航空机电综合化控制结构和相关技术探讨

陈思 王泉翔 潘依娜 屈斌

摘 要：随着科学技术的快速发展，近年来我国航空机电综合化控制领域发展迅速，相关理论研究和实践探索也在业界大量涌现。基于此，本文简单分析航空机电综合化控制结构及常用技术，并深入探讨新型航空机电综合化控制技术，包括人工智能技术和机电控制盒技术，以供业内人士参考。

关键词：航空;机电综合化控制;机电控制盒技术;人工智能

引言：

航空机电综合化控制能够为飞机提供飞行保障，随着我国航空业的快速发展，近年来我国航空机电综合化控制结构不断升级，各类新型技术也得到深入应用。为更好开展航空机电综合化控制，正是本文研究的目標所在。

1 航空机电综合化控制结构及常用技术

1.1结构分析

航空机电综合化控制结构已经过多次升级，第一代采用分离式结构，主要由通信、雷达、天线、导航、处理器、射频前端、显示器构成控制系统，通过点对点方式实现系统间联系;第二代采用联合式结构，该结构下的数据传输交换可通过多个数据处理器完成，资源共享可依托数字总线交联实现，显示和控制结合较为突出，在保证飞行安全方面具备优势;第三代为航空控制结构，该结构中系统信息高效共享由综合核心处理器实现，该处理器综合有监视、调度、管理、计算功能，可保证不同模块在各阶段执行不同功能;第四代为高度综合化航空机电结构，通过引入传感器技术、光电技术、射频技术，通过软件取代以往的通信、雷达等硬件配置，飞机的飞行性能可进一步提升，航空机电综合化控制结构升级的重要性可见一斑[1]。

1.2常用技术

航空机电综合化控制使用的技术较为多样，常用技术包括：第一，总线技术。总线技术可用于航空机电综合化控制的信息传递，基于保密需要，该技术应用需要通过电缆进行传输。随着网络技术的快速发展，光纤技术也可以用于航空机电综合化控制，这一控制在传递效率及成本方面表现突出。在具体实践中，多路复用技术的应用较为广泛，单项数据总线、高速数据总线、数字式数据总线也有着较为广泛应用;第二，显示技术。对于航空机电综合化控制来说，显示技术能够负责数据的图像化处理和展示，通过多功能显示器、平视显示器，飞行员的判断能够更好获得依据，结合显示、图像、信息、数据，即可开展可视、直观、智能化操作，保证飞行安全;第三，传感器技术。射频传感器技术近年来的应用较为广泛，该技术可通过接口实现多种射频的体系化综合应用，综合控制系统的融合也能够获得支持;第四，健康管理技术。健康管理技术在航空机电综合化控制中的应用也较为普遍，该技术能够用于预测和检测航空产品故障，并及时开展隔离等处理，快速、准确维修活动可基于发现问题开展，实现事故的有效预防和应对，保证飞行安全性，该技术的应用同样需要得到重视;第五，综合核心处理系统技术。该技术能够较好解决航空机电综合化控制涉及的运行管理、控制、调度等功能问题，这使得该技术的应用较为广泛，具体的处理、计算、控制需要得到软硬件的支持，软硬件的性能、稳定性直接影响技术应用效果，飞机的飞行环境安全系数也会同时受到影响，综合核心处理系统技术在航空机电综合化控制中的重要性可见一斑[2]。

2 新型航空机电综合化控制技术

为直观展示新型航空机电综合化控制技术，本节将围绕人工智能技术、机电控制盒技术开展深入探讨。

2.1人工智能技术

人工智能技术近年来在航空机电综合化控制中的应用较为广泛，具体应用主要体现在人机交互、智能管理与决策、数据挖掘与学习等方面，人工智能应用基础由此夯实。对于航空机电综合化控制涉及的海量数据，人工智能技术可通过机器学习方法进行数据的智能化处理，通过对人类学习活动方法的实现或模拟，在大数据支持下，即可较好满足相关数据挖掘、分类、预测需要，概率学习、强化学习、决策树学习、深度学习均属于机器学习方法范畴。对于航空领域来说，受环境高复杂、边界不确定、信息不完整、响应高实时等特征影响，航空机电综合化控制领域不得直接移植人工智能技术，而是需要聚焦不同运行层级的技术需求，如体系层需要聚焦信息协同和共享及共同决策，平台层需要关注人机交互的控制、维护及协同，设备层需要设法提升设备智能化水平，平台子系统层需关注感知自适应能力。人工智能技术在航空机电综合化控制中的应用主要体现在子系统层和航空机电设备中，技术应用的融合创新需要聚焦全生命周期各阶段，包括智能优化、智能控制、智能维护。

基于智能优化进行分析可以发现，现阶段航空机电设备及子系统设计更多以峰值功率为依据，这能够满足飞机的性能和功能需求，但受到陈旧体系架构、较低能量效率及功重比影响，航空装备发展受到一定制约。因此可引入人工智能技术，通过对设备、系统参数分配进行优化，能力管理和优化可基于负载周期实现，能量效率也能够同时提升;基于智能控制，需关注未来飞机对航空机电综合化控制提出的新要求，控制不仅需要关注能量供给等基本需求，还需要关注工作模态繁多、工作模式复杂特点带来的影响，在较宽范围调节的参数会对系统鲁棒性及控制执行带来新的挑战，考虑到相关需求无法由经典控制理论满足，因此可考虑引入智能控制技术中的机器学习方法对控制参数进行优化，各类控制难题能够有效解决，任务执行过程中的能量优化与自适应管理可同时实现;基于智能维护，需关注航空机电设备存在的相对较高故障率，故障维护和检测难度较高，很多时候会导致飞机出勤效率受到影响，通过引入人工智能技术，通过收集的特征故障数据，即可开展针对性训练及表征，实现故障的自主诊断，事前预测式维修可同时开展，航空机电综合化控制的自主保障能力将大幅提升。

2.2机电控制盒技术

机电控制盒技术同样属于新型航空机电综合化控制范畴，该技术可依托通用与开放的机电系统控制架构，结合联合式架构和模块化架构，用于共享各子系统信息，小型化控制系统可由此形成，机电控制盒在增强生存力、提升维修性、减轻飞行员工作负荷、降低重量和成本等方面具备显著优势。应聚焦可靠、高效机电控制盒设计，这种实时多任务机电控制盒能够为飞机安全、正常运行提供保障，需要与机上机电系统、航电系统交互。机电控制盒的功能模块包括控制输出、控制逻辑解算、电源、数据采集，这种设计能够保证机电控制盒较好为飞机机电管理系统提供支持。控制输出功能模块需基于数字控制指令完成开关量的转换和传输，以此控制机电设备。电源功能模块负责提供工作电源，同时需要负责调理交流模拟量信号，以此向数据采集功能模块传递调理得到的直流形式信号。控制逻辑解算功能模块负责解算和还原飞机机电管理系统的状态判据参数，控制逻辑运算需要结合规定逻辑要求完成，并向输出功能模块传递得到的结果，以此实时监控和维护飞机机电管理系统。数据采集功能模块负责采集飞机机电管理系统的状态判据参数，包括开关量、模拟量等参数，这类参数需要提供给控制逻辑解算功能模块，但提供前需要重组参数数据结构。

结论：

综上所述，航空机电综合化控制需关注多方面因素影响。在此基础上，本文涉及的人工智能技术、机电控制盒技术等内容，则提供了可行性较高的控制优化路径。为更好开展航空机电综合化控制，机电控制盒技术与人工智能的深度融合、可持续发展理念的引入和贯彻同样需要得到重视。

参考文献：

[1]李瑜，郝圣桥，王法全，孙宾.航空发动机电液伺服系统机载模型监控设计[J].航空发动机，2021，47（02）：84-88.

[2]仝宇. 航空机电作动器用三环少齿差减速器多体动力学研究[D].兰州理工大学，2021.