分析波音777 飞控系统故障诊断专家系统的设计

黄亦田

东方航空技术有限公司 上海 200333

1 波音777 飞控系统

波音777 飞控系统使飞机飞行过程中保持希望的姿态，包括机翼和尾翼上的可移动的翼面，可以改变机翼和尾翼上的升力。共有两种飞行控制器：主飞行控制系统和升力控制系统。主飞行控制系统使用的是数字电子设备和模拟电，设备电气传动控制系统。它接收来自飞行员或自动飞行控制系统的命令控制翼面移动。主飞行控制系统在飞机飞行过程中控制飞机的姿态，它所操纵的控制面有：副翼，襟副翼，升降舵，方向陀。升力控制系统：使用的是数字电子设备电气传动控制系统，它接收来自飞行员的命令使襟翼和前缘缝翼动作。升力控制系统作动器的动作也会使两侧机翼上的副翼和襟副翼动作，此时它们同时下垂。电气传动控制系统的好处：高效的结构设计，燃油更为经济，更小的垂直尾翼，更小的水平安定面，减轻飞机重量，改进控制效果和提高可靠性[1]。

2 飞控系统故障诊断专家系统的设计

2.1 飞控系统故障诊断专家系统知识库的建立

本系统将飞控系统的故障按照故障模块分解成许多小型故障，每个小型故障对应一个故障子树，使故障诊断只在相关的故障子树中进行分析。故障子树通过演绎法建立。它以波音777 的机载维护存取终端上显示的维修信息MM 号作为故障分析的目标，采用正向推理，逐层推溯可能导致故障发生的全部因素。例如，MM 号为27—10400（方向舵上动力控制组件不符合命令动作）的故障树如图所示。

系统通过故障树来获取故障知识，为了减少故障知识冗余，需要对所建的故障树进行定性分析，得到故障树的最小割集，然后利用符合二值逻辑因果关系的广义规则表示法将知识表示出来。为了构建案例知识库和故障树知识库，需要将框架和规则表示知识的形式转化成数据库的形式。因此，本系统利用关系数据库管理系统，将案例和故障树知识转化成为数据库中相关的数据表，并通过主键与外键进行表与表的连接实现案例的关联性和故障树的因果性，从而作为系统进行推理所需的知识。

2.2 飞控系统故障诊断专家系统的推理机制

基于故障树的推理机制，由于飞控系统故障的级联效应，一个故障原因可能导致不同的故障模式发生。本系统将这种故障级联效应作为一种推理方法，即通过MAT 上没有出现与故障原因相关的MM 号，对不可能的故障原因进行排除。并且，它也作为冲突消解策略，使推理机能够有效的选择可用的知识。对于复杂的飞控系统，如果基于故障树进行故障诊断，对定性分析和故障级联分析后得到的最小割集进行一一测试，在实际的航线维护中是不可行的。因此，需要对最小割集进行定量分析，通过确定最小割集重要度，得出故障原因的优先级别，然后，只将高于一定阀值的故障原因显示在人机交互界面上，从而提高系统故障定位的精确性，减少航线维护人员测试诊断的工作量[2]。

2.3 飞控系统故障诊断专家系统

该故障诊断专家系统采用能够面向对象与可视化程序设计,以在航线维护中，MAT 上出现MM 号码：27-10400 为例，验证本系统的高效性和准确性。机务人员在故障信息选择界面上，从MM号码复选列表中选中MM 号码为27-10400 的复选框。在此例中，飞控系统只出现了上动力控制组件不符合命令动作这一个故障，并没有出现复杂的多发性故障。而对于这种单一故障，采用基于故障树的诊断不仅能够保证诊断的效率还能对故障进行更深入的研究。单击故障树诊断按钮，直接采用基于故障树的故障诊断。在故障诊断结果界面中，出现了本次故障诊断的结果：两个故障原因按照最小割集重要度阀值的大小排序显示出来。通过分析显示的诊断结果，说明故障级联效应和最小割集重要度值在基于故障树推理机制中得到运用。诊断结果中的故障原因是导致MM 号为27-10400 故障发生的直接原因，不会引起系统其它交联故障的发生，符合这个实例只出现一个故障的现象。并且，诊断结果中没有把引起这个故障的全部故障原因显示出来。由此，系统高效的得出了诊断结果。在故障诊断表中，选择不同的故障原因，会在消除故障措施的文本中显示相应的措施。最后，按照故障诊断结果和消除故障措施进行排故，发现MAT 上不再显示故障信息，说明诊断成功，证明了本系统具有高效性和准确性的优点[3]。

该故障诊断专家系统融合了案例和故障树推理机制各自的优点，并且结合了波音777 电传飞行控制系统的一系列特点，使其具有良好的诊断性能，并且动态知识库的不断更新完善，能够不断提高本系统的故障诊断效率。最后，通过飞控系统故障诊断的实例验证了此故障诊断专家系统具有良好的可靠性和实用性。