韓建輝 翦巍

摘要：本文論述了現(xiàn)代電傳飛控的故障檢測(cè)系統(tǒng)，介紹了典型的現(xiàn)代電傳飛控系統(tǒng)的組成與技術(shù)特點(diǎn)。設(shè)計(jì)了基于專家系統(tǒng)的故障檢測(cè)系統(tǒng)，專家系統(tǒng)由綜合數(shù)據(jù)庫(kù)、故障知識(shí)庫(kù)、推理機(jī)、知識(shí)獲取以及決策解釋等組成。依據(jù)專家系統(tǒng)的原理建立了電傳飛控系統(tǒng)的故障綜合數(shù)據(jù)庫(kù)與故障知識(shí)庫(kù)，采用正向和逆向推理原理完成了推理機(jī)的策略設(shè)計(jì)，針對(duì)飛控系統(tǒng)高安全性要求，提出綜合數(shù)據(jù)庫(kù)的初始數(shù)據(jù)與檢測(cè)方法以硬軟件的形式駐留于飛控系統(tǒng)之中，故障知識(shí)庫(kù)與推理策略在獨(dú)立于飛控系統(tǒng)的故障檢測(cè)系統(tǒng)中。本文對(duì)電傳飛控系統(tǒng)的故障檢測(cè)的實(shí)現(xiàn)有一定的實(shí)用性和推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞：電傳飛控;故障檢測(cè)系統(tǒng);專家系統(tǒng);推理策略;故障檢測(cè)流程

中圖分類號(hào)：V249.11 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

隨著以計(jì)算機(jī)為代表的數(shù)字信息技術(shù)的發(fā)展，飛行控制技術(shù)進(jìn)入到以閉環(huán)負(fù)反饋控制為基本原理的電傳飛控系統(tǒng)技術(shù)。電傳飛控系統(tǒng)技術(shù)使用了大量的集成電路、更復(fù)雜的控制軟件、更多的控制回路和變量，相比早期的飛控系統(tǒng)復(fù)雜程度發(fā)生了質(zhì)的變化，由此使得電傳飛控系統(tǒng)的成品檢驗(yàn)、總裝后的通電檢測(cè)、使用過(guò)程中的故障檢測(cè)維護(hù)工作變得異常繁雜，給檢測(cè)維護(hù)人員的工作帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的解決方法是對(duì)地面檢測(cè)維護(hù)人員進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的技術(shù)培訓(xùn)，需要學(xué)習(xí)飛控系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)和檢測(cè)儀器的使用，遇到疑難故障還需要設(shè)計(jì)人員親臨現(xiàn)場(chǎng)排故，極為耗費(fèi)人力資源。為解決該問(wèn)題，本文以某型飛機(jī)為背景展開了電傳飛控檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究。

本文根據(jù)電傳飛控系統(tǒng)的組成特點(diǎn)對(duì)飛控系統(tǒng)的故障類型進(jìn)行了分類?；趯＜蚁到y(tǒng)的故障檢測(cè)體系架構(gòu)原理，建立了基于某型機(jī)的飛控綜合數(shù)據(jù)庫(kù)和故障知識(shí)庫(kù)，并確定了推理機(jī)的正向和逆向推理策略，利用知識(shí)獲取和決策解釋機(jī)制對(duì)專家系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的更新和檢測(cè)結(jié)果的解釋。對(duì)專家系統(tǒng)的檢測(cè)流程進(jìn)行了軟件設(shè)計(jì)并對(duì)典型的硬件檢測(cè)電路進(jìn)行了舉例介紹?；趯＜蚁到y(tǒng)的故障檢測(cè)系統(tǒng)將飛控技術(shù)專家的工程檢測(cè)排故經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為軟件數(shù)據(jù)庫(kù)的形式存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)中，利用合理的推理策略得到檢測(cè)結(jié)果，給出檢測(cè)結(jié)果的處理意見?？梢源蟠鬁p少地面檢測(cè)維護(hù)人員的工作負(fù)擔(dān)，節(jié)約人力資源。

1 電傳飛控系統(tǒng)的組成與特點(diǎn)

以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的電傳飛控構(gòu)成如圖1所示。包括計(jì)算機(jī)子系統(tǒng)、傳感器子系統(tǒng)、顯示控制子系統(tǒng)、伺服作動(dòng)子系統(tǒng)組成，外部與機(jī)電系統(tǒng)和航電顯示系統(tǒng)通過(guò)機(jī)載總線交聯(lián)。駐留在飛控計(jì)算機(jī)中的飛行控制律軟件接收飛行員指令，并綜合飛行姿態(tài)傳感器解算出控制舵面運(yùn)動(dòng)的伺服作動(dòng)指令，采用負(fù)反饋控制原理的飛行控制律可以實(shí)現(xiàn)飛機(jī)的俯仰、滾轉(zhuǎn)與偏航控制、飛行邊界保護(hù)、三軸增穩(wěn)、自動(dòng)配平、自動(dòng)飛行等功能，同時(shí)減輕飛行員的工作負(fù)擔(dān)，提高了飛行的安全性?，F(xiàn)代電傳飛控系統(tǒng)采用多余度技術(shù)、多控制回路、多控制通道、多種工作模態(tài)技術(shù)，是全時(shí)全權(quán)限的控制系統(tǒng)[1]。

2 基于專家系統(tǒng)的電傳飛控故障檢測(cè)

2.1 基于專家系統(tǒng)的故障檢測(cè)體系架構(gòu)

基于專家系統(tǒng)的故障檢測(cè)系統(tǒng)本質(zhì)為一個(gè)智能計(jì)算機(jī)程序，包含了電傳飛控技術(shù)專家和工程技術(shù)人員多年的積累的知識(shí)和工程經(jīng)驗(yàn)。將這些知識(shí)和工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行抽象，轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的語(yǔ)言，利用基于人工智能算法編寫的程序進(jìn)行高效的推理，得出工程檢測(cè)人員需要的故障定位、故障處理方法、故障原因分析以及維護(hù)保障建議。其體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。

飛控綜合數(shù)據(jù)庫(kù)用于儲(chǔ)存檢測(cè)方法、輸入激勵(lì)、結(jié)果響應(yīng)，以及推理過(guò)程中得到的中間結(jié)果;飛控故障知識(shí)庫(kù)用于儲(chǔ)存飛控技術(shù)專家和工程技術(shù)人員在故障檢測(cè)中積累的故障處理方法、故障原因、維護(hù)保障建議等;知識(shí)獲取為在故障知識(shí)庫(kù)中獲得飛控技術(shù)專家和工程技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn);推理機(jī)采用創(chuàng)建的推理規(guī)則和控制策略，根據(jù)綜合數(shù)據(jù)庫(kù)和故障知識(shí)庫(kù)進(jìn)行推理導(dǎo)出結(jié)論，使整個(gè)專家系統(tǒng)能夠協(xié)調(diào)工作;解釋決策對(duì)推理機(jī)導(dǎo)出的結(jié)論進(jìn)行解釋;人機(jī)接口為人機(jī)交互的程序界面，方便檢測(cè)人員和技術(shù)專家使用和編輯。

2.2 飛控綜合數(shù)據(jù)庫(kù)和故障知識(shí)庫(kù)的設(shè)計(jì)

基于專家系統(tǒng)的飛控故障檢測(cè)使用計(jì)算機(jī)技術(shù)模擬飛控技術(shù)專家利用豐富經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)知識(shí)解決實(shí)際的故障的過(guò)程。在故障分析求解的過(guò)程中，推理機(jī)使用基于各種規(guī)則和算法的檢索技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)該過(guò)程。要使推理能夠高效的運(yùn)行，飛控綜合數(shù)據(jù)庫(kù)和故障知識(shí)庫(kù)的知識(shí)表示方式需要滿足表達(dá)充分明確、獲取便捷、易于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)編碼檢索。根據(jù)多余度電傳飛控系統(tǒng)的復(fù)雜性、測(cè)試點(diǎn)和測(cè)試性分析，故障按飛控系統(tǒng)的組成分為計(jì)算機(jī)子系統(tǒng)故障、傳感器子系統(tǒng)故障、顯示控制子系統(tǒng)故障、伺服作動(dòng)子系統(tǒng)故障4大類，再根據(jù)各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行細(xì)分進(jìn)而確定具體的故障單元模塊，由于篇幅所限，僅對(duì)計(jì)算機(jī)子系統(tǒng)故障分解進(jìn)行展示，如圖3所示。

飛控系統(tǒng)完成故障分解后，確定每一個(gè)故障單元模塊。綜合數(shù)據(jù)庫(kù)就是將技術(shù)專家對(duì)每一個(gè)故障單元模塊的檢測(cè)方法、輸入激勵(lì)、結(jié)果判定方法的經(jīng)驗(yàn)匯總，其包含了豐富的技術(shù)專家故障檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)。設(shè)計(jì)綜合數(shù)據(jù)庫(kù)需要對(duì)電傳飛控系統(tǒng)的測(cè)試性有深入詳盡的了解。綜合數(shù)據(jù)庫(kù)是由一組關(guān)系模式及對(duì)應(yīng)該組關(guān)系模式的值的組成，綜合數(shù)據(jù)的邏輯設(shè)計(jì)就是要設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)中各表之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系及表內(nèi)各屬性之間的關(guān)系[2]。表中的對(duì)應(yīng)關(guān)系為一對(duì)一、一對(duì)多或者多對(duì)多，對(duì)應(yīng)關(guān)系應(yīng)合理使其既相互關(guān)聯(lián)又相對(duì)獨(dú)立保證數(shù)據(jù)的一致性。其中每一個(gè)故障單元模塊、檢測(cè)方法、參數(shù)需要描述清楚明確，見表1。

依據(jù)綜合數(shù)據(jù)庫(kù)確定具體的故障單元模塊。故障知識(shí)庫(kù)根據(jù)故障單元模塊對(duì)應(yīng)的故障代碼確定最小的外場(chǎng)可更換單元（LRU），便于生產(chǎn)、外場(chǎng)人員的檢測(cè)維護(hù)。同時(shí)提供故障原因分析和維護(hù)保障建議，可以使客戶及早發(fā)現(xiàn)關(guān)聯(lián)故障，工程技術(shù)人員及早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷，完善飛控系統(tǒng)及相關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。將飛機(jī)的安全性風(fēng)險(xiǎn)及早的消除掉。故障知識(shí)庫(kù)見表2。

2.3 推理機(jī)策略

推理的過(guò)程是一個(gè)問(wèn)題求解的過(guò)程，解答問(wèn)題的質(zhì)量取決于問(wèn)題的求解方法。推理機(jī)求解問(wèn)題的方法即為推理機(jī)的策略。推理機(jī)策略很多分為正向推理、逆向推理、確定性推理、不確定性推理[3]。本文將電傳飛控系統(tǒng)的技術(shù)專家和工程技術(shù)人員的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)換為產(chǎn)生式規(guī)則儲(chǔ)存在綜合數(shù)據(jù)庫(kù)和故障知識(shí)庫(kù)中。所以采用確定性推理，表示形式為：IF<條件集>THEN<結(jié)論集>。其正向推理方式舉例如下：

IF檢測(cè)解鎖and人工設(shè)定Side stick Position=30mmand飛控系統(tǒng)處于直接鏈模態(tài)and延時(shí)T=100ms and（LiftAileron Position <14deg or Lift Aileron Position>15deg）and模擬量板正常THEN Lift Aileron故障。

IF檢測(cè)解鎖and總線板時(shí)間無(wú)刷新THEN總線板卡故障。

其逆向推理方式舉例如下：

IF Elevator模型監(jiān)控故障and Aileron模型監(jiān)控故障and Rudder模型監(jiān)控故障and THS模型監(jiān)控故障THEN檢查液壓源。

IF大氣數(shù)據(jù)故障and多路總線板卡正常THEN檢查大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)。

推理機(jī)依據(jù)綜合數(shù)據(jù)庫(kù)和故障知識(shí)庫(kù)建立完整精確的推理規(guī)則，不同的條件集合對(duì)應(yīng)不同的結(jié)論集合。推理策略知識(shí)表達(dá)直觀、形式統(tǒng)一、利于理解和解釋。隨著電傳飛控系統(tǒng)的技術(shù)升級(jí)和使用時(shí)間增長(zhǎng)，一些新的故障、故障檢測(cè)方法、解決方法、故障原因分析及處理方法會(huì)產(chǎn)生，需要對(duì)推理機(jī)策略和綜合數(shù)據(jù)庫(kù)和故障知識(shí)庫(kù)進(jìn)行更新優(yōu)化。

2.4 知識(shí)獲取與決策解釋

在專家系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)完成后，飛控技術(shù)專家需要通過(guò)知識(shí)獲取模塊對(duì)綜合數(shù)據(jù)庫(kù)、故障知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)的數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行確認(rèn)檢查，后期完成專家系統(tǒng)的更新優(yōu)化。決策解釋不但對(duì)專家系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)策略進(jìn)行解釋說(shuō)明，而且需要對(duì)檢測(cè)結(jié)論給予清晰的、易于理解的解釋。對(duì)于檢測(cè)到的故障，給出故障對(duì)飛機(jī)功能的危害分析，給予檢測(cè)人員明確簡(jiǎn)單實(shí)用的故障排除建議，故障對(duì)飛機(jī)功能的危害分析，定位故障單元模塊，給出故障器件的拆卸、維修、安裝、測(cè)試校正的詳細(xì)步驟。決策解釋模塊使檢測(cè)系統(tǒng)的使用更加簡(jiǎn)單，減輕對(duì)地面檢測(cè)人員的壓力。

2.5 專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與檢測(cè)流程

基于專家系統(tǒng)的飛控檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先要根據(jù)飛控技術(shù)專家的工程經(jīng)驗(yàn)制定飛控綜合數(shù)據(jù)和故障知識(shí)庫(kù)，知識(shí)庫(kù)對(duì)專家經(jīng)驗(yàn)的歸納要盡可能的詳細(xì)全面，根據(jù)制定數(shù)據(jù)庫(kù)確定推理機(jī)的推理策略，推理機(jī)的策略要準(zhǔn)確高效。前期專家系統(tǒng)的算法確定后，后期軟件編寫入員通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)可以在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的專家系統(tǒng)。知識(shí)庫(kù)管理系統(tǒng)采用SQL Server 2008編寫，程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言采用Visual C++語(yǔ)言編寫。知識(shí)獲取模塊和決策解釋模塊在檢測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)時(shí)集成于人機(jī)接口模塊，便于用戶和飛控技術(shù)專家使用。基于專家系統(tǒng)的飛控檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程如圖4所示。

飛控系統(tǒng)在加電啟動(dòng)以后，根據(jù)接收到的機(jī)輪輪載信號(hào)確認(rèn)飛機(jī)的空地狀態(tài)。在飛控系統(tǒng)確認(rèn)飛機(jī)在地面狀態(tài)同時(shí)接收到檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)送的檢測(cè)解鎖信號(hào)后才能進(jìn)入系統(tǒng)檢測(cè)狀態(tài)。根據(jù)綜合數(shù)據(jù)庫(kù)的檢測(cè)方法、激勵(lì)值、初始狀態(tài)對(duì)飛控系統(tǒng)或者部件進(jìn)行檢測(cè)，推理機(jī)根據(jù)響應(yīng)和次數(shù)時(shí)間等確認(rèn)系統(tǒng)或者部件狀態(tài)是否正常。對(duì)部件和系統(tǒng)進(jìn)行逐一的測(cè)試，最終記錄檢測(cè)結(jié)果。推理機(jī)根據(jù)檢測(cè)結(jié)果查詢檢索故障知識(shí)庫(kù)得出故障的處理方法、故障原因分析、維護(hù)保障建議。最終確定需要更換的器件，并給出器件的拆卸、維修、安裝、校對(duì)檢測(cè)方法步驟。檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)流程如圖s所示。

3 飛控檢測(cè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

飛控檢測(cè)專家系統(tǒng)的綜合數(shù)據(jù)庫(kù)的檢測(cè)方法、初始激勵(lì)、結(jié)果響應(yīng)，以及推理機(jī)的推理策略以硬軟件的方式駐留于電傳飛控系統(tǒng)之中，完成電傳飛控系統(tǒng)的自檢測(cè)功能。故障知識(shí)庫(kù)的故障處理方法、故障原因分析及建議和推理機(jī)策略以硬軟件的方式獨(dú)立駐留于電傳飛控系統(tǒng)的外部監(jiān)測(cè)系統(tǒng)之中，便于地面檢測(cè)維修人員使用。飛控檢測(cè)系統(tǒng)在運(yùn)行和故障時(shí)都不能干擾電傳飛控系統(tǒng)的正常工作。

駐留于飛控系統(tǒng)內(nèi)部完成電傳飛控系統(tǒng)的自檢測(cè)功能需在飛控系統(tǒng)的每一個(gè)重要元部件設(shè)置檢測(cè)點(diǎn)。自檢測(cè)的硬件電路包括自檢測(cè)激勵(lì)輸入、模擬輸入、離散輸入輸出回繞、模型監(jiān)控等。圖6為檢測(cè)激勵(lì)產(chǎn)生原理圖。檢測(cè)激勵(lì)輸出受檢測(cè)解鎖信號(hào)的約束，以保證安全性，同時(shí)檢測(cè)激勵(lì)還回繞到模擬多路器，這樣軟件能夠檢測(cè)到激勵(lì)線路的正確性;圖7為模型監(jiān)控硬件電路，通過(guò)對(duì)工作硬件單元和其數(shù)學(xué)模型的輸出比較確定元部件是否工作正常。

獨(dú)立于電傳飛控系統(tǒng)的檢測(cè)系統(tǒng)通過(guò)飛機(jī)駕駛艙的設(shè)備柜分離面的檢測(cè)接口與系統(tǒng)交聯(lián)。檢測(cè)系統(tǒng)不僅可以實(shí)時(shí)接收飛控系統(tǒng)上報(bào)的狀態(tài)與故障信息，而且可以利用故障知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)的策略得到故障處理方法、故障原因分析和建議等信息。對(duì)于復(fù)雜的系統(tǒng)故障，檢測(cè)系統(tǒng)通過(guò)駕駛艙設(shè)備柜分離面將接口適配器串接在飛控系統(tǒng)之間，可以采用自定義的故障檢測(cè)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)故障的定位和解決。

電傳飛控檢測(cè)系統(tǒng)的硬件組成如圖8所示。人機(jī)交互主機(jī)完成故障顯示記錄以及建立自定義的檢測(cè)方法。實(shí)時(shí)仿真計(jì)算機(jī)與實(shí)時(shí)解算飛行控制指令的計(jì)算機(jī)以及其他子系統(tǒng)進(jìn)行仿真信息的交換。接口適配器通過(guò)串接于飛機(jī)的飛控系統(tǒng)設(shè)備柜分離面實(shí)現(xiàn)總線信號(hào)、離散信號(hào)和模擬信號(hào)的仿真輸入與狀態(tài)接收。

4 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)代飛機(jī)的電傳飛控系統(tǒng)由于高可靠性和高安全性要求使系統(tǒng)采用多余度設(shè)計(jì)，從而使得飛控系統(tǒng)變得異常復(fù)雜。飛控電傳檢測(cè)系統(tǒng)在成品交付、總裝生產(chǎn)、飛行后的維護(hù)大修中能夠完成成品和系統(tǒng)故障的定位、給出故障處理方法及原因分析。電傳飛控檢測(cè)系統(tǒng)可以提高維護(hù)檢測(cè)人員的工作效率，提高飛機(jī)的飛控系統(tǒng)的完好性和出勤率。檢測(cè)系統(tǒng)的故障知識(shí)庫(kù)和綜合數(shù)據(jù)庫(kù)在使用過(guò)程中隨著技術(shù)的更新進(jìn)行實(shí)時(shí)更新。本文提出的檢測(cè)系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)快速高效檢測(cè)復(fù)雜的電傳飛控系統(tǒng)故障的一種方法。

參考文獻(xiàn)

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