基于灰色关联度分析法的飞行控制系统故障原因分析

崔亚君，祝华远，李艳丽

(海军航空工程学院 青岛校区，山东 青岛 266041)

飞行控制系统是保证飞机飞行安全的高级操纵系统。飞行控制系统能否正常工作直接关系到飞行安全和飞行品质。但是由于飞行控制系统结构十分复杂，某一个故障现象可能由多个原因引起，一个故障原因可能导致不同的故障现象。因此，如何快速、准确对故障进行诊断定位并及时排除故障，提高飞机使用可靠性、保证飞行安全成为一个技术难点。本文尝试应用灰色理论中的灰色关联分析法，对飞行控制系统故障进行分析。

灰色系统理论是以“部分信息已知，部分信息未知”的“小样本”、“贫信息”不确定性系统为研究对象，主要通过对“部分”已知信息的生成、开发，提取有价值的信息，实现对系统运行规律的正确描述和有效控制［1］。在灰色系统理论的研究中，将各类系统分为白色、黑色和灰色系统。信息完全已知的系统称为白色系统;信息完全未知的系统称为黑色系统;介于上述两者之间的，即部分信息已知，部分信息未知的系统称为灰色系统。对于飞行控制系统的故障可以分为两大部分，特定故障原因导致的特定故障现象这部分信息是已知的，按照灰色系统理论可以称之为白色系统。而另一部分一个故障现象可能由多个原因引起，一个故障原因又可能导致不同的故障现象就比较难以确切诊断的，按照灰色系统理论可以称之为灰色系统。灰色关联分析是灰色系统理论中的一个重要方法，是根据因素之间的发展趋势的相似或相异程度，来衡量因素间关联程度的方法。它对样本量的多少没有过分要求，也不需要典型的分布规律，计算量小，且不出现关联度的量化结果与定性分析不一致的情况。飞行控制系统故障是一种典型的灰色系统，维护人员只能获取部分信息，故障诊断的任务就是利用不完全信息去识别系统的健康状态。因此可用灰色关联度对飞控系统进行灰色关联分析，来衡量系统各种故障之间关系的密切程度。

1 灰色关联度

现有的关联度分为2 类:一类仅强调了序列间绝对位置差，如:邓氏关联度、灰色绝对关联度等;一类仅强调了序列间的变化率，如:B 型关联度、斜率关联度等［2］。基于以上问题，构建了一种满足既考虑数据序列的绝对变化又考虑数据序列的相对变化，且满足灰色关联度四公理的关联度——灰色综合关联度。

设X0=(x0(1)，x0(2)，…，x0(n))数据行为参考序列，为数据行为比较序列。为关联系数。其中，λ1，λ2≻0，λ1+λ2=1，其意义分别为绝对位置差异和变化率差异的重视程度;ξ，η 分别为绝对位置差异和变化率差异的辨识系数。一般情况下，这几个参数均可取0.5。

2 灰色关联度分析

利用灰色关综合联度对飞控系统年故障数与故障类型进行了分析。表1 是某型飞行控制系统连续4 年的故障统计。

根据统计，把X0=(68，96，73，85)视为数据行为参考序列，把人为故障、部件故障、线路故障、交联故障分别记为X1、X2、X3、X4为数据行为比较序列。其中，X1= {2 ，3，2，4 };X2= {4 6，72，51，63 };X3= {1 3，9，16，11 };X4= {7，12，4，7}。

表1 飞行控制系统故障统计

2.1 初值标准化

对主因子数据列和行为因子数据列进行初始化处理，使之无量纲化、归一化。初值标准化为

可得

2.2 计算绝对差

根据关联度计算公式，依次计算绝对差Δi(k)、一级最小差minΔi(k)、一级最大差maxΔi(k)，所求结果如表2所示。

表2 绝对差计算结果统计

2.3 计算关联度

绘制飞控系统故障关联度分析直方图如图1 所示。

图1 飞控系统故障关联度分析直方图

从表3 关联度计算结果及图1 可以看出，飞控系统每年度的故障不论是基于强调变化率还是强调绝对差，与其部件故障的关联度都是最大的，说明飞控系统的故障主要受到单部件故障的影响，因此，要减少飞控系统故障，保证飞控系统的可靠工作，首先要保证单部件的完好性;其次，与飞控系统故障关联度比较大的是人为故障，因此，加强维修人员业务学习和工作的规范操作也是减少飞控系统故障的有效措施。

表3 飞控系统故障关联度分析

3 结束语

通过对飞控系统实例的分析，可以得出这样的结论:当由多种原因引发而故障现象相同时，就应该把可能的故障原因根据灰色理论中的关联度大小进行排序，然后按照关联度大小依次进行判断导致故障的原因，帮助维修人员快速分析和准确定位系统故障，提高飞机维修的效率和可靠性。此方法所需样本少，计算简单方便，结论可靠性高，是快速定位飞行控制系统故障的有效方法。

［1］刘思峰，党耀国，方志耕.灰色系统理论及其应用［M］.北京:科学出版社，2004:5-6.

［2］党耀国，刘思峰，王正新，等.灰色预测与决策模型研究［M］.北京:科学出版社，2009:104-105.

［3］莫翔宇，唐庆如，杨晓强.基于灰色关联分析的航空发动机气路故障诊断方法研究［J］. 航空维修与工程，2009（5）:51-52.

［4］王礼沅，李寿安，张恒喜.灰色关联投影法在战斗机空战效能评估中的应用［J］.电光与控制，2006，13（2）:1-2.

［5］谷新宇，李宗伯. 基于双DSP 架构的微小型无人机飞行控制系统［J］.兵工自动化，2010（8）:79-84.

［6］路引，王道波，徐扬，等.基于DSP 的双发无人靶机飞控系统设计［J］.四川兵工学报，2011（12）:42-45.

［7］杜海文，翁兴伟，赵辉，等.小波神经网络UCAV 飞行控制系统［J］.火力与指挥控制，2012（3）:31-34.