CN117856223A - 一种航空交流配电系统容错供电控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请属于航空配电系统领域，涉及一种航空交流配电系统容错供电控制方法及装置。该方法包括：由主控CPU及监控CPU同时进行供电场景查询，确定供电源可用性是否发生变化；由所述主控CPU优先对供电系统的各构型接触器进行控制，当供电源可用性发生变化时，由主控CPU按预设的供电逻辑配置表给出控制各接触器通断的指令；由监控CPU对主控CPU的指令按照供电逻辑配置表进行比对，指令合法时，主控CPU给定的指令为最终输出指令，否则，监控CPU按预设的供电逻辑配置表形成最终输出指令；步骤S4、按照最终输出指令对各接触器进行通断操作。本申请降低了BPCU控制差错率，提高了系统控制策略的安全性。

Description

一种航空交流配电系统容错供电控制方法及装置

技术领域

本申请属于航空配电系统领域，具体涉及一种航空交流配电系统容错供电控制方法及装置。

背景技术

随着飞机供电技术的发展，变频交流电源系统成为各类直升机、运输机及民机的主流供电体制。随着供电容量的增大，负载类型、负载复杂程度的增加及工作时序的叠加，对于配电的可靠性和安全性提出了越来越高的要求。供电系统安全、可靠工作是飞机各关键用电任务系统的核心保障。在正常工作状态下，供电系统可在系统控制下，进行有效的状态转换，但是更重要的是如何在非正常状态下，通过故障检测、隔离及系统重构等方式，保证关键负载供电。

目前的交流供电系统架构主要由多通道主发电机、地面电源、辅助电源组成，供电系统运行于非并联可转换工作模式。每个通道主电源向各自通道主汇流条供电，当发生故障时，由其他电源向该通道汇流条进行供电，在系统转电过程中交流电源并联，将导致两个电源之间产生较大环流，严重时甚至损坏设备，因此交流电源严禁并联工作。

为防止任意两路交流电源并联，对于供电系统构型中重要接触器采用软硬件协同控制方法，以软件控制为主、硬件互锁控制。民机配电系统由于其高可靠性和高安全性的自动控制需求，构型接触器通常利用汇流条功率控制器(以下简称BPCU)进行控制。BPCU单机配套两台，分别安装于飞机设备舱的左右两侧，两台BPCU航线可更换，互为备份。正常情况下，由左侧BPCU完成交流侧配电系统控制，当左侧BPCU故障时，由右侧BPCU接管左侧BPCU全部功能。BPCU通过采集相关模拟量和离散量信息，按照设定的控制逻辑算法，实现系统控制、故障保护、自检测、状态监测、故障隔离及信息上报，保障供电系统正常工作、故障重构或降级运行。在实际使用过程中，BPCU由于内部硬件、软件异常工作，将极大提高系统控制差错率与虚警率，引发控制逻辑错乱，导致部分汇流条丧失供电控制功能，影响负载供电，进而影响到飞行任务的执行，严重时甚至会带来巨大的经济或生命财产损失。

发明内容

为了解决上述问题，本申请提供了一种航空交流配电系统容错供电控制方法及装置，保证在故障情况下关键任务负载的供电，实现供电系统重构，提高配电系统的任务可靠性及汇流条功率控制器产品的研制保证等级。

本申请第一方面提供了一种航空交流配电系统容错供电控制方法，主要包括：

步骤S1、由主控CPU及监控CPU同时进行供电场景查询，确定供电源可用性是否发生变化；

步骤S2、由所述主控CPU优先对供电系统的各构型接触器进行控制，当由所述主控CPU确定供电源可用性发生变化时，由所述主控CPU按预设的供电逻辑配置表给出控制各接触器通断的指令，其中，所述供电逻辑配置表给出了基于不同的有效供电源组合对应的各接触器通断状态；

步骤S3、由监控CPU对主控CPU的指令按照所述供电逻辑配置表进行比对，确定所述指令是否合法，当所述指令合法时，由主控CPU给定的指令为最终输出指令，当所述指令不合法时，截断主控CPU的指令，并由所述监控CPU按预设的供电逻辑配置表给出控制各接触器通断的指令，形成最终输出指令；

步骤S4、按照所述最终输出指令对各接触器进行通断操作。

优选的是，步骤S1进一步包括：

步骤S11、由主控CPU进行上电初始化及自检，自检未通过则复位各接触器输出，并基于ARINC429总线向与其连接的航电系统上报故障，自检通过后，进入实时控制模式；由监控CPU进行上电初始化，进入监控模式；

步骤S12、在实时控制模式及监控模式下，采集航空交流配电系统内设定模拟量及离散量信息，以进行供电场景查询。

优选的是，步骤S4进一步包括：

步骤S41、按预设的供电逻辑配置表确定各接触器中需要断开及闭合的接触器；

步骤S42、先对需要断开的接触器进行断开操作，后对需要闭合的接触器进行闭合操作。

优选的是，步骤S4之后进一步包括：

步骤S5、由主控CPU或监控CPU确定汇流条和接触器是否故障，当汇流条或接触器故障时，按预设的故障安全模式进行故障处理。

本申请第二方面提供了一种航空交流配电系统容错供电控制装置，主要包括：

供电源变化查询模块，用于由主控CPU及监控CPU同时进行供电场景查询，确定供电源可用性是否发生变化；

主控CPU指令输出模块，用于由所述主控CPU优先对供电系统的各构型接触器进行控制，当由所述主控CPU确定供电源可用性发生变化时，由所述主控CPU按预设的供电逻辑配置表给出控制各接触器通断的指令，其中，所述供电逻辑配置表给出了基于不同的有效供电源组合对应的各接触器通断状态；

最终输出指令生成模块，用于由监控CPU对主控CPU的指令按照所述供电逻辑配置表进行比对，确定所述指令是否合法，当所述指令合法时，由主控CPU给定的指令为最终输出指令，当所述指令不合法时，截断主控CPU的指令，并由所述监控CPU按预设的供电逻辑配置表给出控制各接触器通断的指令，形成最终输出指令；

指令输出模块，用于按照所述最终输出指令对各接触器进行通断操作。

优选的是，所述供电源变化查询模块包括：

初始化单元，用于控制主控CPU进行上电初始化及自检，自检未通过则复位各接触器输出，并基于ARINC429总线向与其连接的航电系统上报故障，自检通过后进行实时控制模式，由监控CPU进行上电初始化，进入监控模式；

供电场景查询单元，用于在实时控制模式及监控模式下，采集航空交流配电系统内设定模拟量及离散量信息，以进行供电场景查询。

优选的是，所述指令输出模块包括：

接触器状态确定单元，用于按预设的供电逻辑配置表确定各接触器中需要断开及闭合的接触器；

先断后通顺序确定单元，用于先对需要断开的接触器进行断开操作，后对需要闭合的接触器进行闭合操作。

优选的是，所述装置还包括：

故障安全处理模块，用于由主控CPU或监控CPU确定汇流条和接触器是否故障，当汇流条或接触器故障时，按预设的故障安全模式进行故障处理。

本申请降低了BPCU控制差错率，提高了系统控制策略的安全性，能够使供电系统运行在安全模式下，保证重要负载的供电。

附图说明

图1为某型机交流供电系统单线图。

图2为本申请航空交流配电系统容错供电控制方法的一优选实施例的BPCU硬件原理框图。

图3为本申请航空交流配电系统容错供电控制方法的一优选实施例的主控CPU控制逻辑示意图。

图4为本申请航空交流配电系统容错供电控制方法的一优选实施例的监控CPU控制逻辑示意图。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施方式进行详细说明。

本申请第一方面提供了一种航空交流配电系统容错供电控制方法，主要包括：

步骤S1、由主控CPU及监控CPU同时进行供电场景查询，确定供电源可用性是否发生变化；

步骤S2、由所述主控CPU优先对供电系统的各构型接触器进行控制，当由所述主控CPU确定供电源可用性发生变化时，由所述主控CPU按预设的供电逻辑配置表给出控制各接触器通断的指令，其中，所述供电逻辑配置表给出了基于不同的有效供电源组合对应的各接触器通断状态；

步骤S3、由监控CPU对主控CPU的指令按照所述供电逻辑配置表进行比对，确定所述指令是否合法，当所述指令合法时，由主控CPU给定的指令为最终输出指令，当所述指令不合法时，截断主控CPU的指令，并由所述监控CPU按预设的供电逻辑配置表给出控制各接触器通断的指令，形成最终输出指令；

步骤S4、按照所述最终输出指令对各接触器进行通断操作。

本申请针对的是航空交流配电系统，提供一种具有高可靠性、高安全性、控制策略智能化、自动化程度高、系统重构灵活的容错供电控制算法，首先，针对图1所示的供电系统架构，由四个交流电源组成，分别为左主电源LZF、右主电源RZF、交流地面电源GPU、辅助交流电源APU，系统工作于不并联可转换工作模式。两个主电源分别向各自通道汇流条供电，当一侧发生故障时，可由其他电源进行转换供电。

参考图1，LGC、RGC为左/右主接触器，分别由各自通道的发电机控制器和BPCU联合控制；ACEPC、ALC、LACBTC、RACBTC分别为地面电源接触器、辅助电源接触器、左汇流条互联接触器、右汇流条互联接触器，均由BPCU进行控制。BPCU通过控制相应接触器，实现电源的供电转换与电能的合理分配。为防止任意两个交流电源发生并联，BPCU供电控制逻辑的设计应足够安全、可靠，以保证在任意工况、极限条件下，配电系统均运行于安全模式。

交流电源的供电优先级从高到低依次为本通道主电源(例如左主电源LZF)、交流地面电源GPU、辅助交流电源APU、另一通道主电源(例如右主电源RZF)，根据电源的可用性及供电优先级，本申请形成了如下表1所示的供电场景下的各接触器通断逻辑配置。

表1交流电源系统供电逻辑配置表

为降低接触器控制功能的失效率，经安全性分析评估，BPCU采用双余度控制策略。硬件原理框图如图2所示。为防止单个CPU因程序跑飞等软件故障，导致输出错误的控制指令，BPCU采用双CPU的控制策略，两个CPU采集相同的模拟信号和离散信号，一个作为主控CPU，一个作为监控CPU。

由此形成本申请上述步骤S1-步骤S4的控制策略，以防止交流电源发生并联，在步骤S1中，由主控CPU及监控CPU同时进行供电场景查询，两个处理器任务分工不同，主控CPU主要完成控制、故障保护、自检测、数据存储功能；监控CPU主要完成主控CPU输出监测、输出管理、与外部设备数据通信等功能。在步骤S2中，参考图3，主控CPU根据表1优先对接触器进行控制，并将接触器输出控制命令送至监控CPU。参考图4，监控CPU承担“监测”和“控制”双重功能，首先是监测并判断主控CPU输出的接触器控制命令是否合理。其次，监控CPU在主控CPU失效时，通过内部输出管理模块对BPCU进行输出状态管理，承担飞机巡航时关键控制功能备份，即对交流接触器LGC、RGC、ALC、LACBTC、RACBTC的控制备份。

该实施例中，监控CPU在判断主控CPU输出的接触器控制命令是否合理时，应按照表1中交流供电系统的供电逻辑配置序列进行比对，防止交流电源发生并联危害性事故。一旦发现主控CPU输出非法序列组合，则通过内部输出管理模块输出禁止信号，禁止主控CPU的输出；同时按照接触器的控制逻辑输出接触器的控制命令，实现容错供电。

在一些可选实施方式中，参考图3及图4，步骤S1进一步包括：

步骤S11、由主控CPU进行上电初始化及自检，自检未通过则复位各接触器输出，并基于ARINC429总线向与其连接的航电系统上报故障，自检通过后，进入实时控制模式；由监控CPU进行上电初始化，进入监控模式；

步骤S12、在实时控制模式及监控模式下，采集航空交流配电系统内设定模拟量及离散量信息，以进行供电场景查询。

在一些可选实施方式中，步骤S4进一步包括：

步骤S41、按预设的供电逻辑配置表确定各接触器中需要断开及闭合的接触器；

步骤S42、先对需要断开的接触器进行断开操作，后对需要闭合的接触器进行闭合操作。

该实施例中，在系统供电转换过程中，保持“先断后通”的原则。例如地面电源供电转换为左主电源供电，当地面电源供电时，接触器ACEPC、接触器LACBTC、接触器RACBTC均接通；在转换为左主电源供电时，应先断接触器ACEPC，然后接通接触器LGC。接触器LACBTC与接触器RACBTC保持不变。

在一些可选实施方式中，步骤S4之后进一步包括：

步骤S5、由主控CPU或监控CPU确定汇流条和接触器是否故障，当汇流条或接触器故障时，按预设的故障安全模式进行故障处理。

该实施例中，参考图3，当交流汇流条或接触器发生故障时，由主控CPU控制进行正常状态到故障状态供电转换，进入故障-安全模式，实现故障隔离及供电系统重构。对应的，在图4中，当由监控CPU进行BPCU控制时，同样查询交流汇流条或接触器发生故障，进行正常状态到故障状态供电转换，进入故障-安全模式，实现故障隔离及供电系统重构。

本申请的汇流条功率控制器采用双通道控制策略，主控CPU优先控制，监控CPU对主控CPU输出状态进行监测及控制管理，从而实现交流配电系统的容错供电控制和飞机巡航时关键控制功能余度备份。通过以上措施，能够实现航空交流配电系统的容错供电控制，能够防止交流电源并联，极大提高供电系统的安全性和BPCU产品的研制保障等级。

本申请第二方面提供了一种与上述方法对应的航空交流配电系统容错供电控制装置，主要包括：

供电源变化查询模块，用于由主控CPU及监控CPU同时进行供电场景查询，确定供电源可用性是否发生变化；

主控CPU指令输出模块，用于由所述主控CPU优先对供电系统的各构型接触器进行控制，当由所述主控CPU确定供电源可用性发生变化时，由所述主控CPU按预设的供电逻辑配置表给出控制各接触器通断的指令，其中，所述供电逻辑配置表给出了基于不同的有效供电源组合对应的各接触器通断状态；

最终输出指令生成模块，用于由监控CPU对主控CPU的指令按照所述供电逻辑配置表进行比对，确定所述指令是否合法，当所述指令合法时，由主控CPU给定的指令为最终输出指令，当所述指令不合法时，截断主控CPU的指令，并由所述监控CPU按预设的供电逻辑配置表给出控制各接触器通断的指令，形成最终输出指令；

指令输出模块，用于按照所述最终输出指令对各接触器进行通断操作。

在一些可选实施方式中，所述供电源变化查询模块包括：

初始化单元，用于控制主控CPU进行上电初始化及自检，自检未通过则复位各接触器输出，并基于ARINC429总线向与其连接的航电系统上报故障，自检通过后进行实时控制模式，由监控CPU进行上电初始化，进入监控模式；

供电场景查询单元，用于在实时控制模式及监控模式下，采集航空交流配电系统内设定模拟量及离散量信息，以进行供电场景查询。

在一些可选实施方式中，所述指令输出模块包括：

接触器状态确定单元，用于按预设的供电逻辑配置表确定各接触器中需要断开及闭合的接触器；

先断后通顺序确定单元，用于先对需要断开的接触器进行断开操作，后对需要闭合的接触器进行闭合操作。

在一些可选实施方式中，所述装置还包括：

故障安全处理模块，用于由主控CPU或监控CPU确定汇流条和接触器是否故障，当汇流条或接触器故障时，按预设的故障安全模式进行故障处理。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本申请作了详尽的描述，但在本申请基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本申请精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本申请要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种航空交流配电系统容错供电控制方法，其特征在于，包括：

步骤S1、由主控CPU及监控CPU同时进行供电场景查询，确定供电源可用性是否发生变化；

步骤S2、由所述主控CPU优先对供电系统的各构型接触器进行控制，当由所述主控CPU确定供电源可用性发生变化时，由所述主控CPU按预设的供电逻辑配置表给出控制各接触器通断的指令，其中，所述供电逻辑配置表给出了基于不同的有效供电源组合对应的各接触器通断状态；

步骤S3、由监控CPU对主控CPU的指令按照所述供电逻辑配置表进行比对，确定所述指令是否合法，当所述指令合法时，由主控CPU给定的指令为最终输出指令，当所述指令不合法时，截断主控CPU的指令，并由所述监控CPU按预设的供电逻辑配置表给出控制各接触器通断的指令，形成最终输出指令；

步骤S4、按照所述最终输出指令对各接触器进行通断操作。

2.如权利要求1所述的航空交流配电系统容错供电控制方法，其特征在于，步骤S1进一步包括：

步骤S11、由主控CPU进行上电初始化及自检，自检未通过则复位各接触器输出，并基于ARINC429总线向与其连接的航电系统上报故障，自检通过后，进入实时控制模式；由监控CPU进行上电初始化，进入监控模式；

步骤S12、在实时控制模式及监控模式下，采集航空交流配电系统内设定模拟量及离散量信息，以进行供电场景查询。

3.如权利要求1所述的航空交流配电系统容错供电控制方法，其特征在于，步骤S4进一步包括：

步骤S41、按预设的供电逻辑配置表确定各接触器中需要断开及闭合的接触器；

步骤S42、先对需要断开的接触器进行断开操作，后对需要闭合的接触器进行闭合操作。

4.如权利要求1所述的航空交流配电系统容错供电控制方法，其特征在于，步骤S4之后进一步包括：

步骤S5、由主控CPU或监控CPU确定汇流条和接触器是否故障，当汇流条或接触器故障时，按预设的故障安全模式进行故障处理。

5.一种航空交流配电系统容错供电控制装置，其特征在于，包括：

供电源变化查询模块，用于由主控CPU及监控CPU同时进行供电场景查询，确定供电源可用性是否发生变化；

主控CPU指令输出模块，用于由所述主控CPU优先对供电系统的各构型接触器进行控制，当由所述主控CPU确定供电源可用性发生变化时，由所述主控CPU按预设的供电逻辑配置表给出控制各接触器通断的指令，其中，所述供电逻辑配置表给出了基于不同的有效供电源组合对应的各接触器通断状态；

最终输出指令生成模块，用于由监控CPU对主控CPU的指令按照所述供电逻辑配置表进行比对，确定所述指令是否合法，当所述指令合法时，由主控CPU给定的指令为最终输出指令，当所述指令不合法时，截断主控CPU的指令，并由所述监控CPU按预设的供电逻辑配置表给出控制各接触器通断的指令，形成最终输出指令；

指令输出模块，用于按照所述最终输出指令对各接触器进行通断操作。

6.如权利要求5所述的航空交流配电系统容错供电控制装置，其特征在于，所述供电源变化查询模块包括：

初始化单元，用于控制主控CPU进行上电初始化及自检，自检未通过则复位各接触器输出，并基于ARINC429总线向与其连接的航电系统上报故障，自检通过后进行实时控制模式，由监控CPU进行上电初始化，进入监控模式；

供电场景查询单元，用于在实时控制模式及监控模式下，采集航空交流配电系统内设定模拟量及离散量信息，以进行供电场景查询。

7.如权利要求5所述的航空交流配电系统容错供电控制装置，其特征在于，所述指令输出模块包括：

接触器状态确定单元，用于按预设的供电逻辑配置表确定各接触器中需要断开及闭合的接触器；

先断后通顺序确定单元，用于先对需要断开的接触器进行断开操作，后对需要闭合的接触器进行闭合操作。

8.如权利要求5所述的航空交流配电系统容错供电控制装置，其特征在于，所述装置还包括：

故障安全处理模块，用于由主控CPU或监控CPU确定汇流条和接触器是否故障，当汇流条或接触器故障时，按预设的故障安全模式进行故障处理。