信號驅(qū)動的空氣管理系統(tǒng)控制邏輯建模方法

孫良峰

【摘 要】為了提高空氣管理系統(tǒng)控制功能的設(shè)計(jì)與確認(rèn)效率，研究了信號驅(qū)動的空氣管理系統(tǒng)控制邏輯建模方法。結(jié)合空氣管理系統(tǒng)控制特點(diǎn)，采用自底向上建模的思想，先構(gòu)建底層系統(tǒng)信號庫，再由信號逐層搭建控制邏輯，最后由控制邏輯驅(qū)動功能并在功能層進(jìn)行邏輯確認(rèn)。本文方法在空氣管理系統(tǒng)CAS與簡圖頁邏輯設(shè)計(jì)與確認(rèn)過程中進(jìn)行了應(yīng)用驗(yàn)證。

【關(guān)鍵詞】空氣管理系統(tǒng)；信號驅(qū)動；控制邏輯建模

0 引言

空氣管理系統(tǒng)是民用飛機(jī)上非常重要的機(jī)載系統(tǒng)之一，負(fù)責(zé)控制飛機(jī)引氣、座艙壓力調(diào)節(jié)、機(jī)翼防冰、溫度控制等功能[1-5]。空氣管理系統(tǒng)控制是以兩個綜合空氣管理系統(tǒng)控制器（IASC）為控制中樞，以各種傳感器發(fā)來的監(jiān)控信號、外部系統(tǒng)發(fā)來的通訊信號為輸入，經(jīng)IASC內(nèi)部邏輯運(yùn)算后，驅(qū)動各種受控設(shè)備，如風(fēng)扇、活門、加熱器等，來實(shí)現(xiàn)飛機(jī)空氣溫度、壓力、流量等控制功能，并將系統(tǒng)狀態(tài)信息發(fā)送給外部系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)顯示、告警及記錄功能。

空氣管理系統(tǒng)控制功能需求是以系統(tǒng)需求為依據(jù)，結(jié)合所采用的控制架構(gòu)細(xì)化而來。各控制功能由若干個控制邏輯組成。在空氣管理系統(tǒng)研制過程中需要進(jìn)行控制功能的確認(rèn)與驗(yàn)證。仿真的方式能有效提高效率，降低成本，而建立各種控制邏輯模型則是進(jìn)行仿真確認(rèn)與驗(yàn)證的基礎(chǔ)。本文研究了一種信號驅(qū)動的空氣管理系統(tǒng)控制邏輯建模方法。

1 信號驅(qū)動的控制邏輯建模方法

信號驅(qū)動是指由各種信號作為基本單元來進(jìn)行控制邏輯建模。各個信號表示著不同的狀態(tài)變量，空氣管理系統(tǒng)控制器根據(jù)不同的輸入狀態(tài)變量的值來決定發(fā)出的指令信號。通過基本信號來表述邏輯能從最底層關(guān)系開始，逐步向上搭建整套控制邏輯。具體的建模過程包括構(gòu)建信號庫、搭建邏輯樹以及驅(qū)動功能驗(yàn)證邏輯3個步驟。

1.1 構(gòu)建信號庫

構(gòu)建信號庫是為了方便在構(gòu)建邏輯時(shí)隨時(shí)調(diào)用而將一些基本的輸入信號信息收集并按照一定的編碼方式存儲起來?？諝夤芾硐到y(tǒng)邏輯運(yùn)算中需要用到的信號屬性包括信號名稱、信號功能范圍、信號有效性、信號設(shè)備源。所以可將每條信號按照[ID|NAME，RANGE（MIN，MAX），VALID，SOURCE]的方式進(jìn)行整理，例如由控制器IASC1的A通道發(fā)出的座艙高度告警信號可表示為[00001|CAB_ALT_W，（0，1），true，IASC1A]。集合所有控制器接收的信號，從而形成空氣管理系統(tǒng)信號庫。

1.2 搭建邏輯樹

邏輯樹的根節(jié)點(diǎn)一般是各個基本信號組成的關(guān)系式，例如CAB_ ALT_W=1，表示座艙告警為真。這些關(guān)系式通過基本的與/或邏輯算子連接，從而形成基本的邏輯樹，這些邏輯樹的輸出結(jié)果為TURE或者FALSE。在搭建邏輯樹的過程中，當(dāng)一條邏輯鏈比較長時(shí)，可將一棵邏輯樹的輸出作為另外一棵邏輯樹的輸入而形成邏輯嵌套，這種方式能簡化邏輯樹的搭建過程。邏輯樹的表達(dá)可用邏輯方程來記錄。例如座艙高度告警邏輯可按以下兩種方式表達(dá)。

將所有的邏輯按照邏輯樹的方式搭建起來，可形成一個邏輯庫，在后續(xù)定義功能時(shí)即可直接調(diào)用來構(gòu)建功能。

1.3 驅(qū)動功能驗(yàn)證邏輯

若干條邏輯合在一起，可以驅(qū)動復(fù)雜的功能。通過功能的仿真即可驗(yàn)證各種邏輯的正確性。從功能層面進(jìn)行驗(yàn)證因?yàn)橐饬x更明確更方便實(shí)施，且一條功能的驗(yàn)證即可驗(yàn)證多條邏輯，功能驗(yàn)證的方式是選擇功能相關(guān)的所有信號，設(shè)定各信號的狀態(tài)值，作為組成功能的所有邏輯的輸入，計(jì)算得到功能輸出值，觀察是否與預(yù)期一致。

2 空氣管理系統(tǒng)CAS與簡圖頁邏輯建模與驗(yàn)證

CAS與簡圖頁是供飛行員了解各系統(tǒng)狀態(tài)的重要頁面，由系統(tǒng)負(fù)責(zé)提供信號，指示系統(tǒng)按照指定的CAS與簡圖頁邏輯進(jìn)行顯示。基于本文的思想，進(jìn)行空氣管理系統(tǒng)CAS與簡圖頁邏輯建模與功能驗(yàn)證，開發(fā)了相應(yīng)的軟件平臺。

2.1 空氣管理系統(tǒng)CAS邏輯建模

定義CAS主要需要定義CAS等級、CAS顯示內(nèi)容以及CAS顯示邏輯。CAS等級按照嚴(yán)重程度可分為WARING，CAUTION，ADVISORY， STATUS四種，分別用紅色、黃色、青色、白色來表示。本文定義的CAS邏輯是由系統(tǒng)發(fā)出CAS相關(guān)信號后，由這些信號運(yùn)算后顯示在CAS頁面的邏輯，空氣管理系統(tǒng)CAS消息主要顯示系統(tǒng)工作狀態(tài)以及在一些危險(xiǎn)狀態(tài)如座艙高度過高、機(jī)翼防冰失效等情況下告警。CAS定義模塊主要提供CAS名稱、內(nèi)容、等級的編輯頁面，CAS邏輯的指定可直接調(diào)用邏輯庫中的邏輯。

2.2 空氣管理系統(tǒng)簡圖頁邏輯建模

空氣管理系統(tǒng)簡圖頁功能是通過簡要示意圖顯示系統(tǒng)主要設(shè)備與管路內(nèi)空氣的狀態(tài)，管路的空氣狀態(tài)信息需要根據(jù)上下游的設(shè)備狀態(tài)來判斷，這些判斷關(guān)系組成了簡圖頁的邏輯?？諝夤芾硐到y(tǒng)簡圖頁的主要圖形元素是活門與管路流線，其邏輯定義可分為活門與流線顯示邏輯定義。簡圖頁定義模塊設(shè)計(jì)了自定義活門與管路繪制工具，通過活門與流線顯示邏輯定義指定顯示顏色的驅(qū)動邏輯，構(gòu)成整體的簡圖頁顯示邏輯。

2.3 空氣管理系統(tǒng)CAS與簡圖頁功能驗(yàn)證

前面構(gòu)建了空氣管理系統(tǒng)CAS與簡圖頁的邏輯，通過指定各功能相關(guān)輸入信號的值，在邏輯運(yùn)算后再直觀地顯示在頁面上，從而可以確認(rèn)功能是否正確實(shí)現(xiàn)。在驗(yàn)證時(shí)只需根據(jù)場景需要，設(shè)定各信號的模擬值，由系統(tǒng)后臺運(yùn)算得到功能輸出信號值，并驅(qū)動頁面上的顯示元素顯示相應(yīng)的狀態(tài)。

通過上述幾個步驟，能對空氣管理系統(tǒng)CAS與簡圖頁功能進(jìn)行整體的驗(yàn)證，有效提高了CAS與簡圖頁功能的設(shè)計(jì)與確認(rèn)效率，也能為后續(xù)系統(tǒng)排故提供支持。

3 結(jié)論

本文結(jié)合空氣管理系統(tǒng)控制架構(gòu)特點(diǎn)，提出了信號驅(qū)動的邏輯建模方法。本文方法具有如下特點(diǎn)：

1）構(gòu)建了空氣管理系統(tǒng)基礎(chǔ)信號庫，能支持在邏輯層、功能層隨時(shí)調(diào)用相關(guān)的信號信息；

2）構(gòu)建了空氣管理系統(tǒng)邏輯庫，支持上層功能的搭建與驗(yàn)證；

3）開發(fā)了控制邏輯建模工具，能模擬各種場景下的功能驗(yàn)證，提高了設(shè)計(jì)效率。

【參考文獻(xiàn)】

[1]程立嘉，程曉忠，左彥聲.大型客機(jī)空氣管理系統(tǒng)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].航空科學(xué)技術(shù)，2008.3：7-8.

[2]徐紅專，崔文君，張惠娟.電子電動式座艙壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)研究[J].江蘇航空， 2010，3：8-13.

[3]李明江.飛機(jī)自動增壓系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2010，13（4）：73-75.

[4]王海濤，常奔，李成行.運(yùn)輸類飛機(jī)防冰除冰適航取證分析[J].航空工程進(jìn)展，2012，3（1）：116-130.

[5]蔣福偉，湯勇，岳丹婷.飛機(jī)環(huán)控系統(tǒng)空冷器的熱力計(jì)算[J].大連海事大學(xué)學(xué)報(bào)， 2002，28（1）：108-112.

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