余度飞行控制计算机的组成架构分析

从余度技术的概念与设计思想入手,介绍了二余度与三余度的飞控计算机组成架构。设计了三余度飞控计算机的硬件体系,并对其组成部分如CPU的选型、总线的确定进行了论述。余度飞控计算机具有很强的容错能力,使得在飞机发生故障时,余度飞控计算机能够快速准确地检测并隔离故障,采取重构策略,确保飞机能够继续执行任务或安全返航。     

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。     

基于模糊奇偶方程的非线性系统传感器故障诊断

 给出了一种非线性系统传感器的故障诊断方法。该方法将T-S 模糊模型、全解耦奇偶方程和参数估计相结合,同时对非线性系统的多个传感器的故障进行检测、隔离与识别。设计出用于产生残差的线性系统全解耦奇偶方程,并给出了全解耦奇偶向量的存在条件,全解耦奇偶方程产生的残差仅对一个传感器故障敏感,而对系统状态、扰动输入和其它传感器输出解耦。引入T-S 模型将全解耦奇偶方程推广到非线性系统中得到了模糊奇偶方程。传感器的故障模型表示为刻度因子和偏差的形式,根据残差信息应用卡尔曼估计方法可识别出故障模型的参数。最后给出了某型号飞机控制系统传感器的故障诊断仿真实例。     

基于不确定传感器状态的机载系统多层故障诊断方法

准确的机载系统故障诊断是保证飞机安全飞行和实现经济效益最大化的重要途径。然而传感器受到内外部环境条件的影响而不可避免的存在检测状态的不确定性,因此基于单个传感器或局部区域传感器综合检测结果的方法难以完全保证故障诊断的有效性和正确性。针对飞机机载系统的结构和工作原理,充分利用系统中不同层级、不同区域传感器检测特征之间的关联关系,考虑单个传感器本身存在的不确定性,构建了传感器信息前向融合与反向校验相结合的分层诊断决策方法,实现了对系统状态和传感器状态的双重估计与更新,克服了单一传感器故障对系统诊断推理准确度的影响。该方法较传统故障诊断模型,不再依赖某一个或某一类传感器信息的绝对可靠,在实现系统级的准确故障诊断同时,还能判断具体某一传感器本身是否发生虚拟警。在飞机液压系统故障诊断案例中,新方法成功将系统故障诊断的虚警率降低了96%,传感器的不确定度降低了84%。     

三余度永磁同步电机绕组匝间短路故障诊断方法

机载作动系统可靠性是保障飞机飞行性能和飞行安全的重要前提，为了提升机载电力作动系统用三余度永磁同步电机系统可靠性，针对其常见的绕组匝间短路故障（ITSCF），本文提出一种基于高频谐波电流的在线故障诊断方法。通过电机绕组ITSCF数学模型，明确了故障后旋转坐标系下交直轴电流的典型高频脉宽调制（PWM）谐波故障特征；综合分析交直轴谐波电流对瞬态工况扰动的鲁棒性，选择直轴高频谐波电流周期有效值作为诊断特征；为了消除各余度电流固有谐波的影响，提出了基于三余度谐波电流平衡度的故障诊断方法；最后设计了故障诊断算法，通过带通滤波器进行高频谐波电流提取，并采用周期有效值计算实现谐波电流量化，最终通过三余度平衡诊断表实现故障余度识别。通过仿真模型验证了诊断算法的有效性，为提升机载电力作动系统可靠性提供借鉴。     

飞控系统余度信号奇异故障处理策略研究

飞机机翼、操纵面的对称性设计,决定了飞控系统传感器、计算机和舵机等部件在飞机上分布式对称安装并选择偶数n 余度的体系架构。余度部件生产关系的平衡分工,不同厂家设计、制造的差异,不可避免地出现“两派对立”的偶数分离和“互不认可”的奇异故障。本文提出了中位数表决、变化量记忆、余度重构等基础理论,给出了极端信号大概率故障判据,研究论证了这些基础理论和判据的科学原理。为四余度信号“2∶2 不确定故障、1∶1∶1∶1 多故障”、三余度信号1∶1∶1 多故障和二余度信号1∶1 故障,提供了有效的表决监控方案。     

面向航空发动机推力控制的大气参数测量系统设计

为了实现多发飞机推力控制匹配要求,以及提升机载控制参数测量可靠性要求,设计了一套适用于多发飞机的机载环境大气参数测量系统。通过对发动机推力控制需求和适航相关要求的分析,确定了系统设计原则,利用飞机和发动机的有限硬件资源,提出了一种适用于多发飞机的多余度机载环境大气参数测量系统架构。针对不同来源的信号,分别设计了相应信号故障诊断算法、表决算法以及多源信号故障切换逻辑,保证系统在信号发生故障时可及时切换到健康余度。通过仿真和试验对测量系统在信号发生故障时的容错能力进行了验证,结果表明：系统余度设计合理,故障诊断和表决逻辑有效,环境大气参数测量的可靠性和安全性得到了提升;当信号发生故障时,可实现故障重构,且切换过程产生的推力变化小于3%。     

航空发动机双重传感器故障诊断逻辑研究

针对航空发动机控制系统的双重传感器故障,提出了一种采用双路容错设计的卡尔曼滤波器故障检测隔离系统.故障检测隔离系统由一系列卡尔曼滤波器组成,每个滤波器都假定2路传感器故障,而以故障支路外的测量值作为输入量.当双重传感器故障发生时,只有不包含故障传感器信息的滤波器保持较低的估计残差,其他滤波器都会产生较大的估计残差,如此双重传感器故障便可以被隔离.利用滤波器组估计残差的特征,进一步设计合理的运算逻辑,系统就可以同时对传感器单一故障进行检测和隔离.为了验证故障诊断系统的有效性,在发动机慢车状态分别对传感器发生双重故障和单一故障的情况进行仿真.仿真结果表明:故障诊断系统能够准确有效地对传感器双重故障和单一故障进行检测和隔离.      

基于自联想神经网络的发动机控制系统传感器故障诊断与重构

研究自联想神经网络及其在发动机控制系统传感器故障诊断及重构中的应用。自联想神经网络关键在于特征提取和噪声滤波。综合自联想网络的最优估计与故障诊断 ,自动区分估计误差和传感器故障。仿真结果表明这种方法不需要模型 ,能诊断传感器硬、软故障 ,当发动机性能蜕化时也能提供很好的解析余度。     

采用一组卡尔曼滤波器检测发动机传感器故障

在发动机全功能数字电子控制系统中,提高传感器工作的可靠性是十分重要的,除了不断对传感器本身的性能加以改进提高外,现在广泛地采用了余度技术。近二十年来对解析余度(Analyt ical Redundancy)进行了广泛的研究,解析余度(AR)方法是基于各状态变量之间存在的解析关系,在系统可观条件下,利用无故障的输出测量值去估计(构造)已故障传感器正常工作状态时的输出信息,从而实现对故障的检测、隔离与重构,保证控制系统具有预定的控制性能。      

Reconstructed Flight Control Sensor Signals Via Luenberger Observers

The feasibility of providing flight control systems with software-managed redundancy is investigated. It is shown that sufficient information can be extracted from aircraft attitude sensors to allow analytic reconstruction of the stability augmentation system (SAS) sensor signals in the event of SAS sensor failures. The sensor signal reconstruction is performed in a deterministic setting by using a Luenberger observer. A simple and efficient design procedure is presented based on Gopinath's [1] work. As an illustrative example, the proposed sensor signal reconstruction technique is exercised on the L-1011 aircraft lateral axis rigid body simulation. It is shown that with an accurate airframe model perfect reconstruction is feasible. In addition, it is also shown via simulation results that with imperfect knowledge of the airframe model (based on standard wind tunnel data), the proposed reconstruction is accurate enough to have a negligible impact on the overall aircraft performance.     

飞行传感器的故障检测与识别

 飞行传感器是飞行控制和导航系统中的薄弱环节,它们的故障率一般是比较高的。为了提高系统的可靠性,对传感器的故障应能实时地检测和识别,并重构传感器所测量的信号(修正)。为此,在系统中常采用传感器的硬件余度和解析余度。本文介绍了飞行传感器硬件余度和解析余度的原理以及几种实用的余度方案,对解析余度中的统计决策原理和故障检测的鲁棒性问题也作了简单介绍。     

Architecture Considerations for Digital Automatic Flight Control Systems

Functional partitioning, redundancy structure, internal communications, and software modularization define the architecture of a digital automatic flight control system (DAFCS). Selection of a suitable system architecture for commercial transports involves such factors as the functional scope, growth provision and flexibility requirements, sensor interfaces, the aircraft's actuator and control surface redundancy, and the dispatch reliability requirements. Trade-offs concerning these various factors are discussed, and it is shown that a very versatile and almost universal DAFCS can be configured to meet the general and peculiar needs associated with each aircraft application. Specific results associated with this system's recent demonstration flights in the DC-10 aircraft, as well as examples from several other transport aircraft applications of the same DAFCS architecture, are used to illustrate the design concepts.     

民用飞机IRS冗余配置下融合算法研究

为了确保民用飞行的安全,大型民用飞机一般配备冗余的导航系统,如A320一般装有三套IRS。如何利用冗余的传感器信息提供最重的位置信息,成为民用飞机飞行管理系统亟待解决的关键技术。本文对冗余配置下如何进行三套IRS的融合进行了研究,提出了基于历史信息获取最佳混合位置的方法,并通过仿真分析验证了算法的有效性,为FMS导航功能关键技术的实现提供了理论基础和技术支持。     

飞机的模型参考容错控制

 本文针对飞机内部元件或控制元件的故障,用检测滤波器理论设计了相应的故障检测器和故障参数估计器,并用Lyapunov稳定性理论设计了模型参考自适应容错控制律,从而保证了在内部故障情况下飞行控制系统的稳定性。     

OpenGL在FBG传感网络结构健康监测中的应用

对飞机机翼三维重建方法及其应用进行了研究,并采用开放性图形库OpenGL(Open Graphics Librar-y)三维图形软件接口标准,在Visual C 6.0平台下开发了基于光纤布拉格光栅FBG(Fiber Bragg Grating)动态应变采集与机翼模型三维重建系统.本文通过共享数据库的方式,在机翼模型与FBG传感网络数据直接建立连接,FBG传感器数据变化可实时在三维机翼模型中进行体现,由此实现了直观地对飞机机翼各监测点应变情况的实时监测.     

贝叶斯假设理论检测发动机传感器故障

贝叶斯多重假设检验是将被检测传感器的M个可能状态,作相应M个假设H_i,其先验概率分别为P(H_i)(i=1,2,…,M),故障决策就是从给定观测量M,寻求H_j为真,由贝叶斯风险函数H_i(i=1,2,…,M,i≠j)个假设中的最小值确定最可能发生的假设H_l。      

航空涡轮发动机建模技术研究

航空发动机模型对于发动机研究的许多领域有着极其重要的意义，其中非实时模型用于发动机性能分析和故障诊断，实时模型通常用于发动机控制规律研究和作为机载模型来提供传感器解析冗余等。对当前发动机非实时模型和实时模型的建立方法进行综述。     

Modeling of reliability and performance assessment of a dissimilar redundancy actuation system with failure monitoring

Actuation system is a vital system in an aircraft, providing the force necessary to move flight control surfaces. The system has a significant influence on the overall aircraft performance and its safety. In order to further increase already high reliability and safety, Airbus has imple-mented a dissimilar redundancy actuation system (DRAS) in its aircraft. The DRAS consists of a hydraulic actuation system (HAS) and an electro-hydrostatic actuation system (EHAS), in which the HAS utilizes a hydraulic source (HS) to move the control surface and the EHAS utilizes an elec-trical supply (ES) to provide the motion force. This paper focuses on the performance degradation processes and fault monitoring strategies of the DRAS, establishes its reliability model based on the generalized stochastic Petri nets (GSPN), and carries out a reliability assessment considering the fault monitoring coverage rate and the false alarm rate. The results indicate that the proposed reli-ability model of the DRAS, considering the fault monitoring, can express its fault logical relation and redundancy degradation process and identify potential safety hazards.