分析飞行控制系统设计的特征结构配置法

[摘 要]飞机的飞行技术的完善是保证飞机安全运行的一个重要条件，科研人员不断的进行技术上的革新和研究，力求在现有基础上提高飞机运行的安全性。通过以某具体型号飞行控制系统为例，在对飞行控制系统的基本原理技能型论述的基础上，对系统设计过程中存在的典型故障以及解决故障的相关技术进行了论述和分析，给飞行控制系统设计工作提供参考。

[关键词]飞机 飞行控制系统 设计 特征结构

中图分类号：TJ765.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）21-0032-01

飞行控制系统是飞机的重要组成部分，是飞行控制算法的运行平台，它的性能好坏直接关系着飞机能否安全可靠的飞行。随着航空技术的发展，飞行控制系统正向着多功能、高精度、小型化、可复用的方向发展。高精度要求飞行控制系统的精度高，稳定性好，能够适应复杂的外界环境，因此控制算法比较复杂，计算速度快，精度高；小型化则对控制系统的重量和体积提出了更高的要求，要求控制系统的性能越高越好，体积越小越好。此外，飞行控制系统还要具有实时、可靠、低成本和低功耗的特点。因此，急需优化设计新型飞控系统处理软件。

1、飞行控制系统的构成与原理

1.1 飞行控制系统的基本构成

飞行控制系统主要包括三个基本回路，其中：导航回路，用以实现对飞机飞行轨迹的控制，又被称作为外回路；驾驶仪回路，主要用于确保系统的稳定性，确保对系统控制时具有稳定性特征，一般还被称作为内回路；伺服网路，该回路是控制命令的执行机构，确保控制系统的控制命令得以可靠执行，又被称作舵回路；驾驶仪回路，该回路是具有独立功能的分系统，不但能够保持飞机员设定的飞行姿态稳定飞行，同时还可以实现透明驾驶、自动配平等功能。

1.2 系统原理

在启动驾驶设备之后，驾驶计算机中的存储设备将对飞机的即时飞行状态进行记忆，并将之作为基准值。而飞机上各个部位设置的传感设备将探测得到飞机此时的姿态信息，并将这些信息实时的传递到自动驾驶设备的计算机当中。在和计算机设备中存储的基准值对比之后，对与基准值不符的相关数据通过发出飞行指令进行调整，从而达到控制飞行的目的。驾驶设备在工作过程中总需要保持控制系统处于完全平衡的状态，利用对飞机飞行姿态的控制达到是飞行误差为零的目的，或者是尽量使得飞行姿态稳定在一个相对稳定的基准值附近。

在飞行系统实现自动控制的过程中，传递函数f=B/（E―S）通常被称作是自动驾驶设备的控制律，系统的所有的控制指令都是基于这个控制规则发出的。根据PID控制理论，这个控制规则主要包括与偏差变化率相关的导数项、比例项和偏差积分项等几个部分构成。其中，比例项是控制规则的主要控制项，当飞机在飞行过程中若由于其他原因导致其偏离基准值过远时，飞行驾驶控制系统的计算机将发出与误差成对应比例的飞行姿态调整指令。但是，考虑到信号传递延迟以及飞机飞行过程中的惯性作用，飞机执行机构在响应指令时刻的飞行姿态已经发生了对应的变化，这将导致飞行姿态控制命令存在对应误差。所以，为了控制这种变化，系统控制规则中的导数项，则是通过增加系统的阻尼的方式，对飞机的飞行姿态进行调节，控制飞行姿态调节过程中的调节质量。所以，在实际的飞行控制系统设计过程中，为了避免出现飞行姿态变化过大、控制常值扰动等问题，通常在系统设计过程中引入一个对应的积分电路，通过其驱动与之并联的舵机来达到积分控制的目的。然后利用它来对存储在计算机中的姿态基准进行适当修改，进而实现对驾驶设备的比普配平。

2、飞行控制系统设计过程中存在的典型故障

2.1 飞行控制系统性能故障诊断流程

在故障诊断模块中，采用故障树最小割集的Fussel方法对飞行控制系统的故障进行准确定位。首先将飞行控制系统的被检测组件插件的故障树结构存入故障库中，在故障检测过程中通过不断更新换测试点实现对飞行控制系统的全方位检测。然后再将测试结果与故障库中的各种标准情况进行对比分析，并且快速的找出导致被检测组件出现故障的各种原因，此时系统会对这些原因进行逐一的判断和分析，并且最终找出产生故障的真正原因以及故障出现的部位和具体的元器件。其中值得注意的是，故障库中的故障树的结果都是在综合大量的故障检修记录以及分析电路原理的基础上产生的，因此具有很高的准确性和可靠性。

2.2 扭矩信号接口的不匹配问题

同样在对系统进行地面通电检查时，发现控制系统的扭矩信号显示值和正常值之间存在一个0.03左右负偏差。在对飞行控制系统的计算机进行拆除重装之后被解除。通过对该问题的分析和观察，认为由于发动机参数系统与飞行控制系统采用一个共用的扭矩传感器对扭矩信号进行输出。但是，两者之间存在着接口不匹配的问题。这主要是因为，飞机扭矩传感器设备发出的信号是小信号，其负载能力和电源负载能力相比，差距较大。例如，扭矩传感器的内阻是500Ω，而飞行控制计算机等效电源的电阻值则达到了20kΩ。

另外，在设计飞行控制系统的过程中，为了确保飞机安全飞行，设计时引入了扭矩信号。而飞行控制系统则是利用得到的发动机扭矩信号的和值发出对应的控制指令的。一旦该值超过95%时，自动控制系统将会自动切断，确保飞行控制系统不会对飞行安全造成影响。同时，为了确保其与发动机参数系统的接口相协调，一般采用根据发动机参数系统进行双发扭矩和的计算，当该值超过95%时，将发送信号给飞行控制系统。这样就很好的解决了接口不匹配的问题。

2.3 自动驾驶系统舵机抖动问题

在地面通电检查工作中，在连通三轴自动驾驶设备时，驾驶系统的舵机发送剧烈抖动的故障问题。在连通自动驾驶系统之后，自动驾驶计算机内部的存储器记录了连通瞬间飞机的姿态值，并将之作为基准姿态。这时，自动驾驶系统将尽量将飞机的飞行姿态控制在基准值附近。而舵机出现抖动，主要原可能为：其一，自动驾驶系统的相关部件存在相关故障，致使驾驶结构响应过程中出现对应的故障反应；其二，传感器在单元信号的输出过程中存在故障，例如传感设备的输出信号的发射呈现持续跳动时，舵机将对应的发生抖动；其三，存在电磁干扰问题，由于逻辑处理单元在逻辑命令输出过程中，受到干扰，导致机构响应出现误差，造成舵机抖动。

从该型飞控系统的实际使用情况来看，整个系统设计的功能较多，而且各个功能之间存在较大的关联度，导致系统设计工作十分庞杂。因此，在设计过程中还可以将可靠性技术应用到其中，提高飞控系统的整体可靠度。

参考文献

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