一種應(yīng)用于大型客機(jī)的分布式飛控作動(dòng)系統(tǒng)

趙鵬

【摘 要】現(xiàn)代電傳飛控系統(tǒng)逐漸開(kāi)始采用分布式架構(gòu)，采用獨(dú)立的遠(yuǎn)程電子單元對(duì)各個(gè)活動(dòng)舵面進(jìn)行控制和監(jiān)控，各個(gè)控制單元通過(guò)總線與飛控計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息交換。本文介紹了用于某大型客機(jī)的分布式作動(dòng)系統(tǒng)，并研究了其關(guān)鍵控制單元的架構(gòu)和功能。

【關(guān)鍵詞】分布式；智能控制；作動(dòng)系統(tǒng)

0 引言

大型客機(jī)方向舵、升降舵、副翼和多功能擾流板是控制飛機(jī)偏航、俯仰、橫滾和減速的重要控制舵面，需要按飛行需要對(duì)舵面偏轉(zhuǎn)角度進(jìn)行精確控制。每個(gè)舵面由一個(gè)或多個(gè)作動(dòng)器驅(qū)動(dòng)，在飛行中必須保證滿足最小控制構(gòu)型的要求，否則會(huì)導(dǎo)致災(zāi)難性事件。飛控作動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)不僅要滿足實(shí)時(shí)性，精確性，還要具備一定的余度以防止單個(gè)作動(dòng)器故障導(dǎo)致喪失控制舵面，要具備良好的故障監(jiān)控和隔離能力以防止舵面非指令運(yùn)動(dòng)帶來(lái)災(zāi)難性后果。

1 分布式飛控作動(dòng)系統(tǒng)架構(gòu)

為滿足飛控系統(tǒng)的功能和安全性需求，設(shè)計(jì)了一種分布式控制作動(dòng)系統(tǒng)，每個(gè)作動(dòng)器上都安裝一個(gè)遠(yuǎn)程電子單元REU（Remote Electronic Unit）作為控制器，REU通過(guò)串行總線獲取飛控計(jì)算機(jī)發(fā)出的指令，并報(bào)告作動(dòng)器位置、液壓壓力等反饋和故障信息。分布式作動(dòng)系統(tǒng)在共因故障規(guī)避、系統(tǒng)重量方面綜合優(yōu)勢(shì)明顯，并且針對(duì)主飛控作動(dòng)器布置分散，對(duì)控制精度和實(shí)時(shí)性要求高，故障監(jiān)控和響應(yīng)速度要求快的特點(diǎn)，將安裝在分散布置的作動(dòng)器上，使得每個(gè)作動(dòng)器具有自主控制能力，成為分布式布置的智能從站。飛控計(jì)算機(jī)則作為主控制器，通過(guò)總線向各個(gè)REU發(fā)送指令并收到反饋，根據(jù)各個(gè)作動(dòng)器反饋的位置，液壓壓力，作動(dòng)器監(jiān)控器狀態(tài)等信息對(duì)各個(gè)舵面的狀態(tài)進(jìn)行綜合判斷和監(jiān)控。

分布式控制系統(tǒng)由于控制電子的物理安裝獨(dú)立性較好，相對(duì)容易滿足區(qū)域安全性和特殊風(fēng)險(xiǎn)安全性要求，使用具有多通道非相似處理器的控制計(jì)算機(jī)以及非相似軟件以降低共模故障的危害。由于執(zhí)行作動(dòng)器控制功能的REU在位置上可以布置得較為接近作動(dòng)器，控制計(jì)算機(jī)之間采用總線連接，通過(guò)數(shù)字信號(hào)通訊，從而減少縮短了電纜的數(shù)量和使用長(zhǎng)度，一定程度上減輕了系統(tǒng)的重量。雖然更多的控制器需要額外增加結(jié)構(gòu)支承件、托架、結(jié)構(gòu)口蓋和口蓋附近的加強(qiáng)件和緊固件，造成系統(tǒng)重量增加。但從飛機(jī)層面總體權(quán)衡，采用分布式作動(dòng)系統(tǒng)在重量總量上可有所減輕。

不同于集中式控制架構(gòu)中由飛控計(jì)算機(jī)對(duì)各個(gè)作動(dòng)器狀態(tài)進(jìn)行集中監(jiān)控，分布式系統(tǒng)架構(gòu)將大部分作動(dòng)器級(jí)的監(jiān)控器功能轉(zhuǎn)移到REU上，降低了飛控計(jì)算機(jī)作為核心處理樞紐的技術(shù)復(fù)雜度，舵回路本地的監(jiān)控直接對(duì)作動(dòng)器各項(xiàng)狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行故障處理，能夠更快監(jiān)測(cè)識(shí)別并處理作動(dòng)器故障，縮短了從發(fā)現(xiàn)故障到隔離故障的時(shí)間，從而減少了故障對(duì)飛機(jī)產(chǎn)生的影響。

2 分布式作動(dòng)系統(tǒng)遠(yuǎn)程電子單元

遠(yuǎn)程電子單元REU作為分布式作動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵控制器，既要實(shí)現(xiàn)作動(dòng)器運(yùn)動(dòng)控制功能，還要對(duì)作動(dòng)器控制回路進(jìn)行監(jiān)控。因此，在REU內(nèi)部劃分為兩個(gè)通道：指令通道和監(jiān)控通道。指令通道和監(jiān)控通道均具備對(duì)工作模式選擇、電液伺服閥EHSV切斷、故障標(biāo)識(shí)能力。

其中指令通道通過(guò)總線從飛控計(jì)算機(jī)接收指令位置，通過(guò)內(nèi)部位置環(huán)運(yùn)算，輸出驅(qū)動(dòng)電流對(duì)液壓作動(dòng)器的電液伺服閥進(jìn)行閥口開(kāi)度控制，將作動(dòng)器驅(qū)動(dòng)到飛控計(jì)算機(jī)指令位置。

為了防止指令通道中控制回路故障而發(fā)出錯(cuò)誤指令，造成作動(dòng)器執(zhí)行錯(cuò)誤的指令，REU的監(jiān)控通道中同樣設(shè)計(jì)了控制回路運(yùn)算，運(yùn)算后與指令通道的運(yùn)算結(jié)果經(jīng)過(guò)實(shí)時(shí)對(duì)比，在一定容差范圍內(nèi)才會(huì)被執(zhí)行。一旦故障發(fā)生，指令和監(jiān)控通道運(yùn)算結(jié)果超出門限，將觸發(fā)監(jiān)控器，把所控制作動(dòng)器切換到旁通模式。

REU還需要對(duì)執(zhí)行層級(jí)的硬件故障進(jìn)行識(shí)別，控制器內(nèi)包含一個(gè)EHSV控制模型，該模型將預(yù)測(cè)EHSV按指令運(yùn)動(dòng)的閥芯位置，并與監(jiān)測(cè)到的EHSV實(shí)際位置和電流進(jìn)行實(shí)時(shí)比較，如果不一致則認(rèn)為EHSV硬件存在故障，從而觸發(fā)監(jiān)控器，把作動(dòng)器切換到阻尼模式。

上述監(jiān)控器在作動(dòng)器控制回路上實(shí)現(xiàn)，可實(shí)時(shí)監(jiān)控并抑制諸如作動(dòng)器極偏和振蕩的故障，縮短了從發(fā)現(xiàn)故障到故障隔離的時(shí)間，從而減少了結(jié)構(gòu)承受大載荷的時(shí)間，降低了結(jié)構(gòu)損壞的幾率。

3 結(jié)論

分布式作動(dòng)系統(tǒng)是近年來(lái)新研客機(jī)的主流設(shè)計(jì)，本文介紹的分布式飛控作動(dòng)系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)，控制精度高，故障處理能力快等優(yōu)點(diǎn)，并且大大降低了飛控系統(tǒng)電纜的使用量，具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值，并已經(jīng)成功應(yīng)用到了某型國(guó)產(chǎn)民用飛機(jī)項(xiàng)目。

【參考文獻(xiàn)】

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[責(zé)任編輯：朱麗娜]endprint