民用飛機(jī)飛控系統(tǒng)故障試驗(yàn)注入方法研究

金學(xué)良??

摘 要：提出了一種基于電流注入的故障試驗(yàn)方法并結(jié)合實(shí)際工程需要設(shè)計(jì)了一種故障注入裝置，通過(guò)型號(hào)故障試驗(yàn)驗(yàn)證了這種試驗(yàn)方法的可行性。該方法具有通用性，可以支持振蕩故障、瞬態(tài)故障及力紛爭(zhēng)故障等試驗(yàn)，可廣泛應(yīng)用于作動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)備研制或飛控系統(tǒng)的綜合驗(yàn)證試驗(yàn)中。

關(guān)鍵詞：振蕩故障；電流注入；飛控系統(tǒng)；試驗(yàn)方法

中圖分類(lèi)號(hào)：TB 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A doi：10.19311/j.cnki.16723198.2017.21.100

1 引言

在某型飛機(jī)飛控系統(tǒng)鐵鳥(niǎo)試驗(yàn)中，經(jīng)常需要模擬各種故障，以驗(yàn)證飛控系統(tǒng)響應(yīng)是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。振蕩故障試驗(yàn)是飛控系統(tǒng)試驗(yàn)及適航驗(yàn)證試驗(yàn)中的重要項(xiàng)目，在地面試驗(yàn)階段需要測(cè)得系統(tǒng)振蕩檢測(cè)功能相關(guān)各監(jiān)控器探測(cè)包線范圍外最嚴(yán)酷情況下的控制面輸出響應(yīng)，來(lái)確認(rèn)振蕩監(jiān)控器的設(shè)計(jì)滿(mǎn)足飛控系統(tǒng)振蕩檢測(cè)要求，確保飛機(jī)飛行安全。

為了實(shí)現(xiàn)振蕩故障試驗(yàn)，本文設(shè)計(jì)了一種故障注入裝置及試驗(yàn)方法，即在作動(dòng)系統(tǒng)回路中注入伺服閥電流來(lái)實(shí)現(xiàn)振蕩故障的模擬。

2 故障試驗(yàn)方法

故障注入是指按照選定的故障模型， 用人工的方法有意識(shí)的產(chǎn)生故障運(yùn)行在特定的工作負(fù)載的目標(biāo)系統(tǒng)中， 以加速該系統(tǒng)的錯(cuò)誤和失效的發(fā)生， 同時(shí)觀測(cè)和回收系統(tǒng)對(duì)所注故障的反應(yīng)信息， 并對(duì)回收信息進(jìn)行分析， 從而向?qū)嶒?yàn)者提供有關(guān)結(jié)果的實(shí)驗(yàn)過(guò)程。振蕩故障試驗(yàn)是民用飛機(jī)適航驗(yàn)證試驗(yàn)的一項(xiàng)重要內(nèi)容，主要由外部注入振蕩故障信號(hào)來(lái)檢測(cè)系統(tǒng)響應(yīng)，以此驗(yàn)證飛控系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求的正確性、評(píng)估振蕩故障對(duì)飛行品質(zhì)的影響。振蕩故障的監(jiān)控主要集中在飛控電子中，以某型飛機(jī)飛控系統(tǒng)為例，振蕩故障通過(guò)飛控計(jì)算機(jī)、作動(dòng)器控制電子及遠(yuǎn)程控制單元來(lái)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控。

為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制單元內(nèi)部的振蕩監(jiān)控邏輯檢測(cè)，本文提出了一種故障試驗(yàn)方法，如圖1所示，通過(guò)對(duì)作動(dòng)回路中的EHSV伺服閥注入閥電流（初始偏置疊加振蕩信號(hào)）來(lái)實(shí)現(xiàn)EHSV位置及EHSV電流故障的模擬。該故障試驗(yàn)方法有以下兩個(gè)設(shè)計(jì)難點(diǎn)：

（1）在振蕩故障注入前要保證飛控系統(tǒng)所有內(nèi)部監(jiān)控器處于抑制狀態(tài)，即故障注入裝置的接入不可破壞飛控系統(tǒng)指令通道及監(jiān)控通道的完整性，飛控系統(tǒng)要能夠識(shí)別作動(dòng)回路工作在正常狀態(tài)。本文提出的故障試驗(yàn)方法是通過(guò)阻抗匹配的方式來(lái)規(guī)避前端飛控計(jì)算機(jī)中故障監(jiān)控器的觸發(fā)。在電磁開(kāi)關(guān)上電后，故障注入裝置接入系統(tǒng)，電液伺服閥由等效電阻替代，飛控系統(tǒng)識(shí)別作動(dòng)系統(tǒng)回路工作正常，注入的振蕩故障信號(hào)直接作用到伺服閥，控制作動(dòng)器運(yùn)動(dòng)。

（2）注入的伺服閥電流可直接驅(qū)動(dòng)作動(dòng)器運(yùn)動(dòng)，注入的故障電流過(guò)大容易破壞舵面或損壞設(shè)備，故需要調(diào)節(jié)電流初始偏置并設(shè)置最大電流幅值來(lái)保證試驗(yàn)安全。在舵面中立位、5度、-5度位置（根據(jù)試驗(yàn)需求確認(rèn)）時(shí)，可以從前端飛控計(jì)算機(jī)的接口中獲取電流初始偏置，故障注入裝置在初始偏置的基礎(chǔ)上疊加振蕩信號(hào)注入舵回路，檢測(cè)遠(yuǎn)程控制單元中振蕩故障監(jiān)控器觸發(fā)情況。

3 故障注入裝置

本文提出的故障注入裝置如圖1所示，其工作原理為：當(dāng)12V直流電壓未接入時(shí)，繼電器處于圖示位置，故障注入裝置未接入系統(tǒng)，飛控系統(tǒng)所有監(jiān)控器處于抑制狀態(tài)；當(dāng)12V直流電壓打開(kāi)后，故障注入裝置接入，作動(dòng)系統(tǒng)回路由等效電阻替代，信號(hào)發(fā)生器將已測(cè)試的初始偏置電流值發(fā)送給電液伺服閥EHSV，飛控系統(tǒng)執(zhí)行復(fù)位操作保證所有監(jiān)控器處于抑制狀態(tài)，此時(shí)需要額外引入一路28V直流穩(wěn)壓電源為遠(yuǎn)程控制單元供電保證其處于正常工作狀態(tài)，避免前端飛控計(jì)算機(jī)識(shí)別故障后切斷遠(yuǎn)程控制電子電源。

4 應(yīng)用

在某型號(hào)鐵鳥(niǎo)飛控系統(tǒng)地面模擬試驗(yàn)中使用本文提出的故障注入方法開(kāi)展了振蕩故障試驗(yàn)，以幅值7.5mA及頻率10Hz的振蕩故障試驗(yàn)為例，具體的試驗(yàn)過(guò)程如下：

試驗(yàn)要求：被測(cè)對(duì)象為方向舵作動(dòng)系統(tǒng)；試驗(yàn)構(gòu)型要求方向舵三個(gè)作動(dòng)器均工作在主動(dòng)模式，對(duì)其中一路下方向舵作動(dòng)器回路中注入振蕩故障信號(hào)；系統(tǒng)振蕩故障信號(hào)要求為幅值7.5mA，頻率10Hz；系統(tǒng)檢測(cè)需求為振蕩故障信號(hào)注入0.4s內(nèi)，遠(yuǎn)程控制單元中的振蕩故障監(jiān)控器觸發(fā)。

試驗(yàn)過(guò)程：根據(jù)電液伺服閥EHSV的電流檢測(cè)結(jié)果，幅值7.5mA及頻率為10Hz的故障信號(hào)需要設(shè)置信號(hào)發(fā)生器的輸出幅值3.35V（已疊加初始偏置），輸出頻率為10Hz，檢測(cè)遠(yuǎn)程控制單元中監(jiān)控器觸發(fā)情況并記錄。

試驗(yàn)結(jié)果：振蕩故障試驗(yàn)如圖2所示，在振蕩信號(hào)發(fā)送后0.19s，系統(tǒng)檢測(cè)到振蕩故障，下方向舵作動(dòng)器的工作模式切換到阻尼模式，滿(mǎn)足系統(tǒng)檢測(cè)需求。

5 結(jié)論

本文提出了一種故障試驗(yàn)注入方法，根據(jù)型號(hào)試驗(yàn)中的應(yīng)用證明該試驗(yàn)方法可行且獲得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可靠。該方法具有通用性，在工程領(lǐng)域具有較高的實(shí)用價(jià)值，可以支持振蕩故障、瞬態(tài)故障及力紛爭(zhēng)故障等試驗(yàn)，可廣泛應(yīng)用于作動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)備研制或飛控系統(tǒng)的綜合驗(yàn)證試驗(yàn)中。

參考文獻(xiàn)

[1]孫峻朝， 王建瑩， 楊孝宗. 容錯(cuò)機(jī)制測(cè)評(píng)中的故障注入模型及應(yīng)用算法[ J] . 計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展， 1999， 36 （ 11） ： 13351341.endprint