作動(dòng)系統(tǒng)健康狀況對(duì)飛行安全影響的評(píng)估方法

謝文俊，齊 蓉，肖 蕾

1.西北工業(yè)大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院，西安 710072

2.空軍工程大學(xué) 工程學(xué)院，西安 710038

3.西安衛(wèi)星測(cè)控中心，西安 710043

作動(dòng)系統(tǒng)健康狀況對(duì)飛行安全影響的評(píng)估方法

謝文俊1，2，齊 蓉1，肖 蕾3

1.西北工業(yè)大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院，西安 710072

2.空軍工程大學(xué) 工程學(xué)院，西安 710038

3.西安衛(wèi)星測(cè)控中心，西安 710043

1 引言

作戰(zhàn)飛機(jī)的飛行安全性與飛行控制系統(tǒng)的可靠性密切相關(guān)。雖然飛行控制系統(tǒng)采用多余度設(shè)計(jì)技術(shù)，但往往是對(duì)控制系統(tǒng)的回路和控制計(jì)算機(jī)采用余度備份，而飛控系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)核心部件之一——機(jī)電作動(dòng)系統(tǒng)，由于空間位置少、供電難和超重等原因，余度設(shè)置通常比較少，機(jī)電作動(dòng)系統(tǒng)的故障往往給戰(zhàn)機(jī)帶來(lái)的是難以克服的“硬傷”，關(guān)系到飛行安全的飛行控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的一次故障可能會(huì)導(dǎo)致災(zāi)難性的后果。因此，必須對(duì)飛控系統(tǒng)實(shí)施有效的健康狀態(tài)進(jìn)行量化評(píng)估[1-4]。

機(jī)電作動(dòng)系統(tǒng)的健康狀態(tài)是一個(gè)變化過(guò)程，它的運(yùn)行狀態(tài)可以分為四種情況：即正常狀態(tài)、隱性異常狀態(tài)、預(yù)防維修狀態(tài)和失效狀態(tài)。本文基于概率理論和極值理論對(duì)機(jī)電作動(dòng)系統(tǒng)的健康狀況進(jìn)行評(píng)估，在此基礎(chǔ)上通過(guò)對(duì)機(jī)電作動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行故障模式及影響分析，找出系統(tǒng)中最薄弱的環(huán)節(jié)，對(duì)其故障模式及分布規(guī)律進(jìn)行仿真，綜合研究機(jī)電作動(dòng)系統(tǒng)故障對(duì)飛行安全的影響。

2 飛控系統(tǒng)飛行安全評(píng)估方法

飛行安全評(píng)估可以支持航空器壽命周期中各個(gè)階段的安全管理。在航空器設(shè)計(jì)和研制階段，可以評(píng)定系統(tǒng)的安全性是否符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定；在航空器使用階段，可以考核既定的危險(xiǎn)事件是否已經(jīng)消除或控制在規(guī)定的可接受水平范圍內(nèi)；還可應(yīng)用于評(píng)估新技術(shù)的使用對(duì)飛行安全的影響。

飛行安全的定量評(píng)估判據(jù)可以采用概率判據(jù)[5-6]，概率評(píng)估判據(jù)可認(rèn)為是對(duì)飛行風(fēng)險(xiǎn)提出的判斷準(zhǔn)則，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)的定義，可以采用等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)、概率以及概率與經(jīng)濟(jì)損失三種方式，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行判定。在此基礎(chǔ)上，提出預(yù)防措施，有針對(duì)性地改進(jìn)航空器設(shè)計(jì)，以防止同類事故的再次發(fā)生。

本文針對(duì)“機(jī)電作動(dòng)系統(tǒng)-飛行控制系統(tǒng)”的故障模式，提出如圖1所示的飛行安全評(píng)估方法。

圖1 機(jī)電作動(dòng)系統(tǒng)故障對(duì)飛行安全影響的評(píng)估方法

具體的實(shí)施步驟如下：

步驟1對(duì)機(jī)電作動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行故障模式及影響分析（Failure Mode and Effect Analysis，F(xiàn)MEA），找到系統(tǒng)中對(duì)飛行安全影響最大的薄弱環(huán)節(jié)。并對(duì)關(guān)鍵元件的故障模式和故障分布概率函數(shù)進(jìn)行分析。

步驟2應(yīng)用Monte-Carlo法進(jìn)行故障隨機(jī)性仿真，作為系統(tǒng)的不利因素輸入，對(duì)飛行器運(yùn)動(dòng)進(jìn)行仿真，得到?jīng)Q定性參數(shù)（迎角、過(guò)載等參數(shù)）的極值樣本。

文獻(xiàn)[3]建立了另外一個(gè)分析旋轉(zhuǎn)物體動(dòng)力學(xué)的方法，其思路是：(1)把旋轉(zhuǎn)體的位移分為兩部分，一部分是剛體運(yùn)動(dòng)(包括繞軸線的旋轉(zhuǎn))所引起的位移，另一部分是彈性變形所引起的位移；(2)彈性變形所引起的位移用物體不旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的振動(dòng)模態(tài)進(jìn)行疊加，而這些模態(tài)通過(guò)三維有限元分析得到。文獻(xiàn)[3]在文獻(xiàn)[4]中應(yīng)用這個(gè)方法分析了旋轉(zhuǎn)車輪與柔性軌道結(jié)構(gòu)的非赫茲非穩(wěn)態(tài)接觸問(wèn)題，在文獻(xiàn)[5]中用來(lái)分析軌道曲線嘯叫。文獻(xiàn)[3]的方法需要用到三維有限元分析，尤其是不方便處理輪軌力沿車輪滾動(dòng)圓的高速移動(dòng)。

步驟3應(yīng)用極值理論進(jìn)行機(jī)電作動(dòng)系統(tǒng)故障后駕駛員排除風(fēng)險(xiǎn)的概率定量評(píng)估。

步驟4求得機(jī)電作動(dòng)系統(tǒng)的故障概率。

步驟5應(yīng)用極值理論計(jì)算飛行安全概率。

缺乏文化背景知識(shí)是學(xué)生對(duì)英語(yǔ)思維方式感到陌生而無(wú)法正確組織學(xué)習(xí)過(guò)的語(yǔ)言知識(shí)的重要原因。“在跨文化交際中，第二語(yǔ)言學(xué)習(xí)者會(huì)發(fā)現(xiàn)，他們不僅外語(yǔ)交際能力受到了巨大的挑戰(zhàn)，他們母語(yǔ)文化的交際規(guī)則和思維方式也常常行不通。他們的價(jià)值觀念也常常受到誤解或責(zé)難?！盵2]英語(yǔ)學(xué)習(xí)者在交際中出現(xiàn)語(yǔ)法錯(cuò)誤往往容易被諒解，但語(yǔ)用錯(cuò)誤則可能被視為不禮貌不友好。對(duì)英語(yǔ)學(xué)習(xí)者而言，除了糾正語(yǔ)法錯(cuò)誤，也要懂得用語(yǔ)得體，避免語(yǔ)用錯(cuò)誤。無(wú)論是出于培養(yǎng)學(xué)生英語(yǔ)能力的考慮，還是出于提高學(xué)生綜合素質(zhì)的考慮，在英語(yǔ)教學(xué)中進(jìn)行文化導(dǎo)入都是必要的。

3 飛行控制系統(tǒng)故障模型

若超出這個(gè)范圍，則操縱面的輸出值不再變化，因此有：

式中，x(t)∈Rn為狀態(tài)向量；u(t)∈Rp為控制向量；y(t)∈Rm為觀測(cè)向量（或傳感器的輸出向量）；A∈Rn×n，B∈Rn×p，C∈Rm×n為相應(yīng)維數(shù)的常數(shù)矩陣。

控制系統(tǒng)的故障一般反映在傳感器故障、執(zhí)行器故障、系統(tǒng)狀態(tài)故障等幾個(gè)方面[7-8]。機(jī)電作動(dòng)系統(tǒng)故障屬于執(zhí)行器故障。為了便于研究，假設(shè)系統(tǒng)的傳感器不發(fā)生故障，只有執(zhí)行器發(fā)生故障，并考慮建模誤差，用擾動(dòng)表示，則故障系統(tǒng)模型可以用以下一般形式描述為：

寶寶說(shuō)：“爸爸媽媽，請(qǐng)你們?cè)趲臀姨暨x東西前，好好查一查有關(guān)的安全標(biāo)準(zhǔn)，避免買來(lái)有安全隱患的物品，減少對(duì)我的傷害?！?/p>

定義1.3[14] 偽BCI-代數(shù)X的一個(gè)濾子F叫做X的一個(gè)反群濾子，如果(GF) (x → 1) → 1 ∈ F 或(x1)1 ∈ F ? x ∈ F.

在飛行控制系統(tǒng)中，機(jī)電作動(dòng)系統(tǒng)的主要功能是驅(qū)動(dòng)舵面的偏轉(zhuǎn)，因此廣義上的機(jī)電作動(dòng)系統(tǒng)，除了驅(qū)動(dòng)電機(jī)、控制電路和機(jī)械傳動(dòng)裝置，可以引申到舵面。

飛機(jī)機(jī)電作動(dòng)系統(tǒng)的故障行為，會(huì)使控制系統(tǒng)的參數(shù)發(fā)生變化，從而影響系統(tǒng)的性能，通常情況下，飛機(jī)作動(dòng)系統(tǒng)的故障主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

（1）由于機(jī)械傳動(dòng)裝置的故障，造成操縱面的卡死，此時(shí)的故障模型為：

過(guò)去的半個(gè)多世紀(jì)，在‘創(chuàng)新’的名義下，小學(xué)數(shù)學(xué)標(biāo)準(zhǔn)被當(dāng)作一項(xiàng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，任意改動(dòng)，修飾.如今的小學(xué)數(shù)學(xué)充斥著不當(dāng)?shù)膬?nèi)容和方法，甚至許多錯(cuò)誤；瘡痍處處，面目全非.這是美加數(shù)學(xué)衰敗的首要原因.自從小學(xué)引進(jìn)了發(fā)現(xiàn)式數(shù)學(xué)，不但小學(xué)數(shù)學(xué)一落千丈，中學(xué)乃至大學(xué)的數(shù)學(xué)以及科學(xué)也受到影響.由于國(guó)民數(shù)學(xué)和科學(xué)基礎(chǔ)太差，美國(guó)有很多工作崗位找不到合適的員工.更有人指出，美國(guó)前些年的房貸危機(jī)是由于上至總統(tǒng)，下至普通民眾數(shù)學(xué)能力的極大欠缺所造成的，不無(wú)道理.

令uiout為第i個(gè)操縱面的實(shí)際輸出，uiin為第i個(gè)操縱面正常時(shí)的輸出。第i個(gè)操縱面卡死的故障模式可描述為：

式中，ai為常數(shù)，i=1，2，…，p。

式中，E∈Rn×l為擾動(dòng)的分配矩陣；d∈Rl為擾動(dòng)向量。

在以上研究基礎(chǔ)上，基于極值理論計(jì)算機(jī)電作動(dòng)系統(tǒng)故障條件概率的基本步驟如下：

在實(shí)際控制系統(tǒng)中，操縱面的輸出有一個(gè)限制范圍，即

飛行控制系統(tǒng)主要由感知對(duì)象狀態(tài)的傳感器、實(shí)施數(shù)據(jù)處理和執(zhí)行控制功能的計(jì)算機(jī)以及操縱舵面運(yùn)動(dòng)的伺服作動(dòng)系統(tǒng)等分系統(tǒng)組成，所以飛行控制系統(tǒng)是包含有幾十個(gè)部件的復(fù)雜系統(tǒng)。依據(jù)飛行控制系統(tǒng)的基本組成，經(jīng)常把系統(tǒng)的故障類型分為傳感器故障、飛行控制計(jì)算機(jī)故障、伺服作動(dòng)系統(tǒng)故障以及控顯裝置故障等幾部分。通常情況下，飛行控制系統(tǒng)可以用下面的狀態(tài)空間模型描述：

從而看出2010年到2012年CPA的人數(shù)逐年遞減，這是由于行業(yè)不景氣導(dǎo)致的，在2013年合并后CPA的人數(shù)在不斷增加。CPA作為會(huì)計(jì)師事務(wù)所的關(guān)鍵人才，其數(shù)量愈多就表明審計(jì)的專業(yè)性有了更好的保證，專業(yè)性提高有助于提高審計(jì)質(zhì)量。在合并之后業(yè)務(wù)收入有了明顯的提高，因?yàn)閷徲?jì)質(zhì)量的提高使事務(wù)所的聲譽(yù)提升，才有更多的客戶，審計(jì)質(zhì)量的提升使審計(jì)工作也獲得更多的報(bào)酬，因此業(yè)務(wù)收入的提高也就體現(xiàn)了審計(jì)質(zhì)量的提高。A合并后的綜合排名一躍而上，說(shuō)明了合并對(duì)審計(jì)質(zhì)量的提高有積極影響，但2014年雖相比合并前的排名占有優(yōu)勢(shì)，但排名較2013年下降，這也就表明合并后審計(jì)質(zhì)量的提升并不明顯。

果園生草是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)一致公認(rèn)、必不可少的科學(xué)作務(wù)方法。但相當(dāng)一部分地區(qū)沒(méi)有發(fā)揮果園生草的積極作用，反而使其變?yōu)椴莺?，成為與果樹(shù)爭(zhēng)肥爭(zhēng)水、誘發(fā)病蟲(chóng)的一大因素。在長(zhǎng)江流域如四川、安徽、浙江、江西等地區(qū)，因生草誘發(fā)的黑斑病、炭疽病、褐斑病嚴(yán)重發(fā)生，對(duì)獼猴桃樹(shù)體健康和商品產(chǎn)量帶來(lái)直接沖擊，要引起高度重視。北方獼猴桃產(chǎn)區(qū)依然沿用果園清耕、寸草不生的傳統(tǒng)作務(wù)法，對(duì)土壤改良和果品品質(zhì)也有直接不良影響，這種南北極端化的果園生草管理，要盡快改進(jìn)。只有科學(xué)生草，計(jì)劃生草，才能化害為利，發(fā)揮效能。南方控草、北方促草要成為今后獼猴桃園科學(xué)作務(wù)的基本方針。

如果滿足：

此情況表示操縱面停留在輸出的最大（或者最?。顟B(tài)，就是所謂的作動(dòng)器開(kāi)路失效。

（2）由于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的故障，造成驅(qū)動(dòng)功率有所下降，此時(shí)的故障模型為：

令uiout為第i個(gè)操縱面的實(shí)際輸出，uiin為第i個(gè)操縱面正常時(shí)的輸出。第i個(gè)操縱面卡死的故障模式可描述為：

式中，αi為常數(shù)，αi∈[0，1]，i=1，2，…，p。

第i個(gè)操縱面松浮的故障模式為：

另外，與故障模式（2）相類似的一種故障模式為：

（4）操縱面損傷的故障模型：第i個(gè)操縱面損傷的故障模式可描述為式（9）。

式中，βi為損傷比例系數(shù)，i=1，2，…，p，且βi∈[0，1]。當(dāng)βi=0時(shí)，相當(dāng)于第i個(gè)操縱面在uiin(t)處卡死的故障；當(dāng)βi=1時(shí)，即第i個(gè)操縱面處于正常情況。

上述機(jī)電作動(dòng)系統(tǒng)的四種（包含操縱面損傷故障）故障行為，將影響系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，所以，對(duì)于飛行控制系統(tǒng)，作動(dòng)器故障的一般故障模式表示為：

式中，G∈Rn×q為作動(dòng)器的故障分配矩陣；fa(t)∈Rq為作動(dòng)器故障的函數(shù)。對(duì)于上述四種作動(dòng)器故障，fa(t)將以不同的函數(shù)形式給出。

4 機(jī)電作動(dòng)系統(tǒng)故障概率量化

農(nóng)業(yè)是我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)，可以有效促進(jìn)人們的生活水平和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速普及，互聯(lián)網(wǎng)在很多方面都已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需要抓住互聯(lián)網(wǎng)這一契機(jī)，通過(guò)“互聯(lián)網(wǎng)+”實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)資源的整合，促進(jìn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，本文就“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代下推動(dòng)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析探討，希望通過(guò)本文能夠給相關(guān)工作者帶來(lái)幫助。

對(duì)故障特征的提取，實(shí)際是對(duì)各特征量異常信息的提取。如圖2所示，該特征值在正常工作的情況下，其觀測(cè)值應(yīng)該位于之間，并且其可能出現(xiàn)的最大值和最小值分別為的特征值取值分別記為“超出正常工作范圍上限”和“超出正常工作范圍下限”。

根據(jù)現(xiàn)地背景中裸露石塊光譜反射曲線，采用計(jì)算機(jī)全光譜配色，配制出高仿真巖石涂料。用于仿石制作時(shí)表面噴涂。模擬周圍背景裸露山石的光學(xué)特征。制作過(guò)程中添加微膠囊相變材料和無(wú)機(jī)泡沫吸波材料，最終制作出的仿石器材如圖11所示。

特征量異常信息與故障發(fā)生概率之間存在著一定的關(guān)系，為了便于計(jì)算和分析，常采用線性映射方法，設(shè)特征量Si采樣值為Ui，特征量Si所對(duì)應(yīng)的故障發(fā)生的概率為，如果特征量Si的采樣值為Ui超出正常工作范圍上限，并且滿足

4.2 故障發(fā)生概率標(biāo)準(zhǔn)化處理

其中，f(·)和g(·)分別表示對(duì)第i個(gè)部件的當(dāng)前故障發(fā)生概率及未來(lái)故障發(fā)生趨勢(shì)的計(jì)算函數(shù)，可采用最值法等方法；hi表示對(duì)第i個(gè)部件未來(lái)故障發(fā)生趨勢(shì)的重要程度權(quán)重。

※ 3個(gè)月以下的寶寶用退熱藥一定要咨詢醫(yī)生。阿司匹林、安乃近、尼美舒利副作用大，不是兒科使用的退熱藥。

對(duì)于部件故障發(fā)生概率Pi的分布問(wèn)題，可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)或經(jīng)驗(yàn)方法獲得。在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，由于故障特征預(yù)測(cè)單元輸出的是預(yù)測(cè)狀態(tài)的時(shí)間序列信息，因此，可通過(guò)上節(jié)變換成Pi的采樣序列，記為Pi(k)，k=1，2，…，n，n表示采樣序列的長(zhǎng)度。

4.3 基于極值理論條件概率計(jì)算

通過(guò)對(duì)故障發(fā)生概率進(jìn)行區(qū)間分離，即可完成對(duì)系統(tǒng)健康狀態(tài)的量化分級(jí)。假設(shè)定義多個(gè)健康等級(jí)，則可以通過(guò)定義每一個(gè)故障的發(fā)生頻率、風(fēng)險(xiǎn)概率的上限和下限來(lái)定義健康性指標(biāo)。

4.1 故障發(fā)生概率提取

將機(jī)電作動(dòng)系統(tǒng)的健康等級(jí)規(guī)定為五級(jí)：一級(jí)健康水平為事故出現(xiàn)概率小于或等于10-9；二級(jí)健康水平為故障出現(xiàn)概率大于10-9但小于或等于10-7；三級(jí)健康水平為故障出現(xiàn)概率大于10-7但小于或等于10-5；四級(jí)健康水平為故障出現(xiàn)概率大于10-5但小于或等于10-3；五級(jí)健康水平為故障出現(xiàn)概率大于10-3。該五級(jí)健康等級(jí)中的故障發(fā)生頻率、故障概率與機(jī)電作動(dòng)系統(tǒng)的健康狀態(tài)之間的關(guān)系如圖3所示。

圖3 機(jī)電作動(dòng)系統(tǒng)健康狀態(tài)量化等級(jí)及其與運(yùn)行狀態(tài)的對(duì)應(yīng)關(guān)系

[2]I should bite my tongue off. （Goossens 1990：333）

步驟1確定樣本容量n，獲得樣本的觀察值Pi(1)，Pi(2)，…，Pi(n)，分別表示第i個(gè)部件的故障發(fā)生概率的時(shí)間序列，序號(hào)i依次為1，2，…，k，表示第i個(gè)部件。

（3）由于機(jī)械傳動(dòng)裝置的故障，造成操縱面松浮的故障，所謂的松浮是一種特殊的故障類型，表示操縱面不受控制，只是隨著飛機(jī)飛行呈漂浮狀態(tài)。此時(shí)的故障模型為：

步驟4將累積概率pi=i/n+1，i=1，2，…，n作為極值分布模型公式中分布函數(shù)G(x)對(duì)應(yīng)的概率值，記z(i)=pi。

步驟6對(duì)所求出的模型作擬合優(yōu)度檢驗(yàn)，分析其擬和程度的優(yōu)劣。

步驟7若通過(guò)擬合優(yōu)度檢驗(yàn)，則根據(jù)所求出的極值分布模型求解故障發(fā)生的概率P。

根據(jù)上述步驟可以得到Pi處于某一區(qū)間的概率P。P的含義表示為：發(fā)生某一等級(jí)故障的概率，如果概率越大，表示發(fā)生該等級(jí)的可能性越大，反之越小。

5 仿真實(shí)例

本章綜合應(yīng)用上述研究成果，計(jì)算由于機(jī)電作動(dòng)系統(tǒng)故障引起的飛行安全綜合概率。

假設(shè)飛行中副翼驅(qū)動(dòng)舵機(jī)發(fā)生故障，飛行員在轉(zhuǎn)彎時(shí)滾轉(zhuǎn)動(dòng)作過(guò)程中驅(qū)動(dòng)舵機(jī)燒壞卡死，引起舵面卡于某一位置，造成了飛機(jī)的持續(xù)滾轉(zhuǎn)。飛行員可以通過(guò)平尾的差動(dòng)偏轉(zhuǎn)來(lái)消除，但存在一定的滯后時(shí)間和隨機(jī)概率。

瞬間卡死后假設(shè)機(jī)電作動(dòng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，其指示值是一個(gè)隨機(jī)數(shù)，隨機(jī)地分布在特定的限制范圍內(nèi)。一般情況下隨機(jī)數(shù)的分布規(guī)律為均勻分布，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

式中，xi為傳感器的指示值，在(xmin,xmax)范圍內(nèi)；Rand(0,1)為(0，1)均勻分布隨機(jī)數(shù)。

側(cè)院十分狹窄，為一下沉式臺(tái)地空間，因此以鋪裝為主，緊靠建筑一側(cè)布置低矮花灌木，靠圍墻一側(cè)則貼墻種植竹叢，同時(shí)地形設(shè)計(jì)由建筑墻向側(cè)庭中央傾斜，避免建筑墻基積水.這樣側(cè)院既可作為通道，也可作為休息場(chǎng)所觀賞景物，實(shí)現(xiàn)了側(cè)院的物盡其用.

機(jī)電作動(dòng)系統(tǒng)故障的概率密度經(jīng)Monte-Carlo得到的故障樣本如圖4所示。

圖4 故障樣本直方圖

建立人-機(jī)閉環(huán)的SIMULINK仿真模型，進(jìn)行仿真后得到?jīng)Q定性參數(shù)為滾轉(zhuǎn)角速度ωx，采用Monte Carlo法對(duì)人-機(jī)閉環(huán)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行仿真，得到ωx的50個(gè)樣本極值。

將滾轉(zhuǎn)角速度的極限值設(shè)定為ωxmax=90°/s，采用基于極值分布的最小二乘法估計(jì)分布參數(shù)，以累積概率的負(fù)雙對(duì)數(shù)函數(shù)為橫坐標(biāo)，ωx的樣本極值為縱坐標(biāo)，得到樣本極值分布如圖5所示。其中，“+”表示橫向通道滾轉(zhuǎn)角速度傳感器故障后的樣本極值。

地?zé)崮艽蠖嗦癫氐降叵?000~5000 m，地?zé)衢_(kāi)發(fā)往往在比石油和天然氣開(kāi)發(fā)更加復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境中進(jìn)行，要面對(duì)惡劣的高溫高壓條件，所以對(duì)科學(xué)技術(shù)提出了很高的要求。在地?zé)衢_(kāi)發(fā)過(guò)程中，鉆探工程費(fèi)用可能占整個(gè)項(xiàng)目投資的一半以上，因此提升地?zé)徙@井效率尤為重要。

將滾轉(zhuǎn)角速度的最大可能值設(shè)定為Max=90°/s，基于極值理論計(jì)算得到故障后駕駛員排除風(fēng)險(xiǎn)的概率為Q2= 0.035，樣本極值分布如圖6所示。

圖5 樣本極值分布圖

圖6 樣本極值分布圖

根據(jù)上述方法計(jì)算得到機(jī)電作動(dòng)系統(tǒng)出現(xiàn)該故障的概率為6×10-3個(gè)/h，則該飛機(jī)1個(gè)飛行小時(shí)內(nèi)的綜合風(fēng)險(xiǎn)概率為2.1×10-4個(gè)/h。若以10-6個(gè)/h為該飛機(jī)的最低適航標(biāo)準(zhǔn)，則該飛機(jī)的機(jī)電作動(dòng)系統(tǒng)發(fā)生該故障的最大概率不得超過(guò)2.85×10-5個(gè)/h。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文研究了機(jī)電作動(dòng)系統(tǒng)的健康狀況對(duì)飛行安全的影響。在已知機(jī)電作動(dòng)系統(tǒng)故障概率分布的前提下，綜合機(jī)電作動(dòng)系統(tǒng)故障模式及飛控系統(tǒng)故障模型，對(duì)飛行安全作出了合理的評(píng)估，并可利用該結(jié)論進(jìn)行安全監(jiān)控。

[1]孫瑞山，劉漢輝，張秀山，等.航空公司安全評(píng)估系統(tǒng)[J].中國(guó)民航學(xué)院學(xué)報(bào)，1999，17（3）：45-48.

[2]劉金慰，姜斌.飛行控制系統(tǒng)健康監(jiān)控技術(shù)研究與系統(tǒng)開(kāi)發(fā)[J].科技通報(bào)，2011，27（5）：32-37.

[3]王華偉，左洪福.航空公司安全評(píng)估研究[J].系統(tǒng)工程，2006，24（2）：90-95.

[4]孫瑞山，劉漢輝.航空公司安全評(píng)估理論與實(shí)踐[J].中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，1999，9（3）：18-23.

[5]沙卡奇 P B.飛行安全教程[M].北京：空軍飛行事故和實(shí)效分析中心，1998.

[6]Guidelines and methods for conducting the safety assessment process on civil airborne systems and equipment：US，SAE，ARP 4761[P].1996.

[7]聞新，張洪鈉，周露，等.控制系統(tǒng)的故障診斷和容錯(cuò)控制[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.

[8]姜斌，冒澤慧，楊浩.控制系統(tǒng)的故障診斷與故障調(diào)節(jié)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2009.

XIE Wenjun1，2,QI Rong1,XIAO Lei3

1.School of Automation,Northwestern Polytechnical University,Xi’an 710072,China
2.College of Air Force Engineering,Air Force Engineering University,Xi’an 710038,China
3.Xi’an Satellite Control Center,Xi’an 710043,China

Electro-mechanical actuation system failure often leads to disastrous consequences.Using a top-down design idea, this paper proposes electro-mechanical actuation system analysis approach of the impact on flight safety.Τhis paper combines electro-mechanical actuation system failure mode and the flight control system failure model together.It obtains failure modes and effects analysis of electro-mechanical actuation system.It uses the Monte-Carlo method to obtain the electromechanical actuation system failure probability.Application of extreme value theory is used to calculate the flight safety probability.Simulation experiments demonstrate that this method can be used as the basis for security monitoring.

electro-mechanical actuation system;failure probability;Monte-Carlo

機(jī)電作動(dòng)系統(tǒng)的故障往往導(dǎo)致災(zāi)難性的后果。采用自上而下的設(shè)計(jì)思路，建立了機(jī)電作動(dòng)系統(tǒng)對(duì)飛行安全影響的分析方法。綜合機(jī)電作動(dòng)系統(tǒng)故障模式及飛控系統(tǒng)故障模型，對(duì)機(jī)電作動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行故障模式及影響分析，用Monte-Carlo法對(duì)故障進(jìn)行隨機(jī)性仿真，求得機(jī)電作動(dòng)系統(tǒng)的故障概率，應(yīng)用極值理論計(jì)算飛行安全概率。仿真實(shí)驗(yàn)說(shuō)明：該方法可以用做進(jìn)行安全監(jiān)控的依據(jù)。

機(jī)電作動(dòng)系統(tǒng)；故障概率；Monte-Carlo

A

U2

10.3778/j.issn.1002-8331.1111-0332

XIE Wenjun,QI Rong,XIAO Lei.Assessment methods of electromechanical actuation systems health situation impact on flight safety.Computer Engineering and Applications,2013,49（15）：242-245.

航空科學(xué)基金(No.20080896009)。

謝文?。?974—），男，副教授，主要研究領(lǐng)域?yàn)樽詣?dòng)控制，故障診斷；齊蓉（1962—），女，博士，教授；肖蕾（1974—），女，博士，高級(jí)工程師。E-mail：sirxwj@163.com

2011-11-18

2012-02-21

1002-8331（2013）15-0242-04

CNKI出版日期：2012-05-09 http://www.cnki.net/kcms/detail/11.2127.ΤP.20120509.0845.001.html