飛機(jī)電氣綜合控制系統(tǒng)的仿真方法研究

張?jiān)\，高陽

[摘? ? 要]闡述了飛機(jī)電氣綜合控制系統(tǒng)的應(yīng)用特點(diǎn)和發(fā)展方向，包括遙控配電方式、電器多路傳輸方式在內(nèi)的兩種飛機(jī)電氣綜合控制系統(tǒng)與管理技術(shù)，飛機(jī)電氣綜合控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方式和應(yīng)用功能，進(jìn)而分別從電源系統(tǒng)控制、輸配電系統(tǒng)控制、電氣負(fù)載自動(dòng)管理等方面分析飛機(jī)電氣綜合控制系統(tǒng)的具體應(yīng)用，并對故障檢測進(jìn)行研究，旨在充分發(fā)揮飛機(jī)電氣綜合控制系統(tǒng)的自身功能，改善飛機(jī)性能，保證運(yùn)行效果。

[關(guān)鍵詞]飛機(jī)電氣綜合控制系統(tǒng);仿真方法;遙控配電方式

[中圖分類號]V242 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2022）02–00–03

Study on Simulation Method of Aircraft Electrical Integrated Control System

Zhang Yuan-cheng，Gao Yang

[Abstract]The article first expounds the application characteristics and development direction of the aircraft electrical integrated control system， the two types of aircraft electrical integrated control systems and management technologies including the remote control power distribution method and the electrical multiplex transmission method， and the structure of the aircraft electrical integrated control system. methods and application functions， and then analyze the specific application of the aircraft electrical integrated control system from the aspects of power system control， power transmission and distribution system control， and electrical load automatic management， etc.， and study the fault detection， aiming to give full play to the aircraft electrical integrated control system. It can improve the performance of the aircraft and ensure the operation effect.

[Keywords]aircraft electrical integrated control system; simulation method; remote control distribution method

伴隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的應(yīng)用和普及，飛機(jī)系統(tǒng)也開始改進(jìn)技術(shù)和功能，慢慢朝向數(shù)字化的方向演進(jìn)，飛機(jī)性能不斷提升，機(jī)載用電設(shè)備更加豐富，在一定程度上便于實(shí)現(xiàn)負(fù)載自動(dòng)功能，但是這也對機(jī)載電源系統(tǒng)自身的供電質(zhì)量提出較高要求，需要加強(qiáng)技術(shù)研究，著力提升系統(tǒng)性能。

1 飛機(jī)電氣綜合控制系統(tǒng)的應(yīng)用特點(diǎn)和發(fā)展方向

飛機(jī)電氣綜合控制系統(tǒng)作為一種新型配電系統(tǒng)，不同于以往的管理方式，基于計(jì)算機(jī)技術(shù)，始終以計(jì)算機(jī)為操作中心，將多路數(shù)據(jù)總線整合到一起，同時(shí)加以固態(tài)功率控制器，抑或運(yùn)用混合式功率控制器，切實(shí)提高飛機(jī)電氣系統(tǒng)的供電質(zhì)量，更好地完成飛行任務(wù)，改善飛機(jī)性能。

飛機(jī)電氣綜合控制系統(tǒng)具有多方面的應(yīng)用特點(diǎn)：①飛機(jī)電氣綜合控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)負(fù)載自動(dòng)管理的職能，不僅提高了電源利用率，還在一定程度上改善供電品質(zhì)。應(yīng)用飛機(jī)電氣綜合控制系統(tǒng)，可以協(xié)調(diào)功率，處理用電設(shè)備所用功率、電源供給所用功率，使得功率性能可以保持在穩(wěn)定狀態(tài)下，無論是加載，還是卸載，整體操作都更加有序和穩(wěn)定，不同于以往多個(gè)大容量同時(shí)操作的形式，避免同時(shí)突加或者同時(shí)突卸，整體供電品質(zhì)都可以增強(qiáng)，有效減輕飛行人員的工作負(fù)擔(dān)，避免人工操作，還可以相應(yīng)減少由于誤操作造成的事故問題，直接縮短負(fù)載監(jiān)控時(shí)間[1]。②飛機(jī)電氣綜合控制系統(tǒng)自身電網(wǎng)質(zhì)量較小，可以實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)供電。借助飛機(jī)電氣綜合控制系統(tǒng)，控制線數(shù)量減少、路徑變短，即使在系統(tǒng)運(yùn)行期間出現(xiàn)設(shè)備故障，往往也不會(huì)影響到供電功能，用電設(shè)備依舊可以保持穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。③飛機(jī)電氣綜合控制系統(tǒng)基于內(nèi)部的固態(tài)功率控制器能夠更好地保障電路性能，可以接通斷開負(fù)載，即使出現(xiàn)電路故障，也不會(huì)影響到電路穩(wěn)定性。通常而言，飛機(jī)電氣綜合控制系統(tǒng)的保護(hù)作用，則主要是借助直流檢測電流完成。還可以實(shí)現(xiàn)自檢測，不僅可以完成地面維護(hù)自檢，還可以實(shí)現(xiàn)飛行中周期性自檢，更好地保障飛機(jī)出勤性。飛機(jī)電氣綜合控制系統(tǒng)的應(yīng)用，不同于以往，整個(gè)功能操作更加簡單直接，飛行人員無需費(fèi)力操作，便可以借助計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)負(fù)載自動(dòng)控制和管理，不僅減輕飛行人員的工作負(fù)擔(dān)和壓力，還相應(yīng)改善飛機(jī)電氣綜合控制系統(tǒng)性能，提高飛行穩(wěn)定性。

2 飛機(jī)電氣綜合控制系統(tǒng)與管理技術(shù)

2.1 遙控配電方式

傳統(tǒng)配電整合所有電力，進(jìn)而將電力一同進(jìn)行傳輸，直接傳送到駕駛艙內(nèi)，之后便可以在駕駛艙內(nèi)轉(zhuǎn)移電力，直接傳送到機(jī)身中部。遙控配電則是在常規(guī)配電方式的基礎(chǔ)上，直接對其中部分電力進(jìn)行遙控處理，機(jī)身中部作為配電中心，直接可以借助遙控?cái)嗦菲?，完成后續(xù)操作，不僅可以轉(zhuǎn)換負(fù)載，還可以保護(hù)配電布線，最終實(shí)現(xiàn)電纜重量的降低，切實(shí)保障飛機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定和安全[2]。

2.2 電器多路傳輸方式

近年來，技術(shù)發(fā)展迅速，電器多路傳輸方式也開始得到了更為廣泛的應(yīng)用。電器多路傳輸方式由多個(gè)部件共同組建形成，不僅包括數(shù)據(jù)處理器和顯示/控制設(shè)備，同時(shí)還有遠(yuǎn)程終端，最終實(shí)現(xiàn)全方位的電氣控制和管理。不同于遙控配電方式，電器多路傳輸方式配電線路數(shù)量極大減少，可以更好地保障配電系統(tǒng)安全性和穩(wěn)定性，直接借助顯示屏操作，也能夠相應(yīng)增加機(jī)艙操作空間，提高工作效率。

3 飛機(jī)電氣綜合控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方式和應(yīng)用功能

3.1 結(jié)構(gòu)方式

在技術(shù)發(fā)展的大背景下，傳統(tǒng)的繼電器和接觸器，逐漸被新型的固態(tài)器件所替代，整個(gè)功能操作更加直觀和方便，直接運(yùn)用計(jì)算機(jī)便可以完成飛機(jī)電氣綜合系統(tǒng)的性能控制。不同于既往離散信號控制線的配電方式，固態(tài)配電方式可以直接整合多路傳輸數(shù)據(jù)，借助數(shù)據(jù)總線直接進(jìn)行各種信號的傳遞，直觀查看飛機(jī)狀態(tài)信息。在飛機(jī)電氣綜合系統(tǒng)中，同時(shí)設(shè)置固態(tài)功率控制器，固態(tài)功率控制器則起到性能保護(hù)的作用，可以直接保護(hù)各種用電設(shè)備，使得工作人員在座艙綜合顯示裝置便可以直觀查看飛機(jī)電氣綜合控制系統(tǒng)的具體信息。如果從非綜合總線結(jié)構(gòu)的方向進(jìn)行分析，可以直接斷開電氣系統(tǒng)與航空電子系統(tǒng)，在保證電氣系統(tǒng)與航空電子系統(tǒng)數(shù)據(jù)可靠性的同時(shí)，使得系統(tǒng)數(shù)據(jù)同時(shí)保持獨(dú)立性，這樣也就可以更好地保障系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠。但是如果是非綜合總線系統(tǒng)，則需要運(yùn)用更多接口和模塊，相應(yīng)敷設(shè)線路，這樣設(shè)置則可以在一定程度上提升結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和多變性。如果從綜合總線結(jié)構(gòu)的角度進(jìn)行分析，當(dāng)處于系統(tǒng)運(yùn)行期間，不同于非綜合總線系統(tǒng)，可以直接將電氣系統(tǒng)、航空電子系統(tǒng)進(jìn)行連接，使得電氣系統(tǒng)和航空電子系統(tǒng)可以更好地發(fā)揮效用，飛行人員也可以直接借助航空電子系統(tǒng)，運(yùn)用控制系統(tǒng)控制電氣系統(tǒng)，將原本復(fù)雜混亂的路線變得更加清晰，整體操作也更加簡單。但是采用綜合總線結(jié)構(gòu)，由于將電氣系統(tǒng)和航空電子系統(tǒng)連接到一起，也就在一定程度上造成系統(tǒng)相互重疊的狀況，雖然會(huì)增大系統(tǒng)影響力，但是對單一系統(tǒng)的研究過少，難以實(shí)現(xiàn)深入拓展。如果是分層總線結(jié)構(gòu)，還在其中專門設(shè)置數(shù)據(jù)線，借助數(shù)據(jù)線，便可以相應(yīng)連接航空電子系統(tǒng)。分層總線系統(tǒng)的顯著優(yōu)勢便是可以減少通信總量，這樣一來，可以有效破除單一系統(tǒng)研究不夠深入的問題，無需任何條件，便可以完成系統(tǒng)的拓展和延伸[3]。并且，也可以同步消除航空電子系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)的統(tǒng)一性，使得航空電子系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)都可以更加穩(wěn)定可靠的運(yùn)行。需要注意的是，這種系統(tǒng)的缺點(diǎn)則在于自身數(shù)據(jù)總線設(shè)置過多，相應(yīng)造成成本增大。

3.2 應(yīng)用功能

飛機(jī)電氣綜合控制系統(tǒng)具有多方面的應(yīng)用功能。內(nèi)部的負(fù)載自動(dòng)控制，借助既有的固態(tài)功率控制器，可以直接高效連接電源，如果遇到特殊危險(xiǎn)情況，負(fù)載自動(dòng)控制便會(huì)自動(dòng)斷開電源，保證系統(tǒng)安全性。飛機(jī)電氣綜合控制系統(tǒng)的負(fù)載自動(dòng)控制功能，則是借助預(yù)先設(shè)置好的應(yīng)用程序，使得后續(xù)功能操作可以直接按照程序完成供電情況的配置工作。與此同時(shí)，電氣控制系統(tǒng)和管理系統(tǒng)具有電源自動(dòng)管理的功能。電源自動(dòng)管理用于全面控制電源發(fā)電量，保證電源能夠保持在穩(wěn)步運(yùn)行的狀態(tài)，通常而言，全面控制發(fā)電量主要呈現(xiàn)為兩種方式：①用于加大發(fā)電量，在系統(tǒng)檢測期間如果識別電能缺少情況，則會(huì)相應(yīng)調(diào)取電源，完成電能補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)電源發(fā)電量的增加。②用于協(xié)調(diào)發(fā)電量，從而保證供電穩(wěn)定性和可靠性，在系統(tǒng)檢測期間如果識別發(fā)現(xiàn)電量較為充足，抑或是識別發(fā)現(xiàn)電能超出標(biāo)準(zhǔn)，并不需要額外補(bǔ)充電源，只需要借助系統(tǒng)完成電能調(diào)配，轉(zhuǎn)移超出標(biāo)準(zhǔn)的電能，實(shí)現(xiàn)發(fā)電量的全面控制，提升供電性能。此外，在飛機(jī)電氣綜合控制系統(tǒng)中，還可以實(shí)現(xiàn)故障保護(hù)的功能。故障保護(hù)作為一項(xiàng)基本應(yīng)用功能，則主要適用于電氣系統(tǒng)故障時(shí)。如果飛機(jī)電氣綜合控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，電氣系統(tǒng)便會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)故障保護(hù)功能，對各種故障進(jìn)行自動(dòng)保護(hù)，甚至還可以起到故障隔離的作用，避免單一系統(tǒng)故障影響到其他安全區(qū)域，以保證全體區(qū)域的安全性，并且基于故障保護(hù)功能，在飛機(jī)運(yùn)行期間，也可以更好地保障飛機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)安全保護(hù)的職能，全面提升飛機(jī)供電安全性。

4 飛機(jī)電氣綜合控制系統(tǒng)的具體應(yīng)用

4.1 電源系統(tǒng)控制

飛機(jī)電氣綜合控制系統(tǒng)較為突出的表現(xiàn)便是電源系統(tǒng)控制。微處理器的數(shù)字式發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)自身性能更加穩(wěn)定，無論是控制功能，還是保護(hù)功能，都更加方便和直觀，還可以完成故障檢測、故障隔離、總線通訊等多個(gè)功能，可以更好地保障電源系統(tǒng)的性能，不僅優(yōu)化電源系統(tǒng)的自動(dòng)化管理程度，還可以顯著提升電源系統(tǒng)的可維護(hù)性。同時(shí)，也正是借助微處理器的數(shù)字式發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)，直接和供電系統(tǒng)處理機(jī)進(jìn)行通信連接，傳送電源狀態(tài)和故障信息，在硬線方面，同時(shí)進(jìn)行連接，直接傳送工作狀態(tài)信號，整體功能穩(wěn)定，不受外部干擾。無論是變壓整流器的控制，抑或是故障信號輸出，均是由電氣綜合控制系統(tǒng)的直流控制保護(hù)專門完成，功能穩(wěn)定，不受外部控制。外部電源監(jiān)控裝置則主要用于監(jiān)控外部電源，從外部電源的實(shí)際應(yīng)用情況出發(fā)，如果檢測發(fā)現(xiàn)外部電源參數(shù)并未達(dá)成基本要求，為了保護(hù)飛機(jī)上其他用電設(shè)備的安全性和穩(wěn)定性，則不能進(jìn)行外部電源的連接，如果在外部電源正常運(yùn)作期間，檢測發(fā)現(xiàn)電源特性已經(jīng)超出標(biāo)準(zhǔn)范圍，則需要在第一時(shí)間應(yīng)用外部電源監(jiān)控裝置直接斷開交流外部電源。對于外部電源監(jiān)控裝置和供電系統(tǒng)處理機(jī)，本身也保持著邏輯關(guān)系，進(jìn)行通信交聯(lián)，外部電源監(jiān)控裝置可以直接將各種電源狀態(tài)信息和故障信息進(jìn)行傳送，使得供電系統(tǒng)處理機(jī)及時(shí)接受信息，完成后續(xù)處理[4]。

4.2 輸配電系統(tǒng)控制

輸配電系統(tǒng)控制用于電能傳輸和電能分配?，F(xiàn)如今，飛機(jī)用電設(shè)備不斷增多，功率負(fù)載不斷增多，如果依舊采用傳統(tǒng)的配電方式，不僅會(huì)增大配電系統(tǒng)負(fù)擔(dān)，也會(huì)增大駕駛員的工作壓力，采用輸配電系統(tǒng)控制，則可以顯著提高系統(tǒng)可靠性，消除多余的離散信號控制線，更好地保障供電質(zhì)量。

4.3 電氣負(fù)載自動(dòng)管理

在飛機(jī)電氣綜合控制系統(tǒng)中，同時(shí)帶有負(fù)載自動(dòng)管理的功能，在飛機(jī)的多個(gè)部位，基于飛機(jī)實(shí)際運(yùn)行情況和運(yùn)行階段控制負(fù)載。通常，如何設(shè)置負(fù)載管理優(yōu)先級，不僅需要考量發(fā)電機(jī)數(shù)目、發(fā)電機(jī)容量，同時(shí)還需要考慮飛機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、負(fù)載類型和功率要求。每一個(gè)固態(tài)功率控制器，都需要相應(yīng)按照預(yù)先設(shè)定好的內(nèi)容，完成整體操作和系統(tǒng)運(yùn)行，對于邏輯控制方程，任何一個(gè)條件信息，都可以更加直觀地顯示包括電源系統(tǒng)狀態(tài)、電氣負(fù)載狀態(tài)在內(nèi)的各種數(shù)據(jù)信息，都可以同步傳輸?shù)竭h(yuǎn)程配電裝置，基于供電系統(tǒng)處理機(jī)的作用，便相應(yīng)尋址采集信息，完成負(fù)載電源請求方程的求解。最終求得的解，便可以在多路數(shù)據(jù)總線的作用下，完成數(shù)據(jù)傳送，一同傳輸?shù)竭h(yuǎn)程配電裝置。需要注意的是，如何控制電氣負(fù)載，不僅需要考量電源請求信號，同時(shí)還需要對電氣負(fù)載的故障情況進(jìn)行綜合考量，將飛機(jī)電源系統(tǒng)工作狀態(tài)、電氣負(fù)載管理情況整合到一起，

5 飛機(jī)電氣綜合控制系統(tǒng)的故障檢測

5.1 常見系統(tǒng)故障

通常，基于不同的劃分方式，可以將飛機(jī)電氣故障劃分為不同的類型。如果從喪失工作能力的角度進(jìn)行分析，對于那些已經(jīng)喪失工作能力的飛機(jī)，基于喪失程度，可以劃分為局部故障和完全故障兩種。對于出現(xiàn)局部故障的飛機(jī)，則是失去部分能力，但是依舊可以保持正常運(yùn)行狀態(tài)，電能也處于穩(wěn)定狀態(tài)。對于出現(xiàn)完全故障的飛機(jī)，則是完全失去工作能力，飛機(jī)無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。如果從發(fā)生后果的角度進(jìn)行分析，對于那些產(chǎn)生嚴(yán)重后果，給飛機(jī)造成重大損害，甚至造成人員傷亡的故障，則可以將其稱之為致命故障[5]。對于那些產(chǎn)生較大故障且無法徹底排除的完全故障，則可以將其稱之為嚴(yán)重故障。對于那些在飛機(jī)日常運(yùn)行期間極易出現(xiàn)可以排除的故障，則可以將其稱之為一般故障。

5.2 系統(tǒng)故障測試

飛機(jī)電氣綜合控制系統(tǒng)故障類型多樣，大多出現(xiàn)在電源系統(tǒng)和配電系統(tǒng)中。如果是電源系統(tǒng)，則可以從電源構(gòu)型設(shè)計(jì)情況進(jìn)行分析，主電源不僅包含發(fā)電機(jī)控制器、發(fā)電機(jī)，同時(shí)還有各種大功率開關(guān)器件。如果是配電系統(tǒng)，則可以從項(xiàng)層構(gòu)型進(jìn)行分析，配電系統(tǒng)內(nèi)部往往存有多個(gè)固態(tài)配電裝置，同時(shí)還帶有大功率開關(guān)器件和智能匯流裝置等設(shè)備。如果由于飛機(jī)改型需要，相應(yīng)更改飛機(jī)內(nèi)部軟硬件設(shè)備，則需要運(yùn)用總線連接故障測試平臺，觀察整個(gè)系統(tǒng)響應(yīng)過程。在故障測試期間，主控臺則可以直接針對飛機(jī)電氣綜合控制系統(tǒng)的故障類別，為啟動(dòng)故障輸入，按照不同的故障模式完成故障測試。在主控臺中，還可以相應(yīng)完成故障節(jié)點(diǎn)電流電壓等數(shù)據(jù)信息的采集、分析、監(jiān)測等功能，基于波形和狀態(tài)指示燈，便可以直接呈現(xiàn)飛機(jī)狀態(tài)信息，完成整個(gè)故障測試的職能。

6 結(jié)束語

對飛機(jī)電氣綜合控制系統(tǒng)的仿真方法展開分析具有至關(guān)重要的意義。現(xiàn)如今，我國不斷改進(jìn)技術(shù)手段，使得飛機(jī)電氣綜合系統(tǒng)的性能有所改善，需要不斷加強(qiáng)飛機(jī)電氣綜合控制系統(tǒng)的研究，有效應(yīng)對系統(tǒng)故障，明確運(yùn)行狀態(tài)，從而更好地保障飛機(jī)飛行安全穩(wěn)定。

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