飛行控制系統(tǒng)延時的分析方法

王冬明

摘 要：本文基于電傳飛控系統(tǒng)的特點，對其飛行控制系統(tǒng)信號延時進行分析，辨識主要的延時環(huán)節(jié)和信號流傳輸途徑，研究飛控系統(tǒng)信號延時的計算方法，并提出進一步減少飛行控制系統(tǒng)延時的方法。

關(guān)鍵詞：飛行控制系統(tǒng) 信號延時 分析方法

中圖分類號：V27 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）10（c）-0010-02

電傳飛行控制系統(tǒng)已成為現(xiàn)代先進飛機的主要特點之一，與傳統(tǒng)機械傳動飛行控制系統(tǒng)相比，能大幅減輕結(jié)構(gòu)重量、改善飛行操縱品質(zhì)，同時也增加了信號傳輸?shù)牟淮_定性[1-2]。信號延時是影響閉環(huán)控制系統(tǒng)控制品質(zhì)的重要因素，因此有必要對電傳飛控系統(tǒng)信號延時做深入分析。

1 飛機飛控系統(tǒng)分析

某型飛機飛行控制系統(tǒng)以桿盤和方向舵腳蹬作為控制輸入；以飛控計算機、作動器控制電子及遠程電子單元為系統(tǒng)的控制核心；飛控專用總線用于控制核心之間的數(shù)據(jù)通訊，作動器數(shù)據(jù)總線提供作動器控制單元之間的數(shù)據(jù)通訊，ARINC429總線提供飛行控制系統(tǒng)與航電系統(tǒng)、飛機姿態(tài)傳感器之間的通訊；以電馬達、電液伺服作動器為執(zhí)行部件。

1.1 基本工作原理

飛行員操縱指令由傳感器轉(zhuǎn)換為模擬信號，被送作動器控制電子，經(jīng)作動器控制電子對其進行處理后，通過飛控專用數(shù)據(jù)總線發(fā)送到飛控計算機中。同時，作動器控制電子也接收來自外部傳感器的數(shù)字信號，飛控計算機對接收到的信號進行校驗，并用于控制律計算，生成控制指令發(fā)往作動器控制電子，每個作動器控制電子收到全部飛控計算機發(fā)來的控制指令，校驗后控制舵面運動，從而實現(xiàn)對飛機姿態(tài)的控制。

1.2 飛控系統(tǒng)主要延時環(huán)節(jié)

（1）接收器接入和反鋸齒濾波。

（2）作動器控制電子到飛控計算機傳輸延時。

（3）輸入信號處理過程。

（4）控制律濾波。

（5）指令處理過程。

（6）指令傳輸延時。

（7）作動器動態(tài)特性。

2 飛控系統(tǒng)延時分析

2.1 信號傳輸路徑

飛機的俯仰控制由升降舵和水平安定面實現(xiàn)，控制輸入來自桿盤，傳感器感應(yīng)飛機狀態(tài)及環(huán)境信息，所有輸入信號由作動器控制電子采集，然后發(fā)送到飛控計算機，控制律計算出控制指令發(fā)送給作動器控制電子，遠程電子單元控制舵運動，配平切斷開關(guān)和人工配平開關(guān)直接向馬達控制電子發(fā)送離散信號控制水平安定面的配平。俯仰通道信號流向如圖 1所示。

飛機的滾轉(zhuǎn)通道、偏航通道與俯仰通道的信號流向相似，不同點在于滾轉(zhuǎn)通道遠程電子單元控制的是副翼和擾流板，偏航通道的控制輸入來自腳蹬，遠程電子單元控制的是方向舵。

2.2 信號延時分析

以俯仰軸為例分析飛控系統(tǒng)的信號傳輸延時，延時可分為三個部分，分別是控制輸入延時、控制器計算延時和指令輸出延時。俯仰通道信號延時如圖2所示。

在控制輸入階段，延時主要為AD采樣延時和作動器控制電子對所采集的信號進行反鋸齒濾波延時，控制輸入延時為：。

控制器計算過程中，指令計算占用一個，作動器控制電子打包生成控制指令占用一個。飛控專用總線為單向通信，其傳輸速度為NFBusbit/s，作動器控制電子向飛控計算機發(fā)送的一幀信息為NData1個數(shù)據(jù)字（16位），飛控計算機向作動器控制電子發(fā)送的一幀信息為NData2個數(shù)據(jù)字（16位）。從接收到處理信息最長可能等待一個周期。所以飛控專用總線傳輸延時分別為：，。

控制器計算延時為：。

指令輸出過程，作動器數(shù)據(jù)總線采用命令-響應(yīng)方式的握手協(xié)議，傳輸速率為NABusbit/s，一幀命令信息為NData2個數(shù)據(jù)字（16位），從接收到一幀作動器數(shù)據(jù)命令信息到處理最長等待一個周期，所以作動器數(shù)據(jù)的傳輸延時為：。

指令輸出過程的延時為：。

綜合得出俯仰通道的飛控電子延時T為：

因俯仰、滾轉(zhuǎn)和偏航三個通道信號傳輸路徑相似，飛控系統(tǒng)延時均為。

2.3 結(jié)論

經(jīng)過以上分析，將此型飛機飛控系統(tǒng)參數(shù)代入述計算公式中進行計算，結(jié)果表明飛控系統(tǒng)延時在設(shè)計指標范圍內(nèi)，滿足設(shè)計要求。

3 減少延時的方法

飛機飛控系統(tǒng)中各延時環(huán)節(jié)大致可分為信號采集延時、計算延時、發(fā)送延時和傳輸延時。為進一步減少系統(tǒng)延時，可采取以下方法。

（1）提高傳感器采樣速度降低信號采集延時。

（2）提高控制器時鐘頻率或縮短控制器計算周期來減少計算延時。

（3）提高總線傳輸速度和減小數(shù)據(jù)幀長度兩個方法來減少傳輸延時。

參考文獻

[1] 羅杰·W·普拉特.飛行控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)中的問題[M].上海：上海交通大學出版社，2015.

[2] 陳宗基.飛行控制系統(tǒng)設(shè)計的理論與方法[M].上海：上海交通大學出版社，2015.endprint