民用飞机机电综合控制技术研究

孙善民

【摘 要】本文给出了大型客机机电综合技术特点，并对关键技术进行了分析。

【关键词】飞机；机电系统；综合

【Abstract】Large aircraft electromechanical integrated technical characteristics are given in this paper，and the key technology is analyzed.

【Key words】Aircraft；Mechanical and electrical systems；Integration

1 机电综合技术概述

目前，现代大型客机的一个主要特征是系统的综合化控制与管理，通过信息综合、资源共享，降低成本、提高效率、减轻飞机重量、缩短研制周期，降低维护成本。

A380、A350和B787客机都采用了机电系统综合控制和管理技术，大量使用远端控制接口单元、远端数据采集单元和固态功率控制器，借助远端控制接口单元，在飞机上广泛分布于各个位置的传感器和作动器以及公共核心资源计算机，通过数据总线连接，使得各个机械系统成为物理上分布，功能上综合的机电综合控制功能系统。

2 机电综合控制技术

2.1 相关机型机电综合技术特点

2.1.1 A400和B777技术特点

1）不采用独立的控制器；

2）采集参数的传感器和控制单元不再从属于某一单独的系统；

3）将机电系统的综合控制纳入到飞机级综合控制系统的范围；

4）机电综合控制系统通过ARINC629总线与其它系统交联；

5）各功能模块在统一调度下实现对各机电系统的控制。

2.1.2 A350的技术特点

1）对环控系统、电源系统和辅助动力装置系统等进行了综合；

2）采用分布式计算机系统；

3）通过ARINC629总线（或AFDX）将该系统接入航空电子系统；

4）通过二次配电系统实现对作动系统的直接控制和调度。

2.1.3 A380和B787的技术特点

1）大量使用远端接口单元和远端数据采集器；

2）解算控制功能由飞机的两台公共核心资源计算机（CCR）完成；

3）各传感器、作动器及数据采集器的信息与CCR之间通过数据总线交联；

4）各个机载系统为物理上分布、功能上综合的机电综合控制系统；

5）综合化计算机采用集中式计算、分布式执行的系统结构。

2.2 机电综合控制技术

机电综合系统把环控、燃油、液压、机轮刹车、电源和辅助动力等系统进行综合，由计算机对机电系统综合控制，优化组合和动态调度，使每个子系统除了完成各自单独的功能外，还可以参与资源的协调分配和故障后系统重构等任务，通过信息共享和协同处理，最终将集成的结果传递给系统控制部件或机构它们遵循：信息共享，功能协同，余度管理，集中资源管理、支持系统的分布式执行、容错和重构，软件接口标准符合ARINC标准，支持时间分区与空间分区。

2.2.1 机电综合主要优点

1）有利于减轻飞机重量、体积和连线的复杂性。

2）充分利用系统的资源，大大减少重复的资源配置。

3）采用SSPC，取代传统的断路器，实现飞机二次配电等功能。

4）有利于增加系统的容错能力与故障检测能力。

5）提高整个系统的可靠性。

6）提高自动化程度，降低操作负担。

7）降低成本，提高效率、缩短研制周期。

2.2.2 机电综合主要缺点

1）硬件失效的危害度增加，需要系统具有容错和重构能力。

2）系统开发的复杂程度提高。

3）系统级的综合、验证难度加大。

2.3 机电综合控制关键技术

机电系统综合应在飞机总体设计的系统层次上，以整个飞机性能最佳为设计目标的，提高机电系统的综合化水平。

2.3.1 机电系统综合管理设计

1）机电系统综合管理体系构架

机载系统（如飞控、液压、动力装置、燃油、起落架、环控等）综合管理的体系构架设计，应满足各系统的功能要求。同时，应考虑飞机的安全性及可靠性设计要求，各系统之间及其与综合管理系统之间的接口及机电综合管理系统的余度问题。

2）机电系统综合管理控制律

对不同机电系统物理信息（或信号）特点及控制律特点的分析，采用基于人工智能等方法的多系统综合控制律设计策略，对多个机载系统（飞控、液压、动力装置、燃油、起落架、环控等）进行综合化控制与管理。

3）机电系统综合管理验证平台

从飞控、液压、动力装置、燃油、起落架、环控等系统中，有重点地选择2～3个系统进行多系统综合管理的控制律设计与优化，并开发机电系统综合管理的仿真研究及验证平台。

2.3.2 机电系统状态监控与故障诊断设计

1）机电系统状态监控模式与方法

针对飞控、液压、动力装置、燃油、起落架、环控等系统，选择2～3个典型系统，进行监控模式与方法、特征信号提取研究，建立反映系统本质特征的监控模型，开展仿真研究。

2）机电系统故障模式与故障诊断

对于能够建立较精确数学模型的系统（如起落架），建立正常和故障状态下的数学模型，用基于模型的方法进行故障诊断；对于建模复杂、很难建立精确数学模型的系统（如燃油系统），根据监控得到的特征信号，进行故障诊断。

3）机电系统智能故障诊断验证平台

针对不同系统故障模式，开发故障诊断仿真平台，根据系统运行过程中的监控信号和用户设置的参数，自动判定系统工作是否正常，实现对故障自检测。当有故障发生时，相应地给出故障发生的时刻、位置及原因。

2.3.3 机电系统容错技术

1）机电系统容错控制

针对部件部分失效故障的情况，利用系统的冗余设计，通过神经网络在线逼近未知故障，自适应调节控制器参数，设计自适应容错控制律，利用系统的冗余设计，进行系统重构。

2）机电系统容错控制仿真

将容错控制与故障诊断结合，采用MATLAB开发控制算法，在智能故障诊断验证平台上验证容错控制能力。

3 结语

民用飞机系统机电综合管理与控制已成为现代飞机发展的必然趋势，系统机电综合技术将广泛使用在民机系统研制中，并更加模块化、规模化和标准化。同时，飞机设计验证及适航取证工作也存在一定风险。

【参考文献】

[1]沙南生，王占林.航空机电综合化控制结构和相关技术[J].航空电子，2003，3

[2]熊华钢，王中华.先进航空电子综合技术[M].北京：国防工业出版社，2009.