傳感器的2個測試點時，各組數(shù)據(jù)發(fā)生的變化。伴隨測試點的減少，模糊組總數(shù)、診斷樹測試數(shù)量都隨之降低;而平均模糊度指標呈上升趨勢，測試點數(shù)量越少，平均模糊度越高。

另外，測試點的多少對FDR和FIR也有較大影響。

結果表明，測試點的設置會對測試性指標評估結果造成較大影響，表現(xiàn)出測試點越多，F(xiàn)DR/FIR值也會相應提高;測試點越少，F(xiàn)DR/FIR值會相應降低的特點。

6 結束語

建立被測產(chǎn)品虛擬樣機模型是執(zhí)行測試性虛擬驗證試驗的前提條件，圖示化模型可以清晰反映出被測裝備各層級的接口/信號關系，基于測試平臺建立的測試性評估模型可以完成對裝備的測試性分析，結合工程實際獲得可行性評估結果。本文以某型機舵機系統(tǒng)為例，結合舵機系統(tǒng)測試設計信息及測試性要求，完成對舵機系統(tǒng)的圖示化模型構建，生成了測試性指標評估報告;同時，對故障率、測試點的設置對測試性指標評估結果可能造成的影響進行了分析，為裝備在試驗鑒定各環(huán)節(jié)開展測試性驗證試驗工作提供借鑒。

參考文獻

[1] 邱靜， 劉冠軍， 張勇， 呂克洪， 等. 裝備測試性試驗與評價技術[M]. 北京： 科學出版社， 2017

[2] 張勇. 裝備測試性虛擬驗證試驗關鍵技術研究[J]. 博士， 國防科學技術大學， 2012

[3] 陳然， 連光耀， 黃考利， 閆鵬程， 耿夢雪， 王凱. 基于FMECA信息的測試性驗證試驗樣本分配方法[J]. 北京航空航天大學學報 2017， 43（03）： 627-635