【毕业学位论文】模糊数学在飞行控制系统故障诊断的应用-导航、制导与控制

中国民航大学硕士学位论文模糊数学在飞行控制系统故障诊断的应用姓名：黄海涛申请学位级别：硕士专业：导航、制导与控制指导教师：张鹏20070220中国民航大学硕士学位论文摘要在当今激烈竞争的航空运输市场环境下，增收节支是航空公司生存和发展的关键。由于飞机维修成本几乎“吃掉”航空公司近20的营业额，因此降低飞机维修成本是航空公司节支的重要渠道之一。是依靠空中客车公司发布的排故手册，根据手册提供的故障隔离步骤，依次排除各种可能原因，直到找到故障所在为止，但是严格按照手册进行排故是非常烦琐的。另一种方法是利用航空公司已经积累的维修经验，采用各种方法对出现故障在经验库中进行智能查询，大大缩短了排故时间，并且节约了维护成本；但是由于该方法的算法种类繁多，需要投入大量人力和时间，缺乏更广泛的应用。本文基于析了飞机系统故障诊断的特点，建立了针对飞行控制系统的故障诊断系统，建立了数据库服务器进行远程访问。应用模糊数学的方法建立了专家系统，使飞机故障诊断系统更具有实用性和科学性，为飞机故障诊断提供一种比较有效的方法。关键词：控系统，数据库，模糊数学，it is to s 0 of of is to by is it he is to of by of in of it is to nd of he of QL y fu=y to up on 320a of 320，国民航大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国民用航空学院或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：董渔盘日期：中国民航大学学位论文使用授权声明中国民用航空学院、中国科学技术信息研究所、国家图?传馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布(包括刊登)论文的全部或部分内容。论文的公布(包括刊登)授权中国民用航空学院研究生部办理。研究生签名：茎!盘鱼导师签名：垒汹期：中国民航大学硕上学位论文11民航机务维修现状第一章绪论民航是现代交通运输的重要部门，发展国民经济的重要领域，又是高技术、高投入、高风险的行业。民用航空活动是通过航空器在空中的飞行实现旅客、货物、邮件的位移和完成工业、农业以及科研、抢险、救灾等任务。航空器在空中的运动较之其他运输工具在地面、水面的活动，风险更大，遇到特殊情况更难处理。自改革开放以来，我国民航业迅速发展。目前的形式特点是：航空公司多，机队规模小，机型多，经营管理水平和维修能力未能适应发展的需求，特别是一线维修力量即外场维修薄弱，应引起维修管理者和民航运输业领导人的充分关注。1)航空维修理论概述【航空器部件维护、修理、检查、更换、改装和排故的总称。它具有多因素、多变动、多目标的特点，是完成飞行任务的重要技术保证。随着航空器技术设备的日益复杂和机队的扩大，航空器维修对航空器使用的安全性、有效性和经济性，愈来愈产生重大的影响。按照“民用航空器维修许可审定的规定”，对民用航空器和或其部件的维修工作分类为：校验、改装、修理、翻修、航线维修和定期检查。航线维修本来的界定，是指对民用航空器的短停(过站)、航行前、航行后的维修。相对于结构检查被统称为内场修理，航线维修和定期检查统称为外场维修。2)我国航空维修业的发展【2】改革开放以来中国民用航空业持续，快速发展。中国民用航空作为我国通向世界的桥梁，一直是我国经济发展最快的行业之一。民用航空维修业也迅速崛起，航空维修已经成为了一门综合性的工程技术科学。我国航空器维修的发展主要经历了以下阶段：初始阶段(二十世纪初)，专职维修人员和专门维修机构从无到有的发展起来。新中国建国初期至70年代，维修方式和维修组织在原苏联模式的基础上走自己的路。70年代后，维修方式的演变和维修组织逐渐与国际接轨。3)航线维修论文中所提到的专家系统针对航线维修。航线维修属于外场维修，外场维修是航空器维修工程系统中的一个环节，是民航运输生产的重要组成部分，对保证航空器的持续适航，民航运输的安全正常，提高民航企业的经营效益和竞争力，都具有极大影响。外场维修的工中国民航大学硕保证航空器准时正常运行，对及时掌握航空器及其部附件的技术参数变化，对保证恢复航空器固有可靠性水平，保持航空器持续适航，对航空公司的运营安全和效益，都有极大影响。航线维修包括：航行前维护：每次执行飞行任务前的维护工作。航行后维护：每次执行完飞行任务后的维护工作。过站(短停)维护：执行过一次飞行任务，经过过站维护后和再次执行任务之间的维护工作。112 欧洲空中客车工业公司研制。该机采用最先进的设计技术和生产技术、新材料及先进数字式航空电子设备。它是世界上第一种使用电传操纵的亚音速民用客机，从起飞到着陆整个过程都由电传操纵系统操纵14】。由此可见，前中国民航共有800多架大型运输飞机，空中客车公司。2005年12月5日，空中客车公司与中国航空器材进出口集团公司在巴黎签署了订购150架造中国民航飞机订单史最高记录。目我国民航使用的的已经服役机的各类故障，尤其是电子系统的故障逐渐增多。因此，快速、准确、实用的智能故障诊断软件系统对及时排除飞机故障、提高飞机使用可靠性、保证飞行安全、降低运营成本具有重要的实际应用价值。同时，对自主研发飞机故障诊断系统也有一定的借鉴意义。由于飞机可靠性的日益提高，尤其像障的发生次数相应降低，一个维修人员体验随机故障的机会也越来越少，这样就会造成维修经验不足，从而导致当遇到特殊情况下的维修任务时，难以找到解决故障的关键，不能尽快的排除故障，极有可能影响正常的航班和飞行任务。另一方面，如：防火系统(燃油系统(液压系统(气源系统(等。这些系统间相互影响、相互制约、使维修人员对某一特定的部件排除故障时，既要考虑本系统的关系，又要处理与之相关的其他系统的影响。这样，维修人员单单依靠人类自身大脑的记忆、纸张的使用己经不能满足工作的需求。为此，需要研究部门利用特定的专业知识为维修人员提供技术支持，利用最新的科学技术解决实际中的问题，同时这种技术的应用应该能为维修人员和培训人员提供行之有效的学习和培训方式，使其维修知识和维修经验在日常的学习和工作中日益丰富。专业人士的经验对于机务维修工作有很大的帮助。凭借对飞机设备的深刻了解和几十年的工作经验，专家可以在很短时间内判断故障所在和排故方法。但是聘请专家进行日常维护价格昂贵，无法对每一班次的维修进行维护。2中国民航人学硕上学位论文查询历史维修记录，参考已有的维修经验进行飞机故障诊断和维修是机务维修人员最普遍使用的方法。维修工程部门，甚至机务人员个人都或大或小的建有自己的历史维修记录数据库，机务维修人员都是参考这些历史维修经验，迅速进行故障针对和排除故障。但是这些经验数据记录方式的不同，存储数据库选择的不统一，不仅为检索查询带来不便，也为在整个航空公司进行信息共享带来困难。计算机技术已广泛应用于现代民航飞机上，空中客车公司提供的用于故障诊断的手册主要有：飞机原理图手册飞机维护手册飞机线路图手册故障隔离手册。在航线维修时主要使用于这些电子资料内容繁多、缺乏针对适合维护排故特点的界面，在航线排故时使用不便、效率不高。对一个在现场工作的维修人员来说，飞机一旦发生故障，想利用这些软件资料在短时间内正确、迅速地找出故障原因及解决方法是比较困难的。怎样合理利用飞机厂家提供的各种资料，结合日常维修工作中积累的经验为维修人员提供结构合理、快速准确、易于使用、界面友好的故障诊断软件系统，是迫切需要解决的问题。如果在每一台终端机上都建立故障数据库，不但成本高，难度大，而且不利于资源共享和实时更新，所以建立一个数据库服务器，通过客户端访问数据库是一个非常行之有效的方法。113外场维修的排故流程一般情况下外场机务维修的排故流程如下【5】；步骤l：飞行员确认故障并写出飞行员报告(描述故障现象、故障性质(短暂、持久等)、驾驶舱效应(及出现故障时的通道、工作方式和飞行阶段等。步骤2：根据务人员分析飞机的哪一个或哪些系统出现故障。步骤3：如果该系统能做机内自检测试(n 就在控制显示组件(查看相应系统的飞行故障历史(1录，看是否有同样的飞行故障或其它故障记录。步骤4：根据维护手册(排故手册(找相应系统的排故程序，如果必要，在终找出故障部件，并按后做相应的验证测试，确认己排除故障。步骤5：有些故障是间歇性的，不一定每次都能找到故障部件，这时可以按照放飞偏离指南国民航大学颈士学位论文12故障诊断和专家系统121故障诊断的基本概念【61故障诊断是根据设备运行状态信息查找故障源，并确定相应决策的一门综合性的新兴学科。这门科学从60年代一出现就受到人们的青睐，经过几十年的发展，已取得了长足的进步。从以信号分析为基础的一般诊断方法发展到以知识处理为基础的智能诊断系统。在能源、石化、交通、冶金、电子、军事等许多重要领域都得到比较广泛的应用。故障诊断包括诊和断两项任务。诊就是查找故障发生征兆的过程，断就是根据诊的结果做出相应的决策。现代故障诊断系统应有诊和断两个功能。故障诊断的重要任务是查找故障成因。包括系统层次问的纵向成因、子系统问的横向成因、间接成因及外部成因。产生系统故障的原因有：零部件恶化，包括设计不合理、质量不合格；固有特性恶化、元素之间的联系失调、系统工作条件不满足等。诊断出系统故障本源是装备维修的基础，也是故障诊断的终极目标。但由于受到特征信号观测手段、征兆提取方法、状态识别技术、诊断知识完备程度以及诊断经济性的约束，诊断层次要深入的程度受到限制。122基于知识的故障诊断方法7180年代后期，出现了基于知识的故障诊断方法。它既不需要被诊断对象的数学模型，又引入了被诊断系统的大量信息，因此有着很强的生命力。基于知识的方法又分为基于专家系统的方法、基于神经网络的方法、基于定性模型的方法、基于模糊的方法、基于模式识别的方法和基于故障树的方法等多种类型。它们除了开发、利用了启发性知识，并将启发性知识中的大量信息用于故障诊断外，还引入了学习机制和人机协作的工作方式，因此不但可以对故障进行预测和定位，还能够对故障定量、定因，使诊断的决策水平大大地提高了。其主要方法如下所述：1)基于专家系统的故障诊断方法专家系统是一种智能计算机软件，一般主要由人机接口、知识库、数据库和推理机组成，是人工智能学科的主要研究方向。基于专家系统的故障诊断将人们长期的实践经验和大量的故障信息知识归纳成计算机能够利用的规则提供给知识库，并将被诊断系统的实时数据供给数据库，专家系统通过综合运用知识库中的规则对已有的知识及数据库中的数据进行推理和分析，就可以查找到最终故障或有可能的故障。并且，专家系统还可以进行自学习，当它的假设故障被否定后，就会自动修改推理策略，专家系统就能够不断地完善，更准确地寻找到故障源。使用专家系统进行故障诊断可以达到准确的诊断效果，并已经有大量应用。但是，专家系统解决问题的能力依赖于知识库的质量，而知识获取及不确定性处理是目前建造专家系统的瓶颈问题。2)基于人工神经元网络的故障诊断方法人工神经元网络(于能够大规模并行处理、分布4中国民航大学硕士学位论文式存储信息，且具有自适应学习能力，因此是一种能快速处理信息、鲁棒性强大、智能的故障诊断方法。更为重要的一点是于大部分自动控制系统都是非线性系统，而且难以建模，用本身就是非线性映射的是网络内部的知识表达方式不明确，学习时不能利用己有的经验和知识，且对训练样本的可靠性依赖较大。因此，近年来的常见应用都是将模糊方法构造网络，使网络中的权值具有明显意义，用习的结果改善原来的规则，进行优势互补。3)基于定性模型的故障诊断方法近年来在欧洲基于定性模型的方法受到了广泛的重视。它主要有两种手段，其一是定性仿真，其二是知识观测器。定性仿真方法首先使用一组表示系统物理参数的定性变量和一组表示各参数间相互关系的定性微分方程构成定性模型，然后将系统的结构描述为状态转化图，以确定从给定的初始状态出发得到的当前系统状态。在基于知识的方法中的知识观测器类似于基于数学模型方法中的状态滤波器和卡尔曼滤波器。知识观测器主要由四部分组成：定性模型、差异检测器、候选人产生器以及诊断策略。其中定性模型是核心部分，它运用定性仿真或符号有向图进行推理，用于预测系统的行为。由于它简化了知识获取的过程，因此比传统的专家系统方法更为简洁。4)基于模糊的故障诊断方法基于模糊的故障诊断方法适用于系统状态及故障状态具有不确定性，并可采用模糊集描述的情况。其主要方法有四种：基于模糊模型的故障诊断方法，基于自适应模糊闭值的残差评价方法，基于模糊聚类的残差评价方法和基于模糊逻辑的残差评价方法。但在实际应用中，一般不单独使用模糊方法进行故障诊断。5)基于模式识别的故障诊断方法基于模式识别的故障诊断方法需要大量的有关故障的先验知识，还要做大量的故障仿真实验，且对新颖故障不能准确诊断，但是特别适合于复杂故障的情况。这种故障诊断方法首先要选择出能表达系统故障状态的向量集，作为故障模式向量。然后从模式向量中提取对故障状态最敏感的特征参数，构成故障的基准模式集。最后形成判别函数，用以识别系统目前状态属于哪种故障状态。若要系统能诊断新的故障，必须通过自学习增加基准模式集。13本文内容及其创新点131本文主要内容本课题研究了习模糊数学在故障诊断方面的应用，以及通过是数据库技术、计算机技术、模糊数学方法和飞机中国民航大学硕十学位论文飞控系统相结合应用的产物。若要成功地建立飞控系统故障数据库及模型仿真研究，需要对飞控系统的故障相关内容、部件组成部分、部件工作特性等方面有一个清晰的了解。本人通过查阅大量的相关资料和英文手册，成功的完成了本课题的研究工作。本文主要是对所作研究工作的一个概括总结，具体地说，主要做了以下几方面的工作：第一章：介绍本工作原理和不同的工作方式，并分别结合课题所需的电子组成部分作必要的总结和说明。第二章：描述针对要概括了应用程序框架的知识内容及创建需求，并分别进行了各部分的概要说明。第三章：研究模糊数学在各种不同故障诊断系统的应用，针对飞控系统自身的特点，采用不同的处理方法对故障诊断系统进行测试，验证，并对结果进行总结。这是本文的重点和难点。第四章：讨论作为数据库系统功能实现的前提和基础，在整个课题中占有重要的角色，是本课题的一个重点内容。第五章：详细阐述了本课题的最终研究成果予以全面的介绍。132本文创新之处通过采用模糊数学，专家经验结合可靠性分析的方法对日常发生的故障定位，对故障信息进行全面的分析，并给出一个较为客观的结论。此方法既避免了模糊数学诊断的不确定性，又利用了专家经验的准确性，并且应用可靠性分析进行辅助。有助于建立具备世界先进水平的飞机维修故障诊断支持系统，通过手段的现代化，提高维修工作的信息化、科学化、智能化程度，提高工作效率和经济效益。6中国民航丈学硕士学位论文第二章飞行控制系统简介211飞行控制系统现状及发展飞机飞行控制系统是飞机重要的组成部分，自动飞行系统是其主要功能之一。早在十九世纪末，人们就尝试过用伺服驱动和自动反馈保证飞行器纵向的稳定性嘲。在早期的飞控系统中，人是一个非常重要的组成部分，如图21：图21早期飞行控制原理驾驶员用眼睛观察到仪表板上陀螺地平仪的变化。大脑做出决定，通过神经系统传递到胳膊和手，操纵驾驶杆，使升降舵偏转产生相应力矩。随着自动控制不断发展，敏感元件，放大计算装置和执行机构三部分在某种程度上可以替代了驾驶员来控制飞机，自动驾驶仪诞生了，如图22自动驾驶仪闭环系统。?。： I： 自动驾驶仪 ： ：图22自动驾驶仪闭环系统60年代以的自动驾驶仪均以舵机回路的稳定系统为主，配合较少的输入指令(例如转弯、升降、高度保持等)去操纵飞机。后来发展了配合无线电导航，惯性导航的倾向指令输入，增加了外回路控制部分。要求实现自动进近和自动着陆进一步扩大了外回路控制部分，并且和自动油门结合后形成了较为完整的自动飞行控制系统(这时是航迹选择和保持，加上俯仰，速度选控和保持的自动系统了。此时方式控制板成为不可缺省的部件。提供方式选择和指令输入，工作方式的记忆和指示等功能【91，可以说自动飞行控制系统是在60年代中逐步发展起来的，70年代是模拟式0年代开始了字化的合起来，飞行方式的显示安排到且在显著位簧(屏幕上方或右上，左上两角)出现，以提高驾驶员的觉察性。数字化的合起来，某些外回路的指令生成可由字化杂控制律的软件实现，余度技术、容错和重构技术相继采用，使速度控制相结合下已经成为能够实施多维导航的飞行自动化系统了。数字化造了条件。80年代是数字式始从模拟电子系统转换成数字电子系统。得力于先进的计算机技术和余度技术。电传飞行控制系统(始发展起来，90年代过广泛的争议和使用实践，使得人们对1988年空中客车公司开始在A320飞机上采用995年波音777飞机上也采用了为0l。目前光传飞行控制系统(在实验阶段，光传控制系统(在某些辅助操纵系统和发动机控制系统上获得应用，21世纪初12电传操控系统电传操纵系统不单是用电线代替操纵杆系就可以了，它还具有计算机，计算机接收飞行员的控制输入以及传感器测得的飞机状态反馈信号来计算对舵机的指令。正因为在飞行操纵系统中引入了计算机和反馈信号，使系统性能产生了质的飞跃，因而电传操纵系统称为电传飞行控制系统似乎更为合适。 电传飞行控制系统不仅重量轻，操纵中没有因摩擦引起的滞后，可减少维修量，而且还可以通过放宽静稳定性(可提高机动性，减小配平阻力)、阵风减载、机动载荷控制、机翼和机身结构振型的阻尼及颤振抑制等主动控制技术提高飞机的性能【8l。最早采用电传飞行控制系统的飞机是美国的，当时因数字计算机技术还未发展到一定水平，因而采用了模拟式电传系统，为保证安全可靠采用了四余度结构。但因模拟系统的计算能力有限，使飞机性能受到一定的限制。故美国后来的和国外新研制的一些飞机都采用了性能更好的数字式电传系统I”J。电传飞行控制系统的试飞至关重要，电传飞行控制系统虽然具有很好的性能，但由于它是一种高增益系统，与普通飞行操纵系统有着本质的不同，容易由于其本身的变化或外界条件的改变突然产生飞行员诱发振荡。因此在设计时不能片面追求操纵性能，更要注意使它不易产生飞行员诱发振荡。对电传飞行控制系统必须进行彻底模拟和分析，找出一切隐患。电8中国民航大学硕士学位论文传飞行控制律在变稳飞机上试飞是发现飞行员诱发振荡的重要手段。美国在前，电传飞行控制系统正在向自适应飞行控制系统的方向发展。美国早在60年代初就对自适应飞行控制系统作了试飞。以后在不断进行研究和试验，但始终没有在生产型飞机上使用过，究其原因可能是性能还不够完善。但未来随着马赫数高达68的高超音速飞机的到来，以及为减小阻力和提高隐身特性的无尾飞机的出现，飞机的气动特性变化范围很大，用常规飞行控制方法很难胜任，必须采用自适应控制。而且，军用机在作战中部分控制面被打坏或民用机个别控制面因故障而不能工作，这时也需要自适应控制系统自动诊断故障并进行重构。新一代的自适应飞控系统由于计算工作量很大，将采用并行处理和神经网络技术，并将采用光纤来传输大量数据，由电传飞行控制系统发展成光传飞行控制系统【l“。22 有飞行控制面由飞机三个独立的液压源驱动，而且都由电信号控制。滚转轴和升降舵单独由电控制，而可配平水平安定面(方向舵则由电和机械混合控制，故在电气全部发生故障的情况下，仍能对行员的主俯仰和滚转控制无机械连接，靠侧驾驶杆实施控制。因为对电传系统的余度设计有更高的要求【13】。统的作用是把翼根处由阵风引起的总的对称向上弯曲力矩(由阵风载荷与1小15，从而减轻机翼根部的结构。系统采用安装在机翼中心线上的垂直加速度计，加速度计信号先通过一个抗混淆滤波器，然后经飞控计算机送到阵风减载控制面(副翼和两个外侧扰流板)舵机，通过控制面的偏转来减轻阵风载荷【14】。主飞行控制系统采用了7个数字计算机：2个供升降舵，副翼和所有轴提供正常控制律(为四通道系统)；3个供扰流板、升降舵和能计算重构的控制律；2个过偏航阻尼器提供方向舵控制，也能计算方向舵行程限制和方向舵配平控制。涉及的计算机包括：2个3个2个12个1 个升降舵面，2个水平安定面，1个方向舵，0片扰流板，4个襟翼。其所在位置如图23：9中国民航大学硕士学位论文幽23 行控制舵面幽依照三个基本轴：纵轴、横轴、竖轴，来控制飞机的飞行姿态。滚转控制：使用副翼、襟副翼和扰流板来控制飞机相对纵轴的姿态角，在飞机倾斜转弯时两侧机翼上的副翼、襟副翼向相反方向转动，扰流板只在下倾的机翼上伸展，上仰机翼上的扰流板不动。俯仰控制：使用水平安定面和升降舵来控制飞机相对横轴的姿态角。水平安定面控制常时间的俯仰变化，升降舵控制短时的俯仰变化。偏航控制：使用方向舵来控制飞机相对竖轴的姿态角。方向舵有一个下垂片来增强方向舵的控制作用。减速装置：主飞行控制系统也包括减速装置。除了进行滚转控制之外，扰流板在空中和地面也充当减速装置，它们在两侧机翼上展开以增加飞行阻力达到减速的目的【”l。221 可以采用自动驾驶功能控制。每一个副翼由两个伺服系统驱动，所接收的指令由自的动力来自于不同的液压系统。计算机控制副翼，改变其角度，从而带来姿态的变化。在正常情况下，制副翼；果出现多重故障导致副翼的两个伺服系统控制失效，伺服器自动切换至阻尼模式，此模式也用于液压动力失效情况，如图24所示：学位论文r一_r一晶2 t I。】lt 2毒2舭图24副翼及扰流板控制示意图五个扰流板分别完成不同的功能：#2一#5，在滚转运动中，作为滚转扰流板；#2一#4，减速扰流板：#1-#5，地面扰流板。滚转扰流板可由侧杆控制器控制，减速然流板可由控制杆手动控制或者在自动飞行模式中自动控制。相关控制规律：滚转控制主模式：飞机滚转动作根据优先逻辑模式由控制副翼，扰流板#2至#5和方向舵完成。在飞行时，系统完成对滚转控制和包线保护等工作。为了飞行时的稳定性，仅允许最大33度的滚转角度和荷兰滚转阻尼。飞行中所完成的滚转角度变化取决于地面空中的情况，空速和飞机配置。在地面时，操纵杆位置和副翼角度、扰流板偏移位置之间关系是固定的。方向舵可以直接由脚踏板或者配平开关控制。滚转控制次模式：飞机滚转动作根据优先逻辑模式由控制副翼和扰流板#2至#5和方向舵完成。但是在飞行中，所完成的滚转角度变化仅取决于飞机配置。(某设备故障，仅通过剩余设备完成滚转)222 倾后倾)控制中，计算机称变化。每一个升降舵由两套电子液压系统驱动。升降舵：飞机倾斜控制由两个机械上独立的升降舵完成，升降舵可由侧杆手动控制，也可在自动飞行功能中控制。一个升降舵由两个电子液压伺服系统驱动。】下常情况下升降舵由他处于备用状态。如果据以下优先顺序选择计算机：果伺服系统与计算机失去联系(电子控制失效)，伺服系统自动切换到一种“中间”模式使舵面处于中间位置。如果伺服器的液压系统故障，阻尼模式自动打开，如图25：中国民航大学硕士学位论文B辑一2 2 ， 2呻1隹L2t 2曼善125升降舵及水平安定面控制示意图水平安定面：倾斜的配平功能由水平安定面完成。正常情况下，配平由自动驾驶功能完成。在地面或者自驾失效时，配平必须使用手轮手动完成。自动模式控制环上有一个压力感知设备，在紧急情况下，驾驶员拨动手轮，感知压力阀门则迅速跳开，切换至手动模式。相关控制规律：倾斜控制主模式：飞机倾斜动作根据优先逻辑模式，通过侧杆控制器控制升降舵和可配平水平安定面完成。倾斜控制要求负载量和倾斜角度反馈至计算机，所需的变量从地面空中情况，高度。空速和飞机配置获得。包络保护包括大角度转弯保护，负载限制(不可过载)和空速保护，使飞机处于十分稳定的状态。倾斜控制次模式：飞机倾斜动作根据优先逻辑模式，通过侧杆控制器控制升降舵和可配平水平安定面完成。但是在飞行中，所完成的倾斜角度变化仅取决于飞机配置。 (某设备故障，仅通过剩余设备完成滚转)倾斜控制直接模式：飞机倾斜动作根据优先逻辑模式，通过侧杆控制器控制升降舵完成。但是在飞行中，所完成的倾斜角度变化仅取决于飞机配置。时自动配平。223 向舵主要任务是完成飞机的偏航工作。它被三个伺服系统驱动，由脚踏板手动控制或者由在自动飞行模式下由果控制失效，在控制回路上的螺线弹力设备将方向舵至于中心位置。每次方向舵控制的力度，位移门限由正常情况下，配平执行器，偏航阻尼系统和航自动控制是由向舵完成主要的飞机偏航工作，它由三个伺服系统驱动。在自动飞行状态时，方向舵由制。方向舵的配平执行器，偏航阻尼伺服系统和包线保护是由如图26所示：12中国民航大学硕士学位论文23 m图26方向舵控制示意图自动飞行系统(1称着电子技术的发展，已经实现了高度的集成化。很多大大减少了维护时间，提高了安全可靠性【161。套设备有一台台图27。以由侧杆给推力秆给27 包括2台台0通道的中每个计算机内部都有一个指令部分和一个监视部分。231 l 7】根据算出飞机当的实际位置，速度，高度，航向等。它还完成导航，性能优化，无线电导航调谐和信息显示管理，它计算的数据通常为飞机实际数据与飞行计划数据)进行比较及生指令数据给用于偏航阻尼，方向舵配平，方向舵行程限制，飞行包络保护。是飞行员与行员可以在以根据地面指令或和实际情况选择时地控制飞机。是机组与起飞，飞行员在机将沿着这个计划作横向飞行，并且在可在32眦横向功能：它使用的数据一部分由导航数据库来提供，另一部分由体内容有：飞机位置确定，着横向飞行计划的指引计算；纵向功能：它使用的数据大部分由性能数据库提供，另一部分由飞行员从体内容有：优化速度计算，目标速度计算，性能预测即在未来某一点所需时间，油量，当时高度等。沿着垂直方向的指引计算。2)过常操纵飞机的方法是使用图28所示。图28蹦，控制飞机的俯仰，横滚和轴向偏航等。按钮灯亮，同时)。图210，在实际值与基准值比较后，产生地面情况下，为便于维护，不须液压。当一台发动机启动，210 时飞行中，当时飞行员起监视作用。当行员可根据)A算出发动机控制的信号从图212起飞方式或复飞方式下(飞行中，过大仰角(探测到。在飞行中，力手柄能人工操纵，推力杆实时位置信号送至A力杆一直保持在“，体发动机推力由33 观数据库装载数据库包括：导航数据库和性能数据库。导航数据库是定期装载的，周期为28天，性能数据库在在行计划的初始化，无线电导航台的输入和检查，性能数据输入(R，中如图212。图212 飞机飞至减退力高度时，飞行员即可把推力杆收到“，此时A飞机着落静，音响产生“飞行员把推力杆由推力杆上的A一时间只能衔接一部在是一部工作，另一部为备份状态。在飞机着陆后，控制飞机在跑道中心线上。16中国民航大学硕断开一定的力作用在侧杆上；(仅在地面上)一定的力工作在方向舵脚蹬上；按压侧杆上超控优先级按钮。234 个计算机都有们通过213所示。l r 。 I l l I 3 行区域存储器能存储30条飞行故障。地面区域存储器能存储3条地面故障，它在每次地空转换过程中清除：)检查得到排故数据。3)安全测试在长时间的电源中断之后，当飞机一上电，即起电测试。此自测试除，都只能在地面进行。在此自测试过程中，不应在正常情况下(飞机有电源)，如要进行此项测试，必须：飞机在地面，发动机停车(仅液压)；拔出相应计算机跳开关；等15秒(然后合上跳开关；等1分钟就会产生安全测试结果。17中国民航大学硕士学位论文24飞机故障特点I)飞机故障主要有以下几方面的特点【191：大多数飞机零部件所发生的故障是随机的，不存在固有失效率。由于大部分故障来自环境和人为因素，而这些因素本身就是随机的，所以大多数航空失效零部件在正常的使用寿命内不存在确定的固有失效率。如60年代初美国联合航空公司对大量航空式小零部件的失效特征进行了统计，发现多数零部件的失效静可用时间几乎没有一个固定值“大多数电子器件在正常的工作寿命内不存在有效的固有退化机理，所以不可能有固有失效率”。 飞机总的故障率遵循“浴盆曲线”在飞机使用初期，其各个零部件的性能参数处于调试和工艺磨合阶段，性能参数变化较大，工作不稳定，总故障率相对较高；随着飞机飞行时间的增加，其各个零部件完成调试和工艺磨合后，其性能逐渐稳定，总故障率有所下降，发生的故障主要是机载电子设备的可靠性故障，随机性较大；当飞机使用时间超过经济寿命的75以后，由环境因素导致的磨损、腐蚀和疲劳等效应日趋严重，损耗性故障越来越多，总失效率又开始上升。故障机理复杂现代民航客机综合应用了机载、电子、计算机、自控、自检技术等多学科的先进技术，是一种大型复杂机电设备，各系统工作原理的多样性导致了其故障机理的复杂性。如以电子设备为主的通讯系统和以机械设备为主的起落架系统发生故障的机理肯定不同。并发故障发生可能性大飞机系统的复杂性决定了其故障的综合性特点，某条原发性故障的发生都可能存在多条潜在的引发故障，所以他是个多故障并发系统。2)飞机故障诊断的特点【201故障诊断必须满足适航要求民用航空，包括民用航空器的设计、制造、使用和维修，始终处于有关国际组织和各国法规的严格控制之下。例如，我国管辖民用航空维修的适航规章主要有：用航空器运行适航管理规定和用航空器维修许可审定规定。飞机故障诊断时，适航要求主要体现于飞机制造商提供飞机维修手册故障诊断涉及的结构层次有所提高由于模块化、集成化的提高，空客般当故障源查到某一部件需要整体更换此部件或调整此部件的参数才能排除故障时，故障源查到此一层次已满足要求，不一定需要查到元件级。诊断时间要求紧大部分故障发生在飞机正常营运过程中，航空公司为了减少因航班延误或取消带来的损失，要求诊断工作尽量在短停、航前或航后维修时间内完成，时间要求紧。18中国民航大学顾：断工作的难点集中于故障诊断学的诊断逻辑部分随着飞机故障信息学的发展，系统特征信号及故障征兆的提取可以由飞机机载设备自动完成，大多数情况下无需维修人员的参与。因此，其故障诊断难点集中于故障诊断学的诊断逻辑部分，即如何根据故障征兆确定故障原因。中国民航大学硕士学位论文31故障诊断模糊性第三章基于模糊数学的故障诊断在现代电子设备的在线监测和故障诊断系统的研究过程中，一个比较关键的问题，就是设备状态特征量及故障征兆的提取问题。当利用电子设备在运行过程中的状态信号来提取故障征兆、1谚别和评价电子设备所处的状态或故障时，由于电子设备的固有特性和搜集信息量的不足，因而存在着不确定性，它表现为随机性和模糊性。随机性是由于事物的因果关系不确定所造成的，模糊性是由于事物在质上没有确切的含义，在量上没有明确的界限。造成事物呈现亦此亦彼的性态，这些性态的类属是不清晰的，是事物划分上的一种不确定性121l。对于既有随