機(jī)載電纜作戰(zhàn)損毀后智能化診斷系統(tǒng)

曾雪梅 ， 喬志華 ，劉庭欣 ，胡立夫 ， 王相海 ， 陶 坪

(1.沈陽航空航天大學(xué) 電子信息工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110136;2.沈陽航空航天大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院 ，遼寧 沈陽 110136;3.沈陽市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督信息中心，遼寧 沈陽 110006）

飛機(jī)的機(jī)載電纜布置錯(cuò)綜復(fù)雜，起著能量輸送、信息傳遞等重要作用。以某型飛機(jī)為例，近四百根機(jī)載電纜總長十幾公里，重量一噸以上，因此，空戰(zhàn)中機(jī)載電纜損毀返航后的診斷修復(fù)，是比較棘手的工作。目前仍然沿用三用表手工測量的傳統(tǒng)方法。據(jù)調(diào)查，某型飛機(jī)維修過程中，僅僅一根電纜的故障排除競耗時(shí)一周。顯然，這樣的修復(fù)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代技戰(zhàn)術(shù)的要求。

建造機(jī)載電纜損毀后的智能化診斷系統(tǒng)ECIDS(Electric Cable Intelligent Diagnosing System)，其工作效率是手工診斷修復(fù)所遠(yuǎn)不能比擬的，而且可以將多根電纜的故障一并解決，從而滿足技戰(zhàn)術(shù)的要求。

1 ECIDS系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)首先必須具備對(duì)被診斷電纜連接關(guān)系的檢測功能，為此，硬件上建造了如圖1所示的模擬開關(guān)組件，其核心器件是兩只16通道的電子模擬開關(guān)CD4067，輔以控制邏輯器件。綜合考慮結(jié)構(gòu)與效率，這一部分硬件系統(tǒng)由16對(duì)模擬開關(guān)組件組成。模擬開關(guān)的CH0須空閑不用，因此可一次性完成對(duì)240根電纜導(dǎo)線的檢查。

該型飛機(jī)的機(jī)載電纜與分布于機(jī)體表面的插頭插座相連接。具體示意如圖2所示。

為了檢測圖2所示的斷口B、C兩端的連接關(guān)系，需構(gòu)建圖3所示的斷口接插器電路。

用圖4所示的聯(lián)結(jié)器的刺針(或鱷魚夾)可以輕易刺透電纜斷頭的絕緣橡膠（或夾住電纜芯線）而與其中的導(dǎo)線可靠接觸，聯(lián)結(jié)器的另一端與智能化診斷系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線聯(lián)結(jié)，從而方便電纜斷口的B、C兩端與智能化診斷系統(tǒng)相聯(lián)結(jié)。

整個(gè)智能化診斷系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意如圖5所示。

2 ECIRS診斷的算法

診斷程序能夠?qū)﹄娎|斷口實(shí)現(xiàn)一攬子故障診斷，具體定義了如下矩陣。

2.1 電纜的連接關(guān)系矩陣

分布于飛機(jī)表面的各個(gè)插座之間的鏈接關(guān)系應(yīng)為已知，亦可通過設(shè)備自身在線學(xué)習(xí)獲得。為方便計(jì)算，給出以下定義：

定義1：模擬開關(guān)組件第i個(gè)開關(guān)的通道與第j個(gè)開關(guān)的通道連接關(guān)系矩陣為：

其中,aip,jk表明第i個(gè)開關(guān)的第p個(gè)通道與第j個(gè)開關(guān)的第k個(gè)通道的連接值，具體定義如下:

上述連接關(guān)系矩陣是已知的。

定義2：測量關(guān)系矩陣是一個(gè)測量結(jié)果。模擬開關(guān)組件第i個(gè)開關(guān)的通道與第j個(gè)開關(guān)的通道的一個(gè)測量為：

定義3：連接矩陣與測量矩陣的異或運(yùn)算,即：

當(dāng)有“當(dāng)通未通”或“當(dāng)斷未斷”的問題存在時(shí)，上述運(yùn)算結(jié)果不為零。

2.2 斷口的映像矩陣與像源

2.2.1 電纜斷口的特征

(1)“剪斷式”斷口

剪切式斷口是由高速鋒利的彈片造成的刀切般的電纜斷口，這時(shí)斷口兩端的導(dǎo)線數(shù)最有可能相同。

(2)“洞穿式”斷口

由于電纜導(dǎo)線的中間任何一段都可能根據(jù)需要而存在導(dǎo)線分叉，因此，洞穿式斷口兩端的導(dǎo)線數(shù)不一定相同。

應(yīng)該指出，斷口將導(dǎo)致其兩側(cè)的導(dǎo)線斷開，而彈片切斷或炮彈洞穿時(shí)的瞬間高溫又會(huì)導(dǎo)致斷口一側(cè)某些導(dǎo)線的熔融而粘接。總之，斷口會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)線“當(dāng)通不通”和“當(dāng)斷不斷”。

2.2.2 斷口的映像矩陣

斷口的映像矩陣也是一個(gè)測量。

設(shè)連接關(guān)系矩陣A與測量矩陣C的異或運(yùn)算結(jié)果R≠0，例如 ri/α,j/β=1≠0，則表明第 i個(gè)模擬開關(guān)的第 α個(gè)通道與第j個(gè)開關(guān)的第β個(gè)通道的電纜連接存在問題，但確定不了斷口處具體對(duì)應(yīng)的是哪一根連接出了問題。為此，需要求出第i個(gè)模擬開關(guān)的第α個(gè)通道與第j個(gè)開關(guān)的第β個(gè)通道連接關(guān)系在插座E和插座F上的映像。映像的求取是一個(gè)測試過程。

由于機(jī)載電纜可能存在的分叉，因此，斷口處 E、F兩端的導(dǎo)線數(shù)不一定相同，如上述的“洞穿式斷口”，這時(shí)斷口在插座E、F上，同一個(gè)像源的映象一定不同，因此兩端斷頭的映像矩陣也一定不同。

設(shè)斷口的E端與F端的映像矩陣分別為q維和y維矩陣:

通過上面的分析，可得以下公理。

公理：不論斷口的映像如何不同，只要像源相同，這些電纜可以連接在一起，而與映像矩陣的維數(shù)無關(guān)。

2.2.3 算例

設(shè)組件第i個(gè)開關(guān)的通道與第j個(gè)開關(guān)的通道連接

關(guān)系矩陣為:

對(duì)電纜的一個(gè)測量為:

計(jì)算表明，結(jié)果矩陣中為1的元素表明相應(yīng)的電纜鏈接關(guān)系出了問題，或當(dāng)斷不斷，或當(dāng)通不通。

為了查找斷口處的鏈接關(guān)系，需要找出斷口兩端的映像矩陣，即E陣和F陣，具體為：

其中 e1,1、e1,2與 f2,2、f2,3、f3,1同像源, 而 e2,1與 f1,1、f3,1同像源。同像源的斷口兩端連接起來，從而完成修復(fù)。

分析和實(shí)驗(yàn)都表明，通過三個(gè)測量，獲取的測量矩陣、斷口兩端的映像矩陣以及相應(yīng)的運(yùn)算，可一起解決斷口的故障定位和斷口兩端的鏈接關(guān)系，從而給出電纜斷口的修復(fù)決策。計(jì)算表明，系統(tǒng)可在20 min內(nèi)完成一個(gè)循環(huán)的斷頭查找并給出故障定位。

2012年3 月10日在空軍某部對(duì)大修中的飛機(jī)進(jìn)行了實(shí)際測試與演練，結(jié)果完全正確。

測試單位與用戶分別給出的測試報(bào)告和用戶報(bào)告表明，系統(tǒng)完全達(dá)到了預(yù)期目的。經(jīng)過對(duì)國內(nèi)外28個(gè)數(shù)據(jù)庫及涉密數(shù)據(jù)庫的檢索，尚未發(fā)現(xiàn)相近的技術(shù)報(bào)告，通過了國防工辦主持的鑒定，填補(bǔ)了國內(nèi)空白，國際上技術(shù)領(lǐng)先。

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