一種應用于大型客機的分布式飛控作動系統

趙鵬

【摘 要】現代電傳飛控系統逐漸開始采用分布式架構，采用獨立的遠程電子單元對各個活動舵面進行控制和監控，各個控制單元通過總線與飛控計算機進行信息交換。本文介紹了用于某大型客機的分布式作動系統，并研究了其關鍵控制單元的架構和功能。

【關鍵詞】分布式；智能控制；作動系統

0 引言

大型客機方向舵、升降舵、副翼和多功能擾流板是控制飛機偏航、俯仰、橫滾和減速的重要控制舵面，需要按飛行需要對舵面偏轉角度進行精確控制。每個舵面由一個或多個作動器驅動，在飛行中必須保證滿足最小控制構型的要求，否則會導致災難性事件。飛控作動系統設計不僅要滿足實時性，精確性，還要具備一定的余度以防止單個作動器故障導致喪失控制舵面，要具備良好的故障監控和隔離能力以防止舵面非指令運動帶來災難性后果。

1 分布式飛控作動系統架構

為滿足飛控系統的功能和安全性需求，設計了一種分布式控制作動系統，每個作動器上都安裝一個遠程電子單元REU（Remote Electronic Unit）作為控制器，REU通過串行總線獲取飛控計算機發出的指令，并報告作動器位置、液壓壓力等反饋和故障信息。分布式作動系統在共因故障規避、系統重量方面綜合優勢明顯，并且針對主飛控作動器布置分散，對控制精度和實時性要求高，故障監控和響應速度要求快的特點，將安裝在分散布置的作動器上，使得每個作動器具有自主控制能力，成為分布式布置的智能從站。飛控計算機則作為主控制器，通過總線向各個REU發送指令并收到反饋，根據各個作動器反饋的位置，液壓壓力，作動器監控器狀態等信息對各個舵面的狀態進行綜合判斷和監控。

分布式控制系統由于控制電子的物理安裝獨立性較好，相對容易滿足區域安全性和特殊風險安全性要求，使用具有多通道非相似處理器的控制計算機以及非相似軟件以降低共模故障的危害。由于執行作動器控制功能的REU在位置上可以布置得較為接近作動器，控制計算機之間采用總線連接，通過數字信號通訊，從而減少縮短了電纜的數量和使用長度，一定程度上減輕了系統的重量。雖然更多的控制器需要額外增加結構支承件、托架、結構口蓋和口蓋附近的加強件和緊固件，造成系統重量增加。但從飛機層面總體權衡，采用分布式作動系統在重量總量上可有所減輕。

不同于集中式控制架構中由飛控計算機對各個作動器狀態進行集中監控，分布式系統架構將大部分作動器級的監控器功能轉移到REU上，降低了飛控計算機作為核心處理樞紐的技術復雜度，舵回路本地的監控直接對作動器各項狀態信號進行故障處理，能夠更快監測識別并處理作動器故障，縮短了從發現故障到隔離故障的時間，從而減少了故障對飛機產生的影響。

2 分布式作動系統遠程電子單元

遠程電子單元REU作為分布式作動系統的關鍵控制器，既要實現作動器運動控制功能，還要對作動器控制回路進行監控。因此，在REU內部劃分為兩個通道：指令通道和監控通道。指令通道和監控通道均具備對工作模式選擇、電液伺服閥EHSV切斷、故障標識能力。

其中指令通道通過總線從飛控計算機接收指令位置，通過內部位置環運算，輸出驅動電流對液壓作動器的電液伺服閥進行閥口開度控制，將作動器驅動到飛控計算機指令位置。

為了防止指令通道中控制回路故障而發出錯誤指令，造成作動器執行錯誤的指令，REU的監控通道中同樣設計了控制回路運算，運算后與指令通道的運算結果經過實時對比，在一定容差范圍內才會被執行。一旦故障發生，指令和監控通道運算結果超出門限，將觸發監控器，把所控制作動器切換到旁通模式。

REU還需要對執行層級的硬件故障進行識別，控制器內包含一個EHSV控制模型，該模型將預測EHSV按指令運動的閥芯位置，并與監測到的EHSV實際位置和電流進行實時比較，如果不一致則認為EHSV硬件存在故障，從而觸發監控器，把作動器切換到阻尼模式。

上述監控器在作動器控制回路上實現，可實時監控并抑制諸如作動器極偏和振蕩的故障，縮短了從發現故障到故障隔離的時間，從而減少了結構承受大載荷的時間，降低了結構損壞的幾率。

3 結論

分布式作動系統是近年來新研客機的主流設計，本文介紹的分布式飛控作動系統具有實時性強，控制精度高，故障處理能力快等優點，并且大大降低了飛控系統電纜的使用量，具有重要的工程應用價值，并已經成功應用到了某型國產民用飛機項目。

【參考文獻】

[1]段定杰.飛控系統靈巧作動器控制電子構架選型與設計.科技前沿，2015.9：59-60.

[2]王發明，王偉，段曉軍.電傳飛控系統監控算法的優化和仿真，計算機仿真 2011.7（28），67-70.

[責任編輯：朱麗娜]endprint