某型飞行控制系统串联舵机测试性验证试验

陈思文 任国志 王佳祥 李晨

摘  要：飞行控制系统决定着整个飞机的飞行姿态，而舵机又是飞控系统中的重要组成部分。通过测试性虚拟验证试验的方式，可以实现判断被测产品是否达到了规定的测试性指标要求的目的。本文主要介绍了测试性虚拟验证试验的工作流程，基于TMAS软件平台、以某型飞控系统中串联电动舵机为研究对象，并开展了测试性虚拟验证试验。分析了基于该方法进行的测试性验证试验的可行性，提出故障率和测试点的设置对指标评估结果可能造成的误差。

关键词：测试性;虚拟验证;故障率;测试点

引言

我国武器装备测试性技术的研究起步较晚，研究范围也多见于导弹、舰艇、雷达等领域，而直升机领域涉猎不多。在这种情况下，根据装备试验鉴定工作总体方向，为满足直升机装备的测试性验证试验工作要求，本文基于某型飞行控制系统中串联电动舵机探索研究测试性虚拟验证试验方法在直升机装备上的运用，通过TMAS软件平台对该型舵机系统进行模型构建，并得到测试性指标评估结果，为开展测试性验证试验工作提供借鉴。

1 测试性虚拟验证试验的工作流程

测试性虚拟验证试验以建立被测系统模型为前提，通过虚拟的故障注入形式完成测试性验证试验。理想情况应是对测试性实物验证过程的完全虚拟化，因此测试性虚拟验证试验应包含测试性实物验证试验的主要过程。但是，这种依托计算机和软件平台进行的测试性验证试验，在验证对象、故障注入的种类/次数、具体实施方法等方面仍与传统的测试性验证试验区别较大，测试性虚拟验证试验的总体工作流程如图所示。

2 TMAS软件平台及FMECA分析

2.1 TMAS软件平台简介

TMAS软件全称为测试性建模与分析系统（Testability Modeling and Analysis System），该软件集测试性建模、测试性分析、诊断推理三大功能于一体，是一种能够实现测试性基础建模的工具，广泛应用于航空航天、国防装备等高新技术领域，能够较好的满足测试性设计、嵌入式实时诊断、交互式故障诊断、在线远程故障诊断和维护管理等需求。

2.2 产品FMECA分析

当确定用FMECA对某一装备进行测试性验证时就已经确定了该装备的产品结构、递接关系等，并能够生成详细的功能结构方框图，可以通过硬件分析法对被测装备的功能结构、组成关系进行详细分析，明确各层级的测试单元。当在软件平台上构建层次化模型时，可以为分析对象定义约定的层次，即规定FMECA的产品层次。约定层次后，需要对系统的功能任务及系统在完成各种功能任务时所处的环境条件进行描述，还包括系统任务剖面、工作方式、任务阶段等，同时要制定系统的故障判据，构成完整的FMECA。

3 某型串聯舵机系统结构分析

3.1 系统硬件组成

通过硬件分析法，可知串联舵机的组成结构主要包括三个主要模块，即伺服电机模块、齿轮传动组模块、直线性位移传感器（或简称电位计）模块。

3.2 系统功能结构组成

在控制器作用下产生的误差信号，通过驱动器放大后会传给舵机中的伺服电机，驱动电机运转。齿轮传动组放大电机力矩并按照10.833的减速比带动力矩限制器的齿轮转动，实现对舵面按照要求角度进行偏转的控制。在运行期间，力矩限制器将运动传递给输出轴和行程限制器。输出轴通过在壳体导向槽内滑动的加工凸块获得线性位移;行程限制器在自身角度范围内转动。在反馈回路中，电位计将反馈信号以电压的形式提供给驱动器，形成舵回路闭环，实现对舵面角度的精准控制。

4 舵机系统测试性虚拟验证试验

4.1 系统模型构建

在明确舵机系统结构组成后，结合FMECA报告，通过TMAS软件建立符合相关性理论和多信号流图的层次化图形模型。

同理，根据系统各层级结构组成，可以建立电机系统中的转子/机械连接件/电机轴、齿轮传动组中的前端齿轮轴/主动齿轮/从动齿轮/后端齿轮轴、以及线性位移传感器模块，根据FMECA，依次设定故障模式。完成对整个舵机系统的模型构建，并执行测试性分析，生成测试性分析报告。

4.2 测试性指标评估

通过测试性虚拟验证试验获得的测试性分析报告，涵盖模型组成、故障源汇总、测试汇总、模型统计参数、测试性指标、关键参数等各类所需信息。

在模型中，没有设定与成本及时间相关的信息，故有四项指标值为0。在工程应用中，可以根据实际情况依次进行设定并获得相关指标值。

5 结果误差分析

5.1 故障率对指标评估结果的影响

根据故障率曲线阶段变化图，对该模型中的故障模式进行分类，结合各模块失效率特点和专家经验等验前信息，优化系统中各故障模式在第一阶段和第三阶段的故障率，获得了不同阶段情况下的FDR和FIR值。

通过对三组数据分析可知，故障率的变化会对FDR/FIR等指标评估结果造成较大影响。所以故障率的确定不能一概而论，而应根据被测产品所处试验阶段、结合具体模块的失效率特点等试验数据，明确故障率取值。

5.2  测试点的设置对指标评估结果的影响

根据某型机舵机系统FMECA表，对模型设置测试点共计33个，“数据一”显示了该情况下典型的模型统计参数及FDR/FIR值。“数据二”显示了当去掉系统模型中电机模块中的测试点时（模型中只剩下10个测试点），相应数据发生的改变。“数据三”显示了当系统模型中只留下线性位移传感器的2个测试点时，各组数据发生的变化。伴随测试点的减少，模糊组总数、诊断树测试数量都随之降低;而平均模糊度指标呈上升趋势，测试点数量越少，平均模糊度越高。

另外，测试点的多少对FDR和FIR也有较大影响。

结果表明，测试点的设置会对测试性指标评估结果造成较大影响，表现出测试点越多，FDR/FIR值也会相应提高;测试点越少，FDR/FIR值会相应降低的特点。

6 结束语

建立被测产品虚拟样机模型是执行测试性虚拟验证试验的前提条件，图示化模型可以清晰反映出被测装备各层级的接口/信号关系，基于测试平台建立的测试性评估模型可以完成对装备的测试性分析，结合工程实际获得可行性评估结果。本文以某型机舵机系统为例，结合舵机系统测试设计信息及测试性要求，完成对舵机系统的图示化模型构建，生成了测试性指标评估报告;同时，对故障率、测试点的设置对测试性指标评估结果可能造成的影响进行了分析，为装备在试验鉴定各环节开展测试性验证试验工作提供借鉴。

参考文献

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[3] 陈然， 连光耀， 黄考利， 闫鹏程， 耿梦雪， 王凯. 基于FMECA信息的测试性验证试验样本分配方法[J]. 北京航空航天大学学报 2017， 43（03）： 627-635