四余度電傳系統“兩兩表決”故障分析

郭佳

摘要：針對一列實際故障現象，闡述了固定周期表決系統時間分配，詳細分析了四余度電傳系統“兩兩表決”時周期特性和信號同步性對表決結果的影響，為分析和排除類似故障提供借鑒和思路。

關鍵詞：電傳系統；余度；表決；固定周期

Keywords：FBW system；redundancy；vote；fixed period

1 故障現象

典型的電傳控制系統俯仰通道四余度表決采用均值運算原理，檢查工藝卡中雖有通過主備空速管切換對電傳系統“兩兩表決”的檢查要求，但實際測試過程中經常出現“兩兩表決”故障現象，而檢查電傳計算機對應電路板件表決器輸出信號限制、監控組件工作門限、故障信號裝置工作邏輯功能均符合要求，這給系統調試和維護帶來了較大的困難。

2 不表決原理

典型電傳控制系統采用的是多通道增強互聯余度系統。此類系統在子通道各運算模塊之間采用串聯模式，構成子通道運算的前向通道。余度運算模塊之間兩兩互聯的形成增強了互聯連接，輸出端設計信號表決運算面，各通道信號通過表決后傳輸到下一級運算模塊，對未通過表決的通道則進行隔離，從而保證了電傳系統的可靠性。

多通道交叉余度通過增加硬件余度的方法提高了系統的可靠性，但帶來各余度信號的管理問題，主要涉及信號幅值管理和運算周期。信號幅值采用門限比較方式，信號幅值在大于表決運算值時被隔離。

采用固定運算周期方式，為保證各余度信號在同一個周期運算，表決周期必須大于本運算模塊不同型號電子器件運算性能的差異和相同型號電子器件運算的時間差異。表決周期還必須滿足兩個條件，一是子通道各模塊的運算周期之和小于子通道的運算周期，二是模塊固定運算周期大于自身的實際運算時間。在此基礎上，各子通道運算速度在時間上的同步是系統余度管理系統的核心，是表決運算、故障隔離和系統重構的基礎。

典型電傳系統中，由于系統組成部件和運算電路是確定的器件，余度管理采用了固定運算周期的方法，即系統的余度運算周期時間是固定不變的。固定時間周期算法余度系統中，如果各通道間因外部或自身影響造成各通道信號未在一個時間周期內到達，將影響表決的正確性。

3 故障分析和驗證

電傳計算機內部傳動比計算板件用于綜合動壓、靜壓信號計算傳動比系數。在電傳控制系統內傳動比計算機是四余度配置，在輸出段設置了電路表決面，通過均值運算和跨表決器的比較監控器進行余度管理，如圖1所示。各余度之間信息傳輸按多路增強傳輸方式進行。

在四余度均值表決器內，將表決器的輸出與本通道的輸入進行比較監控。正常情況下，表決器輸出四個通道輸入的均值，當某個余度子通道的輸入與表決器輸出之差大于規定的門限并超過預定時間時，監控器判斷該信號故障，切除該余度子通道的輸入，同時輸出故障信號，表決器輸出為剩余三個余度輸入信號的均值。當兩個通道同時發生故障時，將出現2對2表決的情況，俗稱“兩兩表決”，這種情況下通道輸出值先大于表決輸出并超過預定時間的通道會在第一個運算周期被表決，剩余三個通道中第二個故障通道在第二個運算周期被表決。

全靜壓系統由主向備切換時，傳動比計算板件的四個余度從4個通道同時正常工作轉換為1、2通道正常工作，3、4通道非正常工作，3、4通道無靜壓信號輸入出現“兩兩表決”的狀況。

回歸到操作層面，原“主備空速管切換”檢查工藝中的“兩兩表決”雖然是一步操作，實際上是在兩個表決周期內完成的，它利用各子通道之間運算時間的差異，在第一個周期內將先超出幅值門限的傳動比計算機表決隔離，在第二個周期將剩余被切換通道傳動比計算機隔離，完成“兩兩表決”。

但在實際工作中，某典型電傳控制系統使用GAL邏輯芯片代替了原設計中的組合邏輯電路，使得系統各子通道信號時間一致性大大提高，如果兩轉換通道信號在同一個運算周期到達，在幅值均值運算上就會出現四個通道都不超過門限值的情況，從而出現表決無輸出情況。

為驗證故障分析結論，測量備用全靜壓系統工作狀態下動壓傳感器輸出值（見表1）和4個通道Ks系數輸出值電壓與表決值之差，1、2通道分別為0.14和-0.11，3、4通道分別為-1.32和-1.27，符合理論值要求，確定信號運算功能正常。

測量正常表決的電傳系統中主備轉換時3、4通道信號差約40 ms，不表決的電傳系統中主備轉換時3、4通道信號差約20 ms（見圖2），從而驗證了故障分析結論。

4總結

本故障涉及多余度模擬運算余度管理電路的均值運算和表決時間靜態同步等理論知識，故障排除和定位存在較大的難度。通過對電傳系統表決周期和表決運算允于時間進行闡述，著重分析了靜態表決周期設計的電傳系統出現表決失步的原理和可能原因，為今后分析和排除類似故障提供思路和借鑒。

參考文獻

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