關于飛機飛行自動控制系統性能檢測和問題診斷

李立成

摘 要： 虛擬儀器技術作為儀器技術與計算機技術深層次結合的產物，能給靈活地完成儀器功能的定制，對飛機的正常安全飛行和任務的完成有非常大的幫助，本文將對飛機飛行自動控制系統性能檢測和問題診斷進行分析。

關鍵詞： 飛機；飛行自動控制系統性能；檢測

前言

飛行自動控制系統是飛機飛行系統重要的機載設備組成之一， 其性能好壞直接影響到飛機的正常飛行以及任務的完成。飛行自動控制系統的主要部件是自動駕駛儀。該設備是老式檢電子管測儀器，在長期的使用下其弱點也不斷暴露出來，主要是測試精度差，故障定位級別弱。同時設備功能簡單，操作比較復雜，飛行自動控制系統的每個部件都要和相關的檢測設備進行匹配，而且其可靠性不高。虛擬儀器技術完全就脫離了自動控制系統存在不足的弱點，使用計算機軟件的超強功能，同時結合相應的硬，就可以完全突破了傳統儀器在數據處理、顯示、存儲等方面的不足問題。虛擬儀器技術作為儀器技術與計算機技術深層次結合的產物，能給靈活地完成儀器功能的定制，對飛機的正常安全飛行和任務的完成有非常大的幫助，本文將對飛機飛行自動控制系統性能檢測和問題診斷進行分析。

一、虛擬儀器技術的定義和特點

虛擬儀器系統是計算機技術和儀器系統技術互相結合研發出的系統。它利用計算機系統的高效靈活超強功能，結合相應的高性能的模塊化硬件，超越了傳統儀器在數據處理、顯示、傳送和處理等限制問題，讓使用者可以方便地完成各種測試、測量和自動化的應用。以及對其維護、擴展、升級等作用。

虛擬儀器技術的特點非常明顯，首先是具有非常大的超強性能，虛擬儀器技術可以對對復雜的程序做快速有效的分析處理，而且還會隨著計算機和互聯網技術的發展進行升級，功能會變得更加的強大。其次是有良好的擴展性能。虛擬儀器系統的每個功能模塊都使用相同的硬件平臺，兼容性非常高，使得更新方便，只需要更新計算機或檢測硬件就實現了技術升級。再次無縫集成，虛擬儀器技術所有功能模塊都配備了標準的I/O串口，而且利用公用的量化通道，無縫集成讓信號準確快速、有效地傳輸，避免了信號的切換工作。最后高靈活性，虛擬儀器技術所使用的軟件是NI（National Instruments）軟件，該軟件就是以靈活性著稱，這使得該技術能快速解決檢測、控制、設計等問題，減小了處理任務的復雜性和時間的消耗。

二、性能檢測及故障診斷系統的虛擬儀器配置措施

虛擬儀器技術的飛行自動控制故障診斷系統結構組成主要包括電源、模擬輸入輸出組件、數字輸入輸出組件、數字計算機、模擬計算機這五個部分，要實現在地面對飛行自動控制系統進行性能和故障檢，就要通過地面計算機模擬來自傳感器和來自飛機其他系統的交聯信號，并且以這些信號為依據做故障的診斷和處理。如圖1所示，飛行自動控制系統的組成和信號交聯：

圖1 飛行自動控制系統的組成和信號交聯圖

從圖一，我們看見本測試系統共需模擬來自電傳遠距操縱系統、武器控制系統、自動調整片傳感器、高度速度參數信息綜合系統、線性加速度傳感器、航道羅盤、導航計算機、油門桿位置傳感器、無線電近導和著陸系統、垂直航向綜合系統、狀態控制盒、數據指令系統共11個系統的24個模擬信號，告警系統、平顯、改平信號盤和飛行參數記錄儀4路30個串行數字信號和23個一次性指令信號；同時需要檢測發往告警等7個系統的18個模擬信號、1路20個串行數字信號和23個一次性指令信號。該系統要實現的主要任務是利用A/D模塊采集飛行自動控制系統的數字信號，然后以D/A模塊輸出虛擬儀器實現反饋控制，再次利用虛擬儀器對硬件系統傳輸的數據做分析研究，最后把分析結果上傳至中心計算機。圖2所示，飛行自動控制系統性能檢測與故障診斷原理：

三、系統的硬件開發與設計

從圖2我們發現，整個性能檢測和故障診斷系統的硬件基本上由數據發送、采集模塊和信號調理單元兩個部分組成。首先是數據發送、采集模塊，該模塊主要負責信號的采集和傳輸，主要是利用I/O口經信號調理單元向待檢的AFCS組件發出控制信號，也利用模擬量輸入通道和I/O口檢測待檢對象的信號，還可以利用D/A輸出直流信號經信號調理單元來模擬飛機的不同交聯輸入信號。其次是信號調理單元，飛行自動控制系統的傳感器精度十分高，通常過載傳感器的精度為2mV，同時還要求抗干擾能力強。要保證地面模擬的準確性，可以利用繼電器把I/O串口的控制信號傳輸給待被檢測對象，并傳感器采集到的每一類狀態信號反饋給虛擬儀器，對模擬量輸入通道和來自I/O串口的數字信號采取匯集、放大、整流、濾波和隔離等措施，并通過D/A模塊輸出直流信號，最終實現形成相應的虛擬信號源。

四、系統的軟件開發與設計

系統的軟件是整個飛機飛行自動控制系統性能檢測與故障診斷系統的核心部分。虛擬儀器技術軟件的層狀結構主要包括測試管理、測試程序、儀器驅動和I/O串口，每個層狀結構的功能是不一樣的，測試程序只是虛擬技術的所有功能模塊。測試管理的功能是負責系統自檢、性能檢測、故障分析和測試結果顯示，試管理層的軟件又由性能檢測模塊和故障診斷模塊組成。該模塊實現了對飛行自動控制系統里被檢測組件性能研究，假設在分析環節下發現被檢測組件有不對，測試管理層還可以實現對故障插件做分類，并利用庫描述的方法實現對飛行自動控制系統的故障診斷。第一是進行系統自檢，假設發現故障問題，系統就會自行尋找系統故障元器件問題點，并且做好自行顯示功能。假設自檢一切沒問題，那么下一步是飛行自動控制系統的檢測工作，檢測環節下，假設發現被檢測組件有不對的地方，那么根據相應的代碼判斷故障類型，把故障代碼存儲到控制器里，這些故障代碼可以為飛行自動控制系統的維護提供信息，而且還可以實現對飛機的狀態信息判斷。

五、總結

總之，在計算機技術、集成技術以及網絡技術的發展中，基于虛擬儀器技術的飛行自動控制故障診斷系統在對飛行自動控制系統的信號交聯研究，根據檢修經驗與電路原理構建了故障庫，利用LabWindows/CVI的強大功能形成虛擬儀器，利用測試管理層的主模塊對測試庫和故障庫的調用研究，可以實現對被測組件做快速預判，同時還與故障庫中的每一類標準狀況做分析對比，最終達到對飛行自動控制系統的故障診斷目的?！?/p>

參考文獻

[1]李鵬.某型機自動飛行控制系統設計與應用[J].自動化技術與應用， 2012，31（3）：14-18.