惯性冗余系统奇偶向量法故障检测与识别技术研究

为使惯性冗余系统达到故障检测与识别的功能,本文对惯性冗余系统的奇偶向量在有、无故障的不一致情况进行了研究,介绍了单自由度惯性仪表和双自由度惯性仪表广义似然比故障检测与隔离方法,通过对奇偶向量的分析及仿真,给出了最优化故障检测与隔离算法,该结果表明,采用奇偶向量法确实可以提高冗余惯性系统的故障检测与识别的性能,可以解决其软故障的检测能力。     

一种冗余系统诊断策略优化设计算法

在冗余系统中,一个测试往往可以检测多个故障的故障单元组合,即故障与测试之间呈现多对一的关系。针对冗余系统故障和测试之间的特殊关系,在前期工作的基础上,提出了一种适用于冗余系统诊断策略优化设计的算法,形成了一个完整的多故障诊断策略的生成方法框架。将此方法应用于某飞机供电系统,可以有效地完成冗余系统故障诊断。     

可靠性最佳化的新方法

本文叙述了在可以是复合的或串接的许多系统中使用冗余技术使可靠性最佳化的一种新方法。该系统经受多种约束。不必是线性的。冗余部件(redundant units)被分配到系统的各个子系统,使之正比于系统可靠性对系统元件可靠性的法向偏导数将这一解法通过化整到最接近的整数转换为整数解。然后修改上述整数解获得一个最佳冗余分配。这种方法计算简单,迅速并且不使用复杂的数学。文中举例对这种方法做了说明。     

基于综合指标的最优冗余陀螺配置确定方法

陀螺是航天器控制系统中的关键姿态敏感器,其主要采取冗余措施进行配置。针对航天器控制系统设计中如何进行陀螺冗余配置的问题,提出了一种确定最优冗余陀螺配置的方法,该方法综合考虑了系统的可靠性、精度、成本代价等综合指标。首先,以工程中普遍采用的陀螺斜置式为对象,系统性给出了陀螺斜置式的安装结构,并以测量误差最小为目标确定出确定安装数目下的最优陀螺冗余安装结构。其次,结合实际工程经验对陀螺冗余配置的综合性能指标进行详细系统的分析。然后,利用优化评价方法以综合指标为基础对不同安装数目下的陀螺冗余安装结构进行综合评价,确定出陀螺冗余配置的最优安装数目,即最优冗余陀螺配置。最后,利用该方法对实际工程中的斜置式陀螺冗余配置进行分析和计算。结果表明,当陀螺的安装数目为7时为最优冗余配置,该结论对实际工程具有理论指导作用。     

大型客机电传飞控系统余度配置研究

大型客机电传飞控系统采用余度配置是提高飞机安全性与任务可靠性的重要方法之一。大型客机通过余度配置降低系统部件发生故障后对飞行性能和整个系统飞机安全性的影响,从而提高了飞控系统的安全可靠性。本文通过对波音和空客飞机电传飞控系统余度配置等主要设计环节的对比分析,阐述了大型客机电传飞控系统在余度设计与配置方面的关键技术点和方法,为大型客机电传飞控系统的余度设计提供技术支持。     

干簧管性能筛选试验方法研究

来源于航空部件产品制造工业实际,针对飞机燃油自动耗油控制系统中使用的干簧管在特定环境应力条件下的使用要求,简述了干簧管工作原理和使用性能特点,分析干簧管在苛刻的工作条件下产生故障的原因和模式.对使用前的二次筛选试验方法进行改进,对比传统试验方法可以有效筛选出有故障或有故障隐患的干簧管,可以提高飞机部件产品和整套燃油自动控制系统的可靠性,保障飞机燃油的自动供给功能,使飞机整机安全性能提高.     

基于Bayes方法的民机冗余系统可靠性评估

民机中常通过冗余设计提高系统的可靠性,研究冗余系统的可靠性评估具有工程实用性。民机故障发生具有随机性,本文采用马尔可夫链描述民机冗余系统的状态变化;考虑到民机可靠性信息较少,要充分利用多源信息,运用Bayes方法对两设备组成的冗余系统进行可靠性评估。假定设备故障间隔和维修时间均服从指数分布,在不同的先验分布下,评估了该冗余系统的平均无故障工作时间,并计算了相应的稳态可用度。针对具体数值例,采用蒙特卡罗仿真方法,评估了民机冗余系统可靠性,并对仿真结果进行了分析。     

多源冗余容错导航计算系统的设计与实现

常规无人机在余度配置传感器的信号处理、余度管理、故障检测与隔离等环节占用飞控计算机过多运算资源,增加了飞控计算机的整体负荷,致使全系统可靠性降低;与此同时,传统的传感器余度配置方案和导航计算机余度设计在工程中存在方案不完备和实时性较差等局限性。鉴于此,提出一种多源冗余容错导航计算系统的解决方案,给出系统的软硬件设计方法,并基于非相似余度技术设计多源冗余传感器硬件和软件滤波算法,采用双CPU+FPGA的架构设计多源冗余容错导航计算机硬件平台以及模块化软件架构,实现了系统的软硬件的开发。经过实际测试和试验,验证了系统具有通信速率快、可靠性高和稳定性好等特点,满足了高可靠性飞控系统对新型组合惯导的需求。     

时间触发以太网拜占庭容错方法的形式化验证

对于时间触发以太网的拜占庭容错方法,已有的推理性论证表明网络的分布式时钟同步机制有利于容错过程中实现交互一致性。为对该容错方法的正确性进行严格验证,进一步采用模型检查的形式化分析手段,通过符号分析实验室(SAL)形式化工具,构建了网络节点模型,建立了时间触发体系结构下的拜占庭容错场景,设定了容错操作活性、一致性和有效性等属性的形式化定理。模型检查的结果表明:在三冗余独立路径条件下,该方法可以容忍一个拜占庭故障,且在存在指令/监视对(COM/MON pair)的条件下可以容忍2个高完整性配置节点的"不一致遗漏"故障。与推理论证手段相比,SAL模型检查为时间触发交换式网络在航空航天高安全关键等级系统中的容错配置提供了更规范的依据。     

均值检验方法及其在冗余惯性导航系统中的应用

采用了非线性滤波的方法对影响故障检测及分离（FDI）性能的传感器误差进行了补偿,同时提出了故障检测与分离的均值检验方法（MVT）,该方法可以对2个传感器同时出现故障的情况进行检测与隔离。5个陀螺冗余惯性导航系统仿真结果验证了本文算法的有效性。     

永磁同步曳引机变频调速系统的内模控制

永磁同步曳引机是典型的非线性多变量强耦合系统,在同步旋转坐标系下dq轴电流存在耦合,传统的PI控制器无法实现解耦,提出一种基于内模控制原理和空间矢量算法相结合的高性能永磁同步曳引机解耦控制方法,用内模控制策略控制理想电机模型,对定子电流交叉耦合电势动态解耦,提高系统的动态响应性能,同时在整个电流闭环过程中对参数摄动和外扰动具有良好的鲁棒性,这种方法不需要额外的电机参数和检测硬件,试验结果验证了这种方法有效可行。     

Reconfigurable Flight Control Design for Combat Flying Wing with Multiple Control Surfaces

With control using redundant multiple control surface arrangement and large-deflection drag rudders,a combat flying wing has a higher probability for control surface failures.Therefore,its flight control system must be able to reconfigure after such failures.Considering three types of typical control surface failures(lock-in-place(LIP),loss-of-effectiveness(LOE) and float),flight control reconfiguration characteristic and capability of such aircraft types are analyzed.Because of the control surface redundancy,the aircraft using the dynamic inversion flight control law already has a control allocation block.In this paper,its flight control configuration during the above failures is achieved by modifying this block.It is shown that such a reconfigurable flight control design is valid,through numerical simulations of flight attitude control task.Results indicate that,in the circumstances of control surface failures with limited degree and the degradation of the flying quality level,a combat flying wing adopting this flight control reconfiguration approach based on control allocation could guarantee its flight safety and perform some flight combat missions.     

基于贝叶斯网络和共因失效的飞机电源系统可靠性分析

飞机电源系统中的冗余设计提升了飞机系统的可靠性，但同时也增加了共因失效发生的概率。为了准确分析飞机电源系统的可靠性，首先，采取α因子模型对共因失效部件的失效率进行分解计算，并利用贝叶斯网络（BN）建立考虑共因失效的飞机电源系统可靠性模型。然后，对比分析考虑与不考虑冗余部件之间的共因失效因素时飞机电源系统及其子系统的可靠性。结果表明，考虑冗余部件之间的共因失效因素时，得到的飞机电源系统及其子系统可靠度相对于不考虑冗余部件之间的共因失效因素时较低，更加吻合实际情况。     

飞机滚转运动的控制余度与重构效能

论证了独立操纵的左右平尾使飞机滚动运动具有较大的控制余度,它增加了飞机正常飞行时的滚转力矩,在飞行中副翼出故障时可进行补偿重构,从而提高了滚动通道的余度等级和飞行的安全性,为减少滚转通道的余度配置提供了依据,通过针对操纵面失效和卡死两类故障的重构设计和仿真也证实了上述结论,同时,初步比较说明了自修复飞控系统在上述故障下的任务可靠性和基本可靠性均高于传统控制系统。     

基于自调整神经元的航空发动机多变量自适应解耦控制

根据航空发动机性能控制要求, 通过分析自调整神经元及最速下降学习方法, 研究了基于自调整神经元的航空发动机多变量自适应解耦控制系统.利用自调整神经元的结构简单、各神经元之间没有权值连接及在线学习的优点, 在线整定多变量PID控制器的参数.阐明了该方法的结构和原理.并进行了航空发动机多变量自适应解耦控制系统的设计.大量的仿真结果表明, 系统具有良好的解耦特性和自适应能力.      

特征结构配置法及其在飞行控制系统设计中的应用

 本文研究了状态反馈系统的特征结构配置（Eigenstructure Assignment）问题。文中提出了配置具有多重特征值及复共轭特征值的特征结构的算法。并以某飞行控制系统的设计为例说明了算法的应用;最后还给出了设计方案的数字～模拟计算机仿真实验结果。     

基于显式预测控制的涡扇发动机控制器设计

模型预测控制因其能够较好地处理涡扇发动机约束问题且实现多变量控制而具有较大的应用潜力。为了解决传统模型预测控制算法在实际应用中存在运算量大、实时性较差的问题,基于显式模型预测设计了航空发动机多变量控制器。在控制结构上采用多速率双闭环系统,保证了控制精度;在计算上通过多参数规划将在线优化问题转化为线性函数计算问题,大幅度减少了计算量;在发动机从开环切闭环的过程提出一种增量式切换方法,实现无扰切换。数值仿真和硬件在环仿真结果表明,转速和压比稳态误差分别不超过±0.25%和±1%,控制器在25ms控制周期内能完成计算,满足嵌入式系统实时性要求。     

基于FC光传总线的分布式容错系统组通信协议

分布式容错系统常用于构造高可靠的关键应用,其核心构件组通信协议(GCP)实现了带有可靠性语义的多对多的通信原语。本文主要讨论基于光纤通道(FC)总线用于分布式容错的组通信协议,探讨了使用冗余消息技术实现实时、可靠数据传输的方法,提出了将数据和控制消息分开处理来实现数据输入实时性和控制消息按因果顺序提交的算法,力求获得最大程度的并行性。提出并设计了基于领导者-跟随者的故障处理机制,利用两阶段事务处理协议实现故障处理中的视图同步和状态切换,给出了协议的设计原理和实现框架。最后给出了该协议在基于PowerPC单板计算机的三余度容错飞行控制计算机系统中的运行结果,并对该结果进行了简要分析。