航空機(jī)電綜合化控制結(jié)構(gòu)和相關(guān)技術(shù)探討

陳思 王泉翔 潘依娜 屈斌

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，近年來(lái)我國(guó)航空機(jī)電綜合化控制領(lǐng)域發(fā)展迅速，相關(guān)理論研究和實(shí)踐探索也在業(yè)界大量涌現(xiàn)。基于此，本文簡(jiǎn)單分析航空機(jī)電綜合化控制結(jié)構(gòu)及常用技術(shù)，并深入探討新型航空機(jī)電綜合化控制技術(shù)，包括人工智能技術(shù)和機(jī)電控制盒技術(shù)，以供業(yè)內(nèi)人士參考。

關(guān)鍵詞：航空;機(jī)電綜合化控制;機(jī)電控制盒技術(shù);人工智能

引言：

航空機(jī)電綜合化控制能夠?yàn)轱w機(jī)提供飛行保障，隨著我國(guó)航空業(yè)的快速發(fā)展，近年來(lái)我國(guó)航空機(jī)電綜合化控制結(jié)構(gòu)不斷升級(jí)，各類(lèi)新型技術(shù)也得到深入應(yīng)用。為更好開(kāi)展航空機(jī)電綜合化控制，正是本文研究的目標(biāo)所在。

1 航空機(jī)電綜合化控制結(jié)構(gòu)及常用技術(shù)

1.1結(jié)構(gòu)分析

航空機(jī)電綜合化控制結(jié)構(gòu)已經(jīng)過(guò)多次升級(jí)，第一代采用分離式結(jié)構(gòu)，主要由通信、雷達(dá)、天線、導(dǎo)航、處理器、射頻前端、顯示器構(gòu)成控制系統(tǒng)，通過(guò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間聯(lián)系;第二代采用聯(lián)合式結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)下的數(shù)據(jù)傳輸交換可通過(guò)多個(gè)數(shù)據(jù)處理器完成，資源共享可依托數(shù)字總線交聯(lián)實(shí)現(xiàn)，顯示和控制結(jié)合較為突出，在保證飛行安全方面具備優(yōu)勢(shì);第三代為航空控制結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)中系統(tǒng)信息高效共享由綜合核心處理器實(shí)現(xiàn)，該處理器綜合有監(jiān)視、調(diào)度、管理、計(jì)算功能，可保證不同模塊在各階段執(zhí)行不同功能;第四代為高度綜合化航空機(jī)電結(jié)構(gòu)，通過(guò)引入傳感器技術(shù)、光電技術(shù)、射頻技術(shù)，通過(guò)軟件取代以往的通信、雷達(dá)等硬件配置，飛機(jī)的飛行性能可進(jìn)一步提升，航空機(jī)電綜合化控制結(jié)構(gòu)升級(jí)的重要性可見(jiàn)一斑[1]。

1.2常用技術(shù)

航空機(jī)電綜合化控制使用的技術(shù)較為多樣，常用技術(shù)包括：第一，總線技術(shù)?？偩€技術(shù)可用于航空機(jī)電綜合化控制的信息傳遞，基于保密需要，該技術(shù)應(yīng)用需要通過(guò)電纜進(jìn)行傳輸。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，光纖技術(shù)也可以用于航空機(jī)電綜合化控制，這一控制在傳遞效率及成本方面表現(xiàn)突出。在具體實(shí)踐中，多路復(fù)用技術(shù)的應(yīng)用較為廣泛，單項(xiàng)數(shù)據(jù)總線、高速數(shù)據(jù)總線、數(shù)字式數(shù)據(jù)總線也有著較為廣泛應(yīng)用;第二，顯示技術(shù)。對(duì)于航空機(jī)電綜合化控制來(lái)說(shuō)，顯示技術(shù)能夠負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的圖像化處理和展示，通過(guò)多功能顯示器、平視顯示器，飛行員的判斷能夠更好獲得依據(jù)，結(jié)合顯示、圖像、信息、數(shù)據(jù)，即可開(kāi)展可視、直觀、智能化操作，保證飛行安全;第三，傳感器技術(shù)。射頻傳感器技術(shù)近年來(lái)的應(yīng)用較為廣泛，該技術(shù)可通過(guò)接口實(shí)現(xiàn)多種射頻的體系化綜合應(yīng)用，綜合控制系統(tǒng)的融合也能夠獲得支持;第四，健康管理技術(shù)。健康管理技術(shù)在航空機(jī)電綜合化控制中的應(yīng)用也較為普遍，該技術(shù)能夠用于預(yù)測(cè)和檢測(cè)航空產(chǎn)品故障，并及時(shí)開(kāi)展隔離等處理，快速、準(zhǔn)確維修活動(dòng)可基于發(fā)現(xiàn)問(wèn)題開(kāi)展，實(shí)現(xiàn)事故的有效預(yù)防和應(yīng)對(duì)，保證飛行安全性，該技術(shù)的應(yīng)用同樣需要得到重視;第五，綜合核心處理系統(tǒng)技術(shù)。該技術(shù)能夠較好解決航空機(jī)電綜合化控制涉及的運(yùn)行管理、控制、調(diào)度等功能問(wèn)題，這使得該技術(shù)的應(yīng)用較為廣泛，具體的處理、計(jì)算、控制需要得到軟硬件的支持，軟硬件的性能、穩(wěn)定性直接影響技術(shù)應(yīng)用效果，飛機(jī)的飛行環(huán)境安全系數(shù)也會(huì)同時(shí)受到影響，綜合核心處理系統(tǒng)技術(shù)在航空機(jī)電綜合化控制中的重要性可見(jiàn)一斑[2]。

2 新型航空機(jī)電綜合化控制技術(shù)

為直觀展示新型航空機(jī)電綜合化控制技術(shù)，本節(jié)將圍繞人工智能技術(shù)、機(jī)電控制盒技術(shù)開(kāi)展深入探討。

2.1人工智能技術(shù)

人工智能技術(shù)近年來(lái)在航空機(jī)電綜合化控制中的應(yīng)用較為廣泛，具體應(yīng)用主要體現(xiàn)在人機(jī)交互、智能管理與決策、數(shù)據(jù)挖掘與學(xué)習(xí)等方面，人工智能應(yīng)用基礎(chǔ)由此夯實(shí)。對(duì)于航空機(jī)電綜合化控制涉及的海量數(shù)據(jù)，人工智能技術(shù)可通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)方法進(jìn)行數(shù)據(jù)的智能化處理，通過(guò)對(duì)人類(lèi)學(xué)習(xí)活動(dòng)方法的實(shí)現(xiàn)或模擬，在大數(shù)據(jù)支持下，即可較好滿(mǎn)足相關(guān)數(shù)據(jù)挖掘、分類(lèi)、預(yù)測(cè)需要，概率學(xué)習(xí)、強(qiáng)化學(xué)習(xí)、決策樹(shù)學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)均屬于機(jī)器學(xué)習(xí)方法范疇。對(duì)于航空領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，受環(huán)境高復(fù)雜、邊界不確定、信息不完整、響應(yīng)高實(shí)時(shí)等特征影響，航空機(jī)電綜合化控制領(lǐng)域不得直接移植人工智能技術(shù)，而是需要聚焦不同運(yùn)行層級(jí)的技術(shù)需求，如體系層需要聚焦信息協(xié)同和共享及共同決策，平臺(tái)層需要關(guān)注人機(jī)交互的控制、維護(hù)及協(xié)同，設(shè)備層需要設(shè)法提升設(shè)備智能化水平，平臺(tái)子系統(tǒng)層需關(guān)注感知自適應(yīng)能力。人工智能技術(shù)在航空機(jī)電綜合化控制中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在子系統(tǒng)層和航空機(jī)電設(shè)備中，技術(shù)應(yīng)用的融合創(chuàng)新需要聚焦全生命周期各階段，包括智能優(yōu)化、智能控制、智能維護(hù)。

基于智能優(yōu)化進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段航空機(jī)電設(shè)備及子系統(tǒng)設(shè)計(jì)更多以峰值功率為依據(jù)，這能夠滿(mǎn)足飛機(jī)的性能和功能需求，但受到陳舊體系架構(gòu)、較低能量效率及功重比影響，航空裝備發(fā)展受到一定制約。因此可引入人工智能技術(shù)，通過(guò)對(duì)設(shè)備、系統(tǒng)參數(shù)分配進(jìn)行優(yōu)化，能力管理和優(yōu)化可基于負(fù)載周期實(shí)現(xiàn)，能量效率也能夠同時(shí)提升;基于智能控制，需關(guān)注未來(lái)飛機(jī)對(duì)航空機(jī)電綜合化控制提出的新要求，控制不僅需要關(guān)注能量供給等基本需求，還需要關(guān)注工作模態(tài)繁多、工作模式復(fù)雜特點(diǎn)帶來(lái)的影響，在較寬范圍調(diào)節(jié)的參數(shù)會(huì)對(duì)系統(tǒng)魯棒性及控制執(zhí)行帶來(lái)新的挑戰(zhàn)，考慮到相關(guān)需求無(wú)法由經(jīng)典控制理論滿(mǎn)足，因此可考慮引入智能控制技術(shù)中的機(jī)器學(xué)習(xí)方法對(duì)控制參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，各類(lèi)控制難題能夠有效解決，任務(wù)執(zhí)行過(guò)程中的能量?jī)?yōu)化與自適應(yīng)管理可同時(shí)實(shí)現(xiàn);基于智能維護(hù)，需關(guān)注航空機(jī)電設(shè)備存在的相對(duì)較高故障率，故障維護(hù)和檢測(cè)難度較高，很多時(shí)候會(huì)導(dǎo)致飛機(jī)出勤效率受到影響，通過(guò)引入人工智能技術(shù)，通過(guò)收集的特征故障數(shù)據(jù)，即可開(kāi)展針對(duì)性訓(xùn)練及表征，實(shí)現(xiàn)故障的自主診斷，事前預(yù)測(cè)式維修可同時(shí)開(kāi)展，航空機(jī)電綜合化控制的自主保障能力將大幅提升。

2.2機(jī)電控制盒技術(shù)

機(jī)電控制盒技術(shù)同樣屬于新型航空機(jī)電綜合化控制范疇，該技術(shù)可依托通用與開(kāi)放的機(jī)電系統(tǒng)控制架構(gòu)，結(jié)合聯(lián)合式架構(gòu)和模塊化架構(gòu)，用于共享各子系統(tǒng)信息，小型化控制系統(tǒng)可由此形成，機(jī)電控制盒在增強(qiáng)生存力、提升維修性、減輕飛行員工作負(fù)荷、降低重量和成本等方面具備顯著優(yōu)勢(shì)。應(yīng)聚焦可靠、高效機(jī)電控制盒設(shè)計(jì)，這種實(shí)時(shí)多任務(wù)機(jī)電控制盒能夠?yàn)轱w機(jī)安全、正常運(yùn)行提供保障，需要與機(jī)上機(jī)電系統(tǒng)、航電系統(tǒng)交互。機(jī)電控制盒的功能模塊包括控制輸出、控制邏輯解算、電源、數(shù)據(jù)采集，這種設(shè)計(jì)能夠保證機(jī)電控制盒較好為飛機(jī)機(jī)電管理系統(tǒng)提供支持?？刂戚敵龉δ苣K需基于數(shù)字控制指令完成開(kāi)關(guān)量的轉(zhuǎn)換和傳輸，以此控制機(jī)電設(shè)備。電源功能模塊負(fù)責(zé)提供工作電源，同時(shí)需要負(fù)責(zé)調(diào)理交流模擬量信號(hào)，以此向數(shù)據(jù)采集功能模塊傳遞調(diào)理得到的直流形式信號(hào)?？刂七壿嫿馑愎δ苣K負(fù)責(zé)解算和還原飛機(jī)機(jī)電管理系統(tǒng)的狀態(tài)判據(jù)參數(shù)，控制邏輯運(yùn)算需要結(jié)合規(guī)定邏輯要求完成，并向輸出功能模塊傳遞得到的結(jié)果，以此實(shí)時(shí)監(jiān)控和維護(hù)飛機(jī)機(jī)電管理系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集功能模塊負(fù)責(zé)采集飛機(jī)機(jī)電管理系統(tǒng)的狀態(tài)判據(jù)參數(shù)，包括開(kāi)關(guān)量、模擬量等參數(shù)，這類(lèi)參數(shù)需要提供給控制邏輯解算功能模塊，但提供前需要重組參數(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

結(jié)論：

綜上所述，航空機(jī)電綜合化控制需關(guān)注多方面因素影響。在此基礎(chǔ)上，本文涉及的人工智能技術(shù)、機(jī)電控制盒技術(shù)等內(nèi)容，則提供了可行性較高的控制優(yōu)化路徑。為更好開(kāi)展航空機(jī)電綜合化控制，機(jī)電控制盒技術(shù)與人工智能的深度融合、可持續(xù)發(fā)展理念的引入和貫徹同樣需要得到重視。

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