張坤,陳林
(中航工業(yè)洪都,江西南昌330024)
為了滿足可靠性要求,電傳飛行控制系統(tǒng)一般采用四余度配置,并通過余度管理實現(xiàn)四個余度系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)工作,當(dāng)單個功能組件發(fā)生奇異故障或第三次故障時,一般通過在線監(jiān)控進(jìn)行輔助判別,以避免系統(tǒng)降級太快。而法向加速度傳感器由于其構(gòu)造及原理,很難通過線路實現(xiàn)在線監(jiān)控,只能進(jìn)行控制律重構(gòu),這將導(dǎo)致系統(tǒng)降級太快。本文主要是針對電傳飛行控制系統(tǒng)法向加速度傳感器在發(fā)生奇異故障或發(fā)生第三次故障時,采用一種模型監(jiān)控的方法進(jìn)行輔助判別,從而提高電傳飛行控制系統(tǒng)的可靠性,并通過仿真進(jìn)行分析驗證。
法向加速度傳感器用于敏感法向方向的線加速度,并輸出與加速度值成比例的直流電壓信號,提供給飛控計算機用于控制律計算。法向加速度傳感器為四余度單軸擺式伺服線加速度傳感器,主要由檢驗質(zhì)量、電容傳感器、力矩器、伺服電路和支撐結(jié)構(gòu)等組成。
加速度傳感器的工作原理如圖1所示。
圖1 加速度傳感器工作原理
當(dāng)飛機沿法向有加速度a時,單擺偏θ角,差動電容傳感器產(chǎn)生ΔC的電容差,ΔC經(jīng)驅(qū)動檢測轉(zhuǎn)換為電流,經(jīng)校正、放大后,通過采樣電阻R轉(zhuǎn)換為電壓輸出,到飛控計算機。
從圖中可以看出,傳感器本身沒有實現(xiàn)完整的在線監(jiān)控,現(xiàn)采用模型監(jiān)控的方法進(jìn)行在線故障診斷。
考慮加速度傳感器自身無法實現(xiàn)在線監(jiān)控,為了防止加速度傳感器故障導(dǎo)致飛控系統(tǒng)降級太快,影響飛行安全,現(xiàn)通過模型監(jiān)控的方法進(jìn)行故障診斷,故障診斷的基本原理如圖2所示。
圖2 模型監(jiān)控原理圖
重心處的法向加速度在航跡坐標(biāo)軸系中的分量為
考慮到加速度傳感器敏感的是重心處機體坐標(biāo)軸系中分量,因此需將法向加速度從航跡坐標(biāo)軸系轉(zhuǎn)換成機體坐標(biāo)軸系,轉(zhuǎn)換公式如下:
上式中的v用p、q來表示,將通過下式求得:
根據(jù)上式(4)可求得
由(3)式和(5)式求得
根據(jù)上式 (6)可以看出,在模型解算時,利用飛控系統(tǒng)的動靜壓信號、俯仰速率信號以及迎角信號可以構(gòu)造一個重心處機體坐標(biāo)軸系中法向加速度信號。
根據(jù)試飛數(shù)據(jù),將飛控系統(tǒng)實測的加速度數(shù)據(jù)與解算得到的加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,比較結(jié)果如圖3所示。
圖3 測試數(shù)據(jù)與解算數(shù)據(jù)比較
從圖中可以看出,通過解算的加速度數(shù)據(jù)與實測的加速度數(shù)據(jù)一致性較好,可以作為法向加速度信號故障時的輔助判別用。
針對法向加速度傳感器的余度管理,在沒有模型監(jiān)控的情況下,當(dāng)發(fā)生奇異或三次故障時,控制律重構(gòu),其任務(wù)可靠性框圖如圖4所示。采用模型監(jiān)控時,當(dāng)發(fā)生奇異或三次故障時,可以通過模型監(jiān)控進(jìn)行輔助判別,其可靠性框圖如圖5所示。
圖4 不帶模型監(jiān)控的可靠性框圖
圖5 帶模型監(jiān)控的可靠性框圖
參考有關(guān)資料,單個加速度傳感器的失效概率為17×10-6次/飛行小時。求得單通道加速度傳感器的可靠度為RS(t)=e-λt=e-17×16-6=0.9999830001。
不帶模型監(jiān)控的表決系統(tǒng)的可靠度為:
帶模型監(jiān)控的表決系統(tǒng)的可靠度為:
故不帶模型監(jiān)控的四余度傳感器的失效概率為2.031×10-11次/飛行小時。帶模型監(jiān)控的四余度傳感器的失效概率為8.352×10-16次/飛行小時。
因此,對飛控系統(tǒng)來說,增加模型監(jiān)控,可降低失效概率為2.0309×10-11次/飛行小時。
本文從提高飛控系統(tǒng)可靠性角度,提出一種加速度傳感器故障的輔助判別方法,并通過仿真及可靠性計算得出其提高可靠性的有效性,該輔助判別方法及思路可作為飛控系統(tǒng)余度管理策略設(shè)計的參考。
[1]劉品.可靠性工程基礎(chǔ)[M].北京:中國計量出版社,2002.
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