基于模糊推理Petri網(wǎng)的A320飛機(jī)偏航阻尼系統(tǒng)分析

摘 要：A320是歐洲空中客車工業(yè)公司研發(fā)的，是一種新型的飛機(jī)，為單過(guò)道飛機(jī)提供了新標(biāo)準(zhǔn)。A320是民航飛機(jī)，應(yīng)用全數(shù)字電傳操縱，是第一款放寬靜穩(wěn)定度設(shè)計(jì)的客機(jī)。它在設(shè)計(jì)上提高了客艙的舒適度和適應(yīng)度，是一個(gè)低噪音、低排放以及低油耗的客機(jī)。它能夠提供集裝箱貨運(yùn)裝載系統(tǒng)，使地服設(shè)備減少，降低裝卸的成本。偏航阻尼的主要作用是保持飛機(jī)的穩(wěn)定性，文章以模糊推理Petri為基礎(chǔ)，探討A320的飛機(jī)偏航阻尼系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：模糊推理；Petri網(wǎng)；A320飛機(jī)；偏航阻尼系統(tǒng)

Petri網(wǎng)是上世紀(jì)六十年代物理學(xué)家卡爾·A·佩特里發(fā)明的，它是對(duì)離散并行系統(tǒng)的數(shù)學(xué)表示。Petri網(wǎng)有直觀的圖形表達(dá)式，也有數(shù)學(xué)表述方式，它被認(rèn)為是一種自動(dòng)化的理論。模糊推理Petri網(wǎng)是對(duì)Petri的模糊推理，對(duì)飛機(jī)偏航阻尼系統(tǒng)的分析有重要作用。偏航阻尼系統(tǒng)在防止出現(xiàn)荷蘭滾運(yùn)動(dòng)，以及維持氣流顛簸時(shí)的穩(wěn)定有重要作用。在飛機(jī)飛行的過(guò)程中，偏航阻尼系統(tǒng)經(jīng)過(guò)計(jì)算，向方向舵發(fā)出指令，降低飛機(jī)飛行航向的不穩(wěn)定性。

1 模糊推理Petri網(wǎng)

Petri網(wǎng)有系統(tǒng)行為分析技術(shù)，也有系統(tǒng)描述手段，主要應(yīng)用在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)模型中，它為計(jì)算機(jī)科學(xué)提供了概念基礎(chǔ)。Petri網(wǎng)在分析離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用，Petri網(wǎng)的應(yīng)用范圍很廣，包括計(jì)算技術(shù)領(lǐng)域、通信領(lǐng)域以及自動(dòng)控制領(lǐng)域等。它可以很快地啟動(dòng)推理搜索的功能，在故障診斷領(lǐng)域有很強(qiáng)的適用能力。Petri網(wǎng)的目的是描述變遷之間的因果關(guān)系，根據(jù)此關(guān)系構(gòu)造時(shí)序。一方面Petri網(wǎng)可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模很分析，通過(guò)可達(dá)樹(shù)等方式對(duì)故障進(jìn)行定位，實(shí)現(xiàn)前向診斷。另一方面，可以實(shí)現(xiàn)后向診斷，Petri網(wǎng)本身有診斷知識(shí)，可以充分利用其進(jìn)行推理搜索、知識(shí)表達(dá)等。一個(gè)傳統(tǒng)的Petri網(wǎng)，主要由四元組組成，包括庫(kù)所、變遷、輸入以及輸出函數(shù)[1]。所有的圖都能夠映射到這個(gè)四元組中。在Petri網(wǎng)中，有兩個(gè)主要節(jié)點(diǎn)，位置節(jié)點(diǎn)和轉(zhuǎn)移節(jié)點(diǎn)，它們又分別稱為命題和規(guī)則。Petri網(wǎng)中主要有兩種連線，一種是轉(zhuǎn)移結(jié)點(diǎn)到位置結(jié)點(diǎn)的輸出連線，一種是相反的輸入連線。

模糊推理Petri網(wǎng)以模糊產(chǎn)生式規(guī)則為基礎(chǔ)，是知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)的良好建模工具。模糊產(chǎn)生式規(guī)則主要是描述各個(gè)命題之間的模糊關(guān)系。如果R是一個(gè)模糊產(chǎn)生式規(guī)則的系統(tǒng)，R={R1，R2，...，Rr}，那么Rk（k=1，2，...，r）的形式定義主要有兩種，Rk：If d1 and d2 and d3 and...and dn then d，u，？姿，w1，w2，... wn，在這里，d1是前提命題，d是結(jié)果命題，u指規(guī)則確信度，？姿指規(guī)則閾值，wn是權(quán)值，并且？撞Wi=1，i=1，2，...，n，0

2 A320飛機(jī)偏航阻尼系統(tǒng)

A320是民航客機(jī)，使用電傳操縱技術(shù)，在飛行的過(guò)程中，它的偏航阻尼系統(tǒng)能夠自動(dòng)完成三項(xiàng)主要功能，分別是協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)彎、恢復(fù)發(fā)動(dòng)機(jī)的故障、防止荷蘭滾。偏航阻尼系統(tǒng)的主要目的是使飛機(jī)在飛行的過(guò)程中更加平穩(wěn)。飛行的時(shí)候，A320通過(guò)飛行增穩(wěn)計(jì)算機(jī)發(fā)布指令，飛行增穩(wěn)計(jì)算機(jī)稱為FAC。FAC發(fā)送信號(hào)，使偏航阻尼系統(tǒng)中的機(jī)器進(jìn)行運(yùn)作，然后對(duì)飛機(jī)方向舵進(jìn)行控制。當(dāng)飛機(jī)中的兩個(gè)偏航阻尼系統(tǒng)都銜接時(shí)，一號(hào)有優(yōu)先權(quán)，一號(hào)偏航阻尼器經(jīng)過(guò)傳感器感應(yīng)，將位置信息反饋給一號(hào)飛行增穩(wěn)計(jì)算機(jī)[3]。二號(hào)偏航阻尼器通過(guò)壓力開(kāi)關(guān)監(jiān)控電磁閥。當(dāng)出現(xiàn)故障的時(shí)候，可能與偏航阻尼系統(tǒng)的伺服作動(dòng)筒有關(guān)，也可能是子系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題。

分析偏航阻尼系統(tǒng)的時(shí)候，使用不確定的推理方法，主要使用MYCN置信度法。這是一種極大代數(shù)方法。

按照模糊推理Petri網(wǎng)的定義，對(duì)A320偏航阻尼系統(tǒng)的故障分析有幾種規(guī)則和現(xiàn)象。如果規(guī)則置信度是0.9，主要故障是伺服作動(dòng)筒一?，F(xiàn)象是電磁閥一或二，開(kāi)關(guān)，或者伺服作動(dòng)筒到飛行增穩(wěn)計(jì)算機(jī)的線路故障[4]。

如果規(guī)則置信度為0.9，主要故障是飛行增穩(wěn)計(jì)算機(jī)一的偏航阻尼系統(tǒng)，那么主要表現(xiàn)是伺服作動(dòng)筒一出現(xiàn)故障，或者伺服作動(dòng)系統(tǒng)二出現(xiàn)故障。

如果規(guī)則置信度是0.8，飛行增穩(wěn)計(jì)算機(jī)一的偏航阻尼出現(xiàn)故障，主要是伺服作動(dòng)筒一、線路、發(fā)動(dòng)機(jī)液壓泵活門、伺服作動(dòng)系統(tǒng)二出現(xiàn)故障。

偏航阻尼伺服作動(dòng)筒壓力開(kāi)關(guān)的故障、電磁閥故障以及線路故障，是偏航阻尼系統(tǒng)的重要部分，對(duì)偏航阻尼系統(tǒng)有重要影響，關(guān)系著作動(dòng)筒是不是會(huì)發(fā)生故障。一般情況下，偏航阻尼作動(dòng)筒出現(xiàn)故障的幾率是27%，比飛行增穩(wěn)計(jì)算機(jī)一的故障幾率大，比線路故障、發(fā)動(dòng)機(jī)液壓泵活門故障的幾率要小。概率最大的是線路故障，其次是發(fā)動(dòng)機(jī)液壓泵活門故障，再次是偏航阻尼伺服作動(dòng)筒一的故障，最后是飛行增穩(wěn)計(jì)算機(jī)一的故障。

總之，阻尼器的出現(xiàn)，有效地防止了飛機(jī)出現(xiàn)荷蘭滾運(yùn)動(dòng)，減少了飛機(jī)的震蕩以及操縱的問(wèn)題。通過(guò)模糊推理Petri網(wǎng)對(duì)A320飛機(jī)偏航阻尼系統(tǒng)的分析有重要作用，對(duì)其故障的分析有有重要意義，要積極分析研究Petri網(wǎng)以及偏航阻尼系統(tǒng)，提高飛機(jī)飛行的穩(wěn)定性和安全性。

參考文獻(xiàn)

[1]邵欣桐，商中新.基于模糊Petri網(wǎng)的飛機(jī)故障推理建模技術(shù)研究[J].裝備制造技術(shù)，2015（8）：114-117.

[2]徐開(kāi)元，曲蓉霞，王健熙.基于多域集成Petri網(wǎng)的飛機(jī)裝配系統(tǒng)模型[J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2015，21（8）：2022-2032.

[3]岳峰，徐宏哲，張兆亮.商用客機(jī)偏航阻尼器控制律設(shè)計(jì)與仿真[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014（24）：120.

[4]郭鵬.基于Petri網(wǎng)的飛機(jī)復(fù)雜系統(tǒng)可靠性分析方法研究[J].航空工程進(jìn)展，2016（2）.