CN103034196A - 一种飞机机电系统控制的开放式和通用化设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种飞机机电系统控制的开放式和通用化设计方法，属于计算机自动控制类，应用于航空电子技术领域。本发明为一种开关控制系统，其硬件为通用平台，软件分为机载部分和地面部分。机载部分为通用软件模块，其实现的功能由地面控制逻辑配置文件设定，这种设计模式能应用于飞机上各种机电设备的控制，如：防滑刹车、燃油系统、起落架系统、襟翼及减速板系统、电源配电系统等。本发明采用计算机实现对机电系统的自主控制，实现了机载各个机电子系统之间的信息共享，解决了机载各个机电子系统的散、乱、杂的问题，同时减轻了飞行员工作负荷，提高了可维护性，增强了生存力，降低了成本和重量。

Description

一种飞机机电系统控制的开放式和通用化设计方法

技术领域

本发明属于计算机自动控制类，应用于航空电子技术领域。

背景技术

飞机机电系统所包含的系统以及部件数量十分庞大，大到液压、燃油、环控、起落架、电源等系统，小到各种阀门、泵和电机，零零总总分布于飞机各个部分。机电系统是为飞机传递能量的系统，以实现飞机的基本功能。

目前，各机电子系统和各种控制盒独立地分布于机上各个部位，形成了一种散、乱、杂的局面，同时使得机体重量重、仪表数量多以及机上连线复杂，整个机载系统的可靠性低，维护性差，各种控制重复研制，给飞机带来较高的经济成本和管理成本，这种差异也给飞机机载产品的型谱标准化建设也带来极大的困难。

因此，为了减轻飞行员工作负荷，提高可维护性，增强生存力，降低成本和重量，实现各子系统之间的信息共享，满足系统的小型化要求，现采用一种机电系统控制的开放式和通用化设计，即采用计算机实现对机电系统的自主控制。

发明内容

发明目的：

目前国外对飞机机电设备的控制已经发展到公共设备管理系统，由计算机统一对机电设备进行管理和控制，而国内机上机电设备综合化管理水平较差，大大制约了飞机性能的提高。本发明瞄准国外先进技术，为飞机机电系统提供了一种统一管理和控制方法，能提高国内飞机设计水平，提高飞机的战技性能指标。

技术方案：

一种飞机机电系统控制的开放式和通用化设计方法，其特征在于，该方法采取以下步骤：

步骤一、设计硬件通用平台，该硬件平台是可以配置的，通过地面逻辑控制配置文件的要求来进行相应的机载状态信息逻辑解算和输入输出；

步骤二、依据用户需求，编制本机型配套的逻辑控制配置文件：逻辑控制配置文件是整个通用化设计的支撑，硬件平台具有接受逻辑配置文件的能力，通过识别逻辑控制配置文件，可对不同机电设备进行控制。针对机电设备的控制和输出，不同的受控设备其控制逻辑条件和输出参数特性是各不相同的。基于这种差异，在逻辑控制配置文件中把这种个性化的要求形成个性化的配置文件，供硬件平台进行识别，最终按配置文件的要求进行准确的控制输出；

步骤三、基于硬件平台，加载已编制的逻辑控制配置文件，进行试验验证，得出可行性结论；

步骤四、依据可行性验证结论，进行软件和逻辑控制配置文件存档，冻结技术状态，基于硬件烧录软件；

步骤五、进行环境适应性试验，进一步验证软、硬件，以及逻辑控制配置文件的可靠性；若试验结果不合格，重复步骤二、三、四，若合格，则交付用户；

步骤六、将机电控制盒装入用户要求的位置，与机上相关系统进行联试；

步骤七、基于步骤一～步骤六设计思路设计出来的机电控制盒，可以根据飞机的实际情况，为机电控制盒的组成提供多种方式，机电控制盒可以是小型的、分立式的，即针对飞机上每个机电设备，都配装一个机电控制盒，同时机电控制盒也可以是综合式和集中控制式的，即采用一个机电控制盒实现对多个机电设备的控制。

有益效果：

本发明解决了机载各机电子系统的散、乱、杂的问题，同时减轻了飞行员工作负荷，提高了可维护性、提高了飞机战技性能指标，增强了生存力，降低了成本和重量。

附图说明

图1开关量控制系统组成框图。

图2逻辑控制配置文件构成框图。

图3为分布式控制模式组成框图。

图4为综合控制模式模块组成图。

图5为起落架控制逻辑控制配置文件框图。

具体实施方式

本发明的原理：

下面结合附图对本发明做进一步详细描述，请参阅图1至图4。

1、组成和功能

该发明为一种开关控制系统，其软件部分包含机载软件和地面逻辑控制配置文件，其硬件由四个功能模块构成，分别为数据采集功能模块、控制逻辑解算功能模块、输出功能模块和电源模块，如图1所示。

数据采集功能模块：完成对各种判据参数的采集，如对模拟量参数、离散量参数和相关总线参数的采集，将采集的参数进行数据结构重组后，通过内部并行数据总线传递给控制逻辑解算功能模块。

控制逻辑解算功能模块：完成对判据参数的解算和还原，通过地面检测维护设备加载逻辑控制配置文件，根据逻辑控制配置文件规定的逻辑要求完成控制逻辑运算，将运算结果通过内部并行数据总线传输到输出功能模块。同时该模块在运算过程中完成对控制闭环检测，控制的闭环检测分为两级，第一级为指令级闭环检测，控制指令由输出功能模块输出后，通过数据采集功能模块进行回采，控制逻辑解算功能模块通过比较回采指令和输出之前的数字指令是否一致，从而完成指令级的闭环检测；第二级的闭环检测为作动级的闭环检测，实现途径为数据采集功能模块实时采集被控制的相关机电设备作动情况，控制逻辑解算功能单元根据开关控制输出功能模块输出的指令进行综合判断，在正常作动时间内比较控制指令和理论的作动结果是否相符，从而完成对控制作动级的闭环检测。在地面维护模式下，控制逻辑解算功能模块可以通过系统维护总线把机载相关信息传递到地面检测维护设备，实现对产品的维护和动态监控。

控制输出功能模块：接收将控制逻辑解算功能单元的数字控制指令，将数字指令转换为开关量的形式输出到飞机上相关机电设备和系统，最终实现对相关机载机电设备的控制。

电源模块：实现对电源的转换，为产品提供各种电源。

2、逻辑控制配置文件数据结构

对于控制逻辑，其可预见的逻辑关系为条件与、条件或、条件非，以及多级嵌入的与、或、非关系，在此基本逻辑关系上再增加恒定时间的判断，增加相应通断闭锁、解锁的设置，实现数学上存在的各种逻辑条件的判断。将个性化的逻辑控制关系生成二进制配置文件，加载到硬件平台上可实现对各种个性化逻辑的运算。逻辑控制配置文件所包含的内容和组合数据结构按如图2所示。

3、分布式控制和集中式（综合式）控制

开放式和通用化设计方法为分布式控制和集中式控制的实现提供了便利手段，分布式控制模式的组成框图见图3所示，集中式控制模式的组成框图见图4所示。

分布式的控制针对飞机上每个机电设备，都配装一个机电控制盒，这种机电控制盒由最基本的4个功能模块组成，机电控制盒可以就近安装在受控机电设备附件，减少飞机连线，减轻电缆数量和重量，降低飞机上连线复杂度。

综合控制方式是采用一个机电控制盒，根据多个机电设备，在机电控制盒内部插入多个数据采集模块和开关量输出模块，控制模式示意图如附图3所示。采用综合式控制方式可节省一些功能模块数量，如电源模块和控制逻辑解算模块，能相应降低飞机成本。

实施例

针对某飞机起落架系统和燃油系统控制，采用了集中式（综合式）的控制方式。

实现起落架系统收放动作需要控制的部件包括护板收电磁阀、护板放电磁阀、起落架放电磁阀以及起落架收电磁阀；燃油系统主要控制飞机加、输油动作，包括左、右副油箱加油路活门，左、右副油箱输油路活门，电磁转换阀和输油泵等部件。

下面以起落架收电磁阀和电磁转换阀的控制为例，对实现过程进行描述：

1、硬件平台

对起落架收电磁阀和电磁转换阀设备的控制，采用相同的硬件平台，每个硬件平台包含4个功能模块，分别为数据采集功能模块、控制逻辑解算功能模块、输出功能模块和电源模块，由于采用的是集中式控制模式，两个硬件平台中的控制逻辑解算功能模块和电源模块共用。

2、逻辑控制配置文件

在逻辑控制配置文件中每个判断项的具体内容包括：信息参数来源，参数逻辑属性，参数恒定时间，其数据结构框图如图5所示。

当控制逻辑解算功能模块软件读取起落架和燃油逻辑配置控制文件后将按控制流程进行开关量输出控制，同时通过分析解算起落架收电磁阀和燃油电磁转换阀各判断条件的逻辑值，以确定输出的控制状态信号。

3、基于控制逻辑解算功能模块硬件平台，加载已编制的起落架和燃油逻辑控制配置文件，进行试验验证，得出可行性结论；

4、依据可行性验证结论，进行控制逻辑解算功能模块软件存档，冻结技术状态，基于硬件烧录软件；

5、进行环境适应性试验，进一步验证软、硬件以及起落架控制逻辑控制配置文件的可靠性，若试验结果不合格，重复过程2、3、4，若合格，则交付用户；

6、将机电控制盒装入用户要求的位置，与机上相关系统进行联试。

Claims (1)

1.一种飞机机电系统控制的开放式和通用化设计方法，其特征在于，该方法采取以下步骤：

步骤一、设计硬件通用平台，该硬件平台是可以配置的，通过地面逻辑控制配置文件的要求来进行相应的机载状态信息逻辑解算和输入输出；

步骤二、依据用户需求，编制本机型配套的逻辑控制配置文件：逻辑控制配置文件是整个通用化设计的支撑，硬件平台具有接受逻辑配置文件的能力，通过识别逻辑控制配置文件，可对不同机电设备进行控制。针对机电设备的控制和输出，不同的受控设备其控制逻辑条件和输出参数特性是各不相同的。基于这种差异，在逻辑控制配置文件中把这种个性化的要求形成个性化的配置文件，供硬件平台进行识别，最终按配置文件的要求进行准确的控制输出；

步骤三、基于硬件平台，加载已编制的逻辑控制配置文件，进行试验验证，得出可行性结论；

步骤四、依据可行性验证结论，进行软件和逻辑控制配置文件存档，冻结技术状态，基于硬件烧录软件；

步骤五、进行环境适应性试验，进一步验证软、硬件，以及逻辑控制配置文件的可靠性；若试验结果不合格，重复步骤二、三、四，若合格，则交付用户；

步骤六、将机电控制盒装入用户要求的位置，与机上相关系统进行联试；

步骤七、基于步骤一～步骤六设计思路设计出来的机电控制盒，可以根据飞机的实际情况，为机电控制盒的组成提供多种方式，机电控制盒可以是小型的、分立式的，即针对飞机上每个机电设备，都配装一个机电控制盒，同时机电控制盒也可以是综合式和集中控制式的，即采用一个机电控制盒实现对多个机电设备的控制。

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