CN111930036A - 一种民机作动器的主备控制切换系统和方法 - Google Patents

一种民机作动器的主备控制切换系统和方法 Download PDF

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CN111930036A CN202010728519.7A CN202010728519A CN111930036A CN 111930036 A CN111930036 A CN 111930036A CN 202010728519 A CN202010728519 A CN 202010728519A CN 111930036 A CN111930036 A CN 111930036A
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刘宏明
贾凡
张航
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    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
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    • G—PHYSICS
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Abstract

本发明实施例公开了一种民机作动器的主备控制切换系统和方法，系统包括：主、备REU，主、备作动器，第一、第二ACE和FCM；FCM向两个ACE发送控制指令；ACE将接收的控制指令发送到与其连接的REU；主REU根据控制指令接通主作动器，并通过主作动器控制舵面的运动；备REU根据控制指令切断备作动器；主REU根据其内部预置的主‑备切换条件切断主作动器，并将主作动器断开状态发送给备REU；备REU根据主作动器断开状态接通备作动器，并将备作动器接通状态发送给主REU。本发明实施例针对采用主备工作模式的民用飞机余度作动器远程控制电子架构，实现一种满足高安全高可用性要求的远程控制电子主备选择方式。

Description

一种民机作动器的主备控制切换系统和方法
技术领域
本发明涉及但不限于民用飞机飞行控制系统安全性设计技术领域，尤指一种民机作动器的主备控制切换系统和方法。
背景技术
民用飞机的主操纵面(升降舵、副翼、方向舵)通常采用余度设计以满足系统安全性要求。此种设计中，每个舵面上安装多个作动器，每个作动器可以独立控制舵面偏转，当一个作动器失效后，其他作动器仍可以维持对舵面的控制，满足性能要求。
上述多作动器的架构一般有两种控制模式：主-主工作模式与主-备工作模式。在主-主工作模式下，作动器同时处于工作状态；在主-备工作模式下，正常情况下仅由其中一个作动器对舵面实施主动控制，在该作动器故障失效时，系统切换至备份的作动器进行舵面控制。主-主工作模式对单个作动器载荷能力要求较低，单个作动器故障失效时无需额外的切换逻辑，是目前较多采用的工作模式，但此模式需克服主-主工作带来的力纷争问题，同时系统功耗较大。主-备工作模式可以避免力纷争的各种问题，系统功耗小，一台作动器故障后舵面运动性能不会降级，但需要设计完备的主备切换逻辑，以保证系统的安全性与可用性。目前尚无关于民机作动器的主备工作模式切换逻辑的公开资料。
发明内容
本发明的目的：提出一种民机作动器的主备控制切换系统和方法，针对采用主备工作模式的民用飞机余度作动器远程控制电子架构，实现一种满足高安全高可用性要求的远程控制电子主备选择方式。
本发明的技术方案：
本发明实施例提供一种民机作动器的主备控制切换系统，包括：相连接的主作动器远程控制电子单元REU和备REU，与主REU分别连接的主作动器和第一作动器控制器ACE，与备REU分别连接的备作动器和第二ACE，以及分别与主REU和备REU连接的飞控计算机FCM，所述主作动器和备作动器分别连接到同一舵面；
其中，所述FCM，用于向第一ACE和第二ACE发送控制指令；
所述第一ACE，用于将接收的控制指令发送到与其连接的主REU，第二ACE，用于将接收的控制指令发送到与其连接的备REU；
所述主REU，用于根据接收到的控制指令接通主作动器，并通过主作动器控制舵面的运动；
所述备REU，用于根据接收到的控制指令切断备作动器，使得备作动器跟随舵面的运动，并将备作动器断开状态发送给主REU；
所述主REU，还用于根据其内部预置的主-备切换条件，在主REU符合切换条件时切断主作动器，并将主作动器断开状态发送给备REU；
所述备REU，还用于根据主REU发送的主作动器断开状态接通备作动器，并将备作动器接通状态发送给主REU。
可选地，如上所述的民机作动器的主备控制切换系统中，所述FCM发送的控制指令为本次上电的系统指令，且系统指令中包括作动器主-备标识；
所述主REU，还用于在本次上电时，根据系统指令中的作动器主-备标识判断自身属性为主工作模式，并接通主作动器；
所述备REU，还用于在本次上电时，根据系统指令中的作动器主-备标识判断自身属性备工作模式，并断开备作动器。
可选地，如上所述的民机作动器的主备控制切换系统中，
所述备REU，还用于根据其内部预置的备-主切换条件，在备REU符合切换条件时接通备作动器，并将备作动器接通状态发送给主REU；
所述主REU，还用于根据备REU发送的备作动器接通状态断开主作动器，并将主作动器断开状态发送给备REU。
可选地，如上所述的民机作动器的主备控制切换系统中，还包括：与其中一个REU连接的辅助备份控制单元AFCU；
所述AFCU，用于在第一ACE和第二ACE均失效时，通过对与其连接的REU发送控制指令接通相应的作动器。
本发明实施例还提供一种民机作动器的主备控制切换方法，采用如上述任一项所述的民机作动器的主备控制切换系统执行所述主备控制切换方法，所述主备控制切换方法包括：
步骤1，主REU和备REU在本次上电时根据系统指令中的作动器主-备标识判断自身属性；
步骤2，主REU接通主作动器，且备REU断开备作动器，且主REU与备REU之间交互作动器的接通和断开状态；
步骤3，主REU根据预置的主-备切换条件，在主REU符合切换条件时切断主作动器，并将主作动器断开状态发送给备REU；
步骤4，备REU根据主REU发送的主作动器断开状态接通备作动器，并将备作动器接通状态发送给主REU。
可选地，如上所述的民机作动器的主备控制切换方法中，所述主-备切换条件包括：
主作动器接通条件，包括：
本次上电的系统指令指示主接通时，接通主作动器；
FCM指定主接通时，接通主作动器；
主作动器复位命令有效时，接通主作动器；
主REU为AFCU构型且AFCU指令模式接通时，接通主作动器；
主作动器切换到备作动器的条件，包括：
当FCM指定备接通时，切断主作动器电源，并向备REU发送主作动器断开状态；
当主作动器故障时，切断主作动器电源，并向备REU发送主作动器的故障标志和主作动器断开状态；
当主REU发生故障时，切断主作动器电源，并向备REU发送主REU的故障标志和主作动器断开状态；
当第一ACE发送给主REU的指令模式低于第二ACE发送给备REU的指令模式、且备同路无故障时，切断主作动器电源，并向备REU发送主作动器断开状态；
当第一ACE发送给主REU的指令为无效、或者第一ACE故障、或第一ACE与主REU的通讯故障时，且AFCU指令模式未接通时，切断主作动器电源，并向备REU发送主REU故障标志和主作动器断开状态。
可选地，如上所述的民机作动器的主备控制切换方法中，还包括：
步骤5，备REU根据预置的备-主切换条件，在备REU符合切换条件时接通备作动器，并将备作动器接通状态发送给主REU；
步骤6，主REU根据备REU发送的备作动器接通状态断开主作动器，并将主作动器断开状态发送给备REU。
可选地，如上所述的民机作动器的主备控制切换方法中，所述备-主切换条件包括：
备作动器上电断开条件，包括：
本次上电的系统指令指示主接通时，断开主作动器；
备作动器切换到主作动器的条件，包括：
当主REU断开时，接通备作动器；
备REU为AFCU构型且AFCU指令模式接通，接通备作动器；
备作动器由接通切换为断开的条件，包括：
当备作动器故障时，切断备作动器电源，并向主REU发送备作动器的故障标志和备作动器断开状态；
当备REU发生故障时，切断备作动器电源，并向主REU发送备REU的故障标志和作动器断开状态；
当第二ACE发送给备REU的指令模式低于第一ACE发送给主REU的指令模式，且主REU无故障时，切断备作动器电源，并向主REU发送备作动器断开状态；
当第二ACE发送给备REU的指令为无效、或者第二ACE故障、或第二ACE与备REU的通讯故障时，且AFCU指令模式未接通时，切断备作动器电源，并向主REU发送备REU故障标志和备作动器断开状态。
本发明的优点：
本发明实施例提供的民机作动器的主备控制切换系统和方法，基于带有辅助备份控制单元(AFCU)的双余度作动器架构设计，正常模式下，作动器控制器(ACE)将控制指令发送至作动器远程控制电子单元(REU)，处于主动模态的REU控制与之对应的作动器带动舵面偏转；处于备用模态的REU将与其对应作动器置于随动状态，跟随舵面偏转运动；当由于整个飞控系统故障导致主动模态REU无法对作动器实施有效控制时，系统根据主备切换逻辑将主作动器切换为备作动器，接通备用作动器；当两个ACE失效导致两个REU都无法接收ACE控制指令时，与辅助备份控制单元(AFCU)相连的REU接通AFCU控制，维持舵面受控状态。本发明实施例的核心创新点在于给出了主备工作模式下作动器远程控制电子单元的切换逻辑，实现在各类故障模态下，对于舵面的有效控制，确保系统的高可用性，保证系统满足安全性设计要求。
附图说明：
图1为本发明实施例提供的一种民机作动器的主备控制切换系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种民机作动器的主备控制切换系统的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的民机作动器的主备控制切换方法中的主-备切换逻辑的示意图。
具体实施方式：
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
本发明实施例提出一种民机作动器的主备控制切换系统和方法，针对采用主备工作模式的民用飞机余度作动器远程控制电子架构，实现一种满足高安全高可用性要求的远程控制电子主备选择方式。
图1为本发明实施例提供的一种民机作动器的主备控制切换系统的结构示意图。如图1所示，本发明实施例提供的民机作动器的主备控制切换系统，可以包括：相连接的主作动器远程控制电子单元(REU)和备REU，与主REU分别连接的主作动器和第一作动器控制器(ACE)，与备REU分别连接的备作动器和第二ACE，以及分别与主REU和备REU连接的飞控计算机(FCM)，并且主作动器和备作动器分别连接到同一舵面。
如图1所示民机作动器的主备控制切换系统的结构中，FCM，用于向第一ACE和第二ACE发送控制指令；
第一ACE，用于将接收的控制指令发送到与其连接的主REU，第二ACE，用于将接收的控制指令发送到与其连接的备REU；
主REU，用于根据接收到的控制指令接通主作动器，并通过主作动器控制舵面的运动；
备REU，用于根据接收到的控制指令切断备作动器，使得备作动器跟随舵面的运动，并将备作动器断开状态发送给主REU；
主REU，还用于根据其内部预置的主-备切换条件，在主REU符合切换条件时切断主作动器，并将主作动器断开状态发送给备REU；
备REU，还用于根据主REU发送的主作动器断开状态接通备作动器，并将备作动器接通状态发送给主REU。
在本发明实施例中，若FCM发送的控制指令为本次上电的系统指令，该系统指令中包括作动器主-备标识。
在该应用场景中，主REU，还用于在本次上电时，根据系统指令中的作动器主-备标识判断自身属性为主工作模式，并接通主作动器；备REU，还用于在本次上电时，根据系统指令中的作动器主-备标识判断自身属性备工作模式，并断开备作动器。
在本发明实施例中同样可以切换到主工作模式，即备REU，还用于根据其内部预置的备-主切换条件，在备REU符合切换条件时接通备作动器，并将备作动器接通状态发送给主REU；相应地，主REU，还用于根据备REU发送的备作动器接通状态断开主作动器，并将主作动器断开状态发送给备REU。
图2为本发明实施例提供的另一种民机作动器的主备控制切换系统的结构示意图，如图2所示，该实施例中的民机作动器的主备控制切换系统，还可以包括：与其中一个REU连接的辅助备份控制单元(AFCU)。
本发明实施例中的AFCU，用于在第一ACE和第二ACE均失效时，通过对与其连接的REU发送控制指令接通相应的作动器。
需要说明的是，本发明实施例中的主REU与备REU可以根据指令转换状态，主作动器与备作动器也可以根据REU的控制转换状态。且认为与AFCU连接，且AFCU指令模式接通时的REU为主REU，相应的作动器为主作动器。即图2中的AFCE也可以是与备REU相连的。
基于本发明上述实施例提供的民机作动器的主备控制切换系统，本发明实施例还提供一种民机作动器的主备控制切换方法，可以采用如上述任一实施例中的民机作动器的主备控制切换系统执行切换方法，该主备控制切换方法可以包括如下步骤：
步骤1，主REU和备REU在本次上电时根据系统指令中的作动器主-备标识判断自身属性；
步骤2，主REU接通主作动器，且备REU断开备作动器，且主REU与备REU之间交互作动器的接通和断开状态；
步骤3，主REU根据预置的主-备切换条件，在主REU符合切换条件时切断主作动器，并将主作动器断开状态发送给备REU；
步骤4，备REU根据主REU发送的主作动器断开状态接通备作动器，并将备作动器接通状态发送给主REU。
如图3所示，为本发明实施例提供的民机作动器的主备控制切换方法中的主-备切换逻辑的示意图，其中，主REU切换为备REU(或主作动器切换为备作动器)的主-备切换条件包括：
主作动器接通条件，包括：
本次上电的系统指令指示主接通时，接通主作动器；
FCM指定主接通时，接通主作动器；
主作动器复位命令有效时，接通主作动器；
主REU为AFCU构型且AFCU指令模式接通时，接通主作动器；
主作动器切换到备作动器的条件，包括：
当FCM指定备接通时，切断主作动器电源，并向备REU发送主作动器断开状态；
当主作动器故障时，切断主作动器电源，并向备REU发送主作动器的故障标志和主作动器断开状态；
当主REU发生故障时，切断主作动器电源，并向备REU发送主REU的故障标志和主作动器断开状态；
当第一ACE发送给主REU的指令模式低于第二ACE发送给备REU的指令模式、且备同路无故障时，切断主作动器电源，并向备REU发送主作动器断开状态；
当第一ACE发送给主REU的指令为无效、或者第一ACE故障、或第一ACE与主REU的通讯故障时，且AFCU指令模式未接通时，切断主作动器电源，并向备REU发送主REU故障标志和主作动器断开状态。
本发明实施例提供的民机作动器的主备控制切换方法，还可以包括：如下步骤：
步骤5，备REU根据预置的备-主切换条件，在备REU符合切换条件时接通备作动器，并将备作动器接通状态发送给主REU；
步骤6，主REU根据备REU发送的备作动器接通状态断开主作动器，并将主作动器断开状态发送给备REU。
如图3所示，备REU切换为主REU(或备作动器切换为主作动器)的备-主切换条件，以及备REU(或备作动器)再次断开的条件，包括：
备作动器上电断开条件，包括：
本次上电的系统指令指示主接通时，断开主作动器；
备作动器切换到主作动器的条件，包括：
当主REU断开时，接通备作动器；
备REU为AFCU构型且AFCU指令模式接通，接通备作动器；
备作动器由接通切换为断开的条件，包括：
当备作动器故障时，切断备作动器电源，并向主REU发送备作动器的故障标志和备作动器断开状态；
当备REU发生故障时，切断备作动器电源，并向主REU发送备REU的故障标志和作动器断开状态；
当第二ACE发送给备REU的指令模式低于第一ACE发送给主REU的指令模式，且主REU无故障时，切断备作动器电源，并向主REU发送备作动器断开状态；
当第二ACE发送给备REU的指令为无效、或者第二ACE故障、或第二ACE与备REU的通讯故障时，且AFCU指令模式未接通时，切断备作动器电源，并向主REU发送备REU故障标志和备作动器断开状态。
本发明实施例提供的民机作动器的主备控制切换系统和方法，基于带有辅助备份控制单元(AFCU)的双余度作动器架构设计，正常模式下，作动器控制器(ACE)将控制指令发送至作动器远程控制电子单元(REU)，处于主动模态的REU控制与之对应的作动器带动舵面偏转；处于备用模态的REU将与其对应作动器置于随动状态，跟随舵面偏转运动；当由于整个飞控系统故障导致主动模态REU无法对作动器实施有效控制时，系统根据主备切换逻辑将主作动器切换为备作动器，接通备用作动器；当两个ACE失效导致两个REU都无法接收ACE控制指令时，与辅助备份控制单元(AFCU)相连的REU接通AFCU控制，维持舵面受控状态。本发明实施例的核心创新点在于给出了主备工作模式下作动器远程控制电子单元的切换逻辑，实现在各类故障模态下，对于舵面的有效控制，确保系统的高可用性，保证系统满足安全性设计要求。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种民机作动器的主备控制切换系统，其特征在于，包括：相连接的主作动器远程控制电子单元REU和备REU，与主REU分别连接的主作动器和第一作动器控制器ACE，与备REU分别连接的备作动器和第二ACE，以及分别与主REU和备REU连接的飞控计算机FCM，所述主作动器和备作动器分别连接到同一舵面；
其中，所述FCM，用于向第一ACE和第二ACE发送控制指令；
所述第一ACE，用于将接收的控制指令发送到与其连接的主REU，第二ACE，用于将接收的控制指令发送到与其连接的备REU；
所述主REU，用于根据接收到的控制指令接通主作动器，并通过主作动器控制舵面的运动；
所述备REU，用于根据接收到的控制指令切断备作动器，使得备作动器跟随舵面的运动，并将备作动器断开状态发送给主REU；
所述主REU，还用于根据其内部预置的主-备切换条件，在主REU符合切换条件时切断主作动器，并将主作动器断开状态发送给备REU；
所述备REU，还用于根据主REU发送的主作动器断开状态接通备作动器，并将备作动器接通状态发送给主REU。
2.根据权利要求1所述的民机作动器的主备控制切换系统，其特征在于，所述FCM发送的控制指令为本次上电的系统指令，且系统指令中包括作动器主-备标识；
所述主REU，还用于在本次上电时，根据系统指令中的作动器主-备标识判断自身属性为主工作模式，并接通主作动器；
所述备REU，还用于在本次上电时，根据系统指令中的作动器主-备标识判断自身属性备工作模式，并断开备作动器。
3.根据权利要求2所述的民机作动器的主备控制切换系统，其特征在于，
所述备REU，还用于根据其内部预置的备-主切换条件，在备REU符合切换条件时接通备作动器，并将备作动器接通状态发送给主REU；
所述主REU，还用于根据备REU发送的备作动器接通状态断开主作动器，并将主作动器断开状态发送给备REU。
4.根据权利要求3所述的民机作动器的主备控制切换系统，其特征在于，还包括：与其中一个REU连接的辅助备份控制单元AFCU；
所述AFCU，用于在第一ACE和第二ACE均失效时，通过对与其连接的REU发送控制指令接通相应的作动器。
5.一种民机作动器的主备控制切换方法，其特征在于，采用如权利要求1～4中任一项所述的民机作动器的主备控制切换系统执行所述主备控制切换方法，所述主备控制切换方法包括：
步骤1，主REU和备REU在本次上电时根据系统指令中的作动器主-备标识判断自身属性；
步骤2，主REU接通主作动器，且备REU断开备作动器，且主REU与备REU之间交互作动器的接通和断开状态；
步骤3，主REU根据预置的主-备切换条件，在主REU符合切换条件时切断主作动器，并将主作动器断开状态发送给备REU；
步骤4，备REU根据主REU发送的主作动器断开状态接通备作动器，并将备作动器接通状态发送给主REU。
6.根据权利要求5所述的民机作动器的主备控制切换方法，其特征在于，所述主-备切换条件包括：
主作动器接通条件，包括：
本次上电的系统指令指示主接通时，接通主作动器；
FCM指定主接通时，接通主作动器；
主作动器复位命令有效时，接通主作动器；
主REU为AFCU构型且AFCU指令模式接通时，接通主作动器；
主作动器切换到备作动器的条件，包括：
当FCM指定备接通时，切断主作动器电源，并向备REU发送主作动器断开状态；
当主作动器故障时，切断主作动器电源，并向备REU发送主作动器的故障标志和主作动器断开状态；
当主REU发生故障时，切断主作动器电源，并向备REU发送主REU的故障标志和主作动器断开状态；
当第一ACE发送给主REU的指令模式低于第二ACE发送给备REU的指令模式、且备同路无故障时，切断主作动器电源，并向备REU发送主作动器断开状态；
当第一ACE发送给主REU的指令为无效、或者第一ACE故障、或第一ACE与主REU的通讯故障时，且AFCU指令模式未接通时，切断主作动器电源，并向备REU发送主REU故障标志和主作动器断开状态。
7.根据权利要求5所述的民机作动器的主备控制切换方法，其特征在于，还包括：
步骤5，备REU根据预置的备-主切换条件，在备REU符合切换条件时接通备作动器，并将备作动器接通状态发送给主REU；
步骤6，主REU根据备REU发送的备作动器接通状态断开主作动器，并将主作动器断开状态发送给备REU。
8.根据权利要求7所述的民机作动器的主备控制切换方法，其特征在于，所述备-主切换条件包括：
备作动器上电断开条件，包括：
本次上电的系统指令指示主接通时，断开主作动器；
备作动器切换到主作动器的条件，包括：
当主REU断开时，接通备作动器；
备REU为AFCU构型且AFCU指令模式接通，接通备作动器；
备作动器由接通切换为断开的条件，包括：
当备作动器故障时，切断备作动器电源，并向主REU发送备作动器的故障标志和备作动器断开状态；
当备REU发生故障时，切断备作动器电源，并向主REU发送备REU的故障标志和作动器断开状态；
当第二ACE发送给备REU的指令模式低于第一ACE发送给主REU的指令模式，且主REU无故障时，切断备作动器电源，并向主REU发送备作动器断开状态；
当第二ACE发送给备REU的指令为无效、或者第二ACE故障、或第二ACE与备REU的通讯故障时，且AFCU指令模式未接通时，切断备作动器电源，并向主REU发送备REU故障标志和备作动器断开状态。
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