某型飛行控制系統串聯舵機測試性驗證試驗

陳思文 任國志 王佳祥 李晨

摘 ?要：飛行控制系統決定著整個飛機的飛行姿態，而舵機又是飛控系統中的重要組成部分。通過測試性虛擬驗證試驗的方式，可以實現判斷被測產品是否達到了規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、以某型飛控系統中串聯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中串聯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、具體實施方法等方面仍與傳統的測試性驗證試驗區別較大，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（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確定了該裝備的產品結構、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，即規定FMECA的產品層次。約定層次后，需要對系統的功能任務及系統在完成各種功能任務時所處的環境條件進行描述，還包括系統任務剖面、工作方式、任務階段等，同時要制定系統的故障判據，構成完整的FMECA。

3 某型串聯舵機系統結構分析

3.1 系統硬件組成

通過硬件分析法，可知串聯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 系統功能結構組成

在控制器作用下產生的誤差信號，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，實現對舵面角度的精準控制。

4 舵機系統測試性虛擬驗證試驗

4.1 系統模型構建

在明確舵機系統結構組成后，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，根據系統各層級結構組成，可以建立電機系統中的轉子/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FMECA，依次設定故障模式。完成對整個舵機系統的模型構建，并執行測試性分析，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、模型統計參數、測試性指標、關鍵參數等各類所需信息。

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驗等驗前信息，優化系統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。

通過對三組數據分析可知，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，而應根據被測產品所處試驗階段、結合具體模塊的失效率特點等試驗數據，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

根據某型機舵機系統FMECA表，對模型設置測試點共計33個，“數據一”顯示了該情況下典型的模型統計參數及FDR/FIR值。“數據二”顯示了當去掉系統模型中電機模塊中的測試點時（模型中只剩下10個測試點），相應數據發生的改變。“數據三”顯示了當系統模型中只留下線性位移傳感器的2個測試點時，各組數據發生的變化。伴隨測試點的減少，模糊組總數、診斷樹測試數量都隨之降低;而平均模糊度指標呈上升趨勢，測試點數量越少，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，表現出測試點越多，FDR/FIR值也會相應提高;測試點越少，FDR/FIR值會相應降低的特點。

6 結束語

建立被測產品虛擬樣機模型是執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為例，結合舵機系統測試設計信息及測試性要求，完成對舵機系統的圖示化模型構建，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節開展測試性驗證試驗工作提供借鑒。

參考文獻

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