发动机控制系统时间限制派遣分析的若干可靠性理论问题

面向民用飞机与商用航空发动机的型号合格审定,需研究发动机控制系统时间限制派遣(TLD)分析的可靠性理论问题。基于TLD分析的开环与闭环马尔可夫模型,利用连续时间马尔可夫过程理论推导了发动机控制系统平均完整性水平的定义,该定义应当准确表述为不考虑维修时间的推力控制丧失(LOTC)频率;分别构建了单故障与多故障TLD分析的马尔可夫模型,分析了单故障与多故障TLD模型的特点。结果表明:与单故障模型相比,多故障TLD模型具有瞬时LOTC率是时间的函数、存在非派遣(ND)状态以及多故障状态有多种维修策略等特点;针对周期检查维修方式,利用条件寿命分布推导了检测间隔期发现故障条件下的平均故障前时间,进而求得平均故障暴露时间的计算公式。最后,结合某型实际FADEC系统给出了本文所提出理论的应用实例。     

全修复策略下FADEC系统多故障TLD仿真分析

由于航空发动机全权限电子控制(FADEC)系统的时间限制派遣(TLD)分析是航空发动机型号合格审定的一项必要工作,针对目前FADEC系统的多故障TLD仿真分析方法中没有考虑短时限制派遣(ST)值可变以及维修策略对TLD分析影响的不足,提出了全修复策略下FADEC系统的多故障TLD仿真分析方法。分析和比较了现有的FADEC系统维修策略,按照机会维修或成组维修原理,提出了全修复策略。按照全修复策略,开展了仿真建模分析,设计和研究了多故障TLD的仿真流程和方法。通过实例仿真与分析,验证了所提仿真方法不受FADEC系统中零部件数量的影响,而且相对于单故障Markov模型,增加了占总故障数量8.84%的组合故障,提高了分析精度。     

发动机控制系统限时派遣运行的成本优化方法

限时派遣TLD可以提高飞机的签派可靠度,降低由于航班延误或取消导致的运行损失。面向TLD分析建立了典型发动机控制系统马尔可夫模型,利用连续时间马尔可夫链CTMC推导了状态稳态频率公式,构建了系统单位时间运行成本模型。以平均完整性要求及签派可靠度要求为约束条件,以带故障派遣时间为决策变量,以系统单位时间运行成本以及签派可靠度为优化目标,分别构建了TLD分析的单目标和多目标优化模型。结合简化的发动机控制系统和实际全权限数字式发动机电子控制FADEC系统给出了工程应用实例,验证了模型的有效性。实例表明本文方法能够保证飞机在满足安全性要求和签派可靠度要求的条件下降低运行成本。     

基于运行成本优化的FADEC系统TLD分析

为了降低飞机限时派遣（TLD）的运行成本，提出了全权限数字式电子控制（FADEC）系统TLD分析的运行成本优化方 法。构建了TLD分析的典型马尔可夫模型，推导了该模型各状态稳态频度公式，从而建立了系统单位时间运行成本与派遣时间间 隔的函数关系，并以此作为运行成本优化的目标函数；推导了发动机控制系统平均安全性水平表达式，建立了平均安全性水平对 派遣时间间隔的约束。针对FADEC系统建立了3种不同的形式的系统单位时间运行成本函数模型，并提出了相应的派遣间隔决 策建议。结果表明：应用基于成本优化的FADEC系统TLD分析方法进行带故障派遣决策，能够在满足安全性要求的情况下，降低 飞机运行成本。     

时间限制性派遣中短时派遣时长的优化方法研究

航空发动机全权限电子控制系统(FADEC)的时间限制性派遣(TLD)分析是飞机系统安全性分析的重要内容之一。针对目前TLD分析中都假定短时故障派遣时长(ST)为固定值(125h或250h)的问题,开展了短时派遣时长的优化方法研究。采用故障树和马尔科夫方法,以推力控制丧失率(R)要求为约束,分析和建立了ST和长时故障派遣时长(LT)的函数关系;在此基础上,构建了以短(长)时故障派遣时长为变量,系统平均维修时长和带故障运行时长期望值为目标的多目标优化模型,使TLD分析中故障派遣时长的选取更灵活、更合理。通过实例表明:与ST取固定值250h相比,优化后ST取25h时,带故障运行时长期望增大4.2%,系统平均维修时长增大8.6%,验证了方法的有效性。     

航空发动机控制系统的研发与展望

对国内外军用航空发动机控制系统的研制现状和今后的发展方向进行了归纳和分析,主要对主燃油控制、加力燃油控制、尾喷管控制、防喘控制、发动机状态监视和故障诊断各系统的技术特点,方案选择,研究动向进行了介绍和评述。从航空发动机控制系统近年来取得的进展,特别是全权限数字电子控制(FADEC)技术的研究和应用,可以看出航空发动机控制系统的发展潜力巨大,将会对飞机和航空发动机的研制和发展产生巨大的影响。      

臧军 发动机控制系统专家

<正>航空发动机控制系统是航空发动机的重要组成部分,请您谈谈该技术的现状及发展趋势。臧军:航空发动机控制系统是航空发动机的关键系统,用于监视和控制航空发动机各部件和系统协调、安全可靠工作,在各种环境下充分发挥发动机的效能,保证发动机提供飞机所需的推力要求。自20世纪90年代以来,双通道的全权限数字式电子控制(Full Authority Digital Electronics Control,     

基于DSP和CAN的航空发动机分布式控制系统设计

航空发动机控制系统发展趋势是分布式控制系统,本文提出了基于DSP和CAN总线的航空发动机分布式控制系统设计.设计中,用工控机模拟航空发动机电子控制器(EEC);智能传感器和执行机构的控制核心采用DSP芯片;通讯总线选用CAN总线.论文阐述了航空发动机电子控制器与各智能传感器和执行机构的软硬件设计、CAN总线通讯的实现方法.在实验室条件下实现了整个发动机控制系统的物理仿真,仿真系统初步满足了分布式系统控制要求,为航空发动机分布式控制系统的研究奠定了基础.     

新一代波音737飞机推力控制系统使用与维护分析

新一代的波音７３７飞机在设计上与现有的７３７飞机存在着较大的差异,其推力控制采用了全新的电子控制系统,如电子发动机控制系统（ＥＥＣ）,该系统可以连续地监控发动机的各种参数,并且当飞机出现异常时,及时给予警报。国内一些航空公司正在陆续引进新一代波音７３...     

航空发动机全权限数控系统飞行演示试验及分析

航空发动机全权限数字电子控制系统飞行演示验证的成功标志着我国在航空发动机控制领域取得了重大技术突破。本文针对首次进行的航空发动机全权限数字电子控制系统验证试飞,简述了试验的目的、内容、方法,并根据试验结果及分析给出了试飞结论。最后,本文还对航空发动机全权限数字电子控制系统的发展和要解决的技术予以了展望。     

基于OBDD的可修航天测控系统任务可靠性分析

基于顺序二元决策图(OBDD)理论,针对航天测控系统(TT&C系统)特点定义了新的OBDD数据结构,提出了一种考虑设备可修的TT&C系统任务可靠性分析方法.通过将各测控站的时间窗口划分为不同阶段,分析各阶段内设备逻辑关系并构建阶段OBDD模型,然后将所有阶段OBDD模型合并为最终的任务OBDD模型.采用连续时间Markov链(CTMC)分析可修设备的状态转移行为,基于新的OBDD数据结构给出了任务可靠性计算算法.与Markov方法和仿真方法的对比分析结果表明:所提出的方法能够精确计算设备可修的TT&C系统任务可靠性,设备数量多于30个时算法效率高于Markov方法.      

Fault mode probability factor based fault-tolerant control for dissimilar redundant actuation system

This paper presents a Fault Mode Probability Factor (FMPF) based Fault-Tolerant Control (FTC) strategy for multiple faults of Dissimilar Redundant Actuation System (DRAS) composed of Hydraulic Actuator (HA) and Electro-Hydrostatic Actuator (EHA). The long-term service and severe working conditions can result in multiple gradual faults which can ultimately degrade the system performance, resulting in the system model drift into the fault state characterized with parameter uncertainty. The paper proposes to address this problem by using the historical statistics of the multiple gradual faults and the proposed FMPF to amend the system model with parameter uncertainty. To balance the system model precision and computation time, a Moving Window (MW) method is used to determine the applied historical statistics. The FMPF based FTC strategy is developed for the amended system model where the system estimation and Linear Quadratic Regulator (LQR) are updated at the end of system sampling period. The simulations of DRAS system subjected to multiple faults have been performed and the results indicate the effectiveness of the proposed approach.     

基于状态维修的预防性维修策略优化模型研究

基于状态的维修着眼于系统的具体运行状况,对被监测装备的真实状态进行评估,克服了维修的盲目性,可有效减少由于维修不足而引起的意外故障和由于维修过剩带来的资源浪费。提出一种基于状态的多部件系统非周期预防性维修计划的优化方法,引入"机会维修阈值"概念,优化不同维修方式转移概率的表达式,将多个维修作业按照机会维修阈值进行归并,运用马尔可夫决策过程理论,给出不同维修方式转移概率的表达式和目标函数,并进行算例分析。结果表明:提出的优化模型减少了预防性维修活动,节约了维修工时和经费,可为系统预防性维修策略决策提供参考。     

Sensor/actuator fault diagnosis based on statistical analysis of innovation sequence and Robust Kalman Filtering

In this paper, an approach to detect and isolate the aircraft sensor/actuator faults affecting the mean of the Kalman filter innovation sequence is presented. The effects of the sensor and actuator faults in the innovation process of the channels are investigated, and a decision approach to isolate the sensor and actuator faults is proposed. When a Kalman filter is used, the decision statistics change regardless of whether the fault is in the sensors or in the actuators, whilst when a Robust Kalman Filter (RKF) is used, it is easy to distinguish the sensor and actuator faults. A novel feature of this diagnostic method is that the innovation sequence based fault isolation algorithm has been presented and hence, the sensor/actuator fault detection and isolation problem has been solved. The categories (or classes) of the likely faults are not demanded. The statistical characteristics of the system are not required to be known after the fault has occurred. In the simulations, the longitudinal dynamics of an aircraft control system are considered, and the detection and isolation of pitch rate gyro faults and actuator faults affecting the mean of the innovation sequence are examined.     

Simultaneous state and actuator fault estimation for satellite attitude control systems

In this paper, a new nonlinear augmented observer is proposed and applied to satellite attitude control systems. The observer can estimate system state and actuator fault simultaneously. It can enhance the performances of rapidly-varying faults estimation. Only original system matrices are adopted in the parameter design. The considered faults can be unbounded, and the proposed augmented observer can estimate a large class of faults. Systems without disturbances and the fault whose finite times derivatives are zero piecewise are initially considered, followed by a discussion of a general situation where the system is subject to disturbances and the finite times derivatives of the faults are not null but bounded. For the considered nonlinear system, convergence conditions of the observer are provided and the stability analysis is performed using Lyapunov direct method. Then a feasible algorithm is explored to compute the observer parameters using linear matrix inequalities (LMIs). Finally, the effectiveness of the proposed approach is illustrated by considering an example of a closed-loop satellite attitude control system. The simulation results show satisfactory perfor-mance in estimating states and actuator faults. It also shows that multiple faults can be estimated successfully.     

基于树形马氏链模型的可靠性分析方法

复杂系统的极限状态函数非线性程度较高，在进行可靠性分析时，易导致失效概率的计算误差大、效率低，针对上述问题，提出了树形马氏链（TMC）算法和基于该算法的可靠性分析方法。树形马氏链是对原始马尔可夫链的改进，其状态转移过程更加灵活，具备局部多链并行和自适应探索失效域边界的特性。树形马氏链通过多候选状态点扩大对失效域信息的收集，生成能充分反映失效分布特征的样本，对该样本进行自适应核密度估计得到近似最优的重要抽样分布密度函数，从而提高计算结果的准确度。文末的数值算例和工程算例验证了算法性能，计算结果表明算法对设计点、抽样起点的位置不敏感，处理强非线性及复杂串联系统问题时，能在少样本量下得到相对高准确度的计算结果，且在样本量改变时，计算结果相对稳定可靠；工程算例给出了所提方法在实际问题下的效率，体现了所提方法的工程应用价值。     

基于动态模糊观测器的故障诊断方法研究

研究了T S模糊系统中存在未知输入、多重故障时的诊断问题,提出了基于动态模糊观测器的诊断方法。仿真结果表明,该方法推理简单,解耦多重故障准确有效。