某型飞机燃油系统容错控制策略研究

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摘要：本文介绍了容错控制的基本概念，在此基础上对容错控制方法进行了分析，并给出了某型飞机燃油系统的容错控制策略，提高了燃油系统的可靠性，改善了飞机的飞行品质。

Abstract: This paper introduces the basic concept of fault-tolerant control, on the basis, analyzes fault-tolerant control methods, and gives the fault-tolerant control strategy of the fuel system of a type airplane, which improved the reliability of fuel system and improved the aircraft's quality.

关键词：容错；容错控制；策略

Key words: fault-tolerant；fault-tolerant control；strategy

中图分类号：[TJ85] 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）02-0055-01

1容错控制介绍

容错（Tolerant）就是容忍错误，是指系统的一个或多个关键部分发生故障时，通过采取相应措施，能够维持其规定功能，或在可接受的性能指标下，保证系统继续安全完成基本功能。随后，容错技术得到迅速发展，并在化工、电力、冶金等行业得到了广泛的应用。容错既包括对人失误的容错，也包括对系统中关键部分发生故障时的容错，已成为提高现代设备质量了可靠性的重要手段之一。容错控制FTC（Fault-tolerant Control）的概念于1986年9月被正式提出。它的基本思想是利用系统的冗余资源来实现故障容错，即在某些部件发生故障的情况下，通过系统重构等，仍能保证系统按原定性能指标继续运行；或以牺牲性能损失为代价，保证系统在规定时间内完成其预定功能。

2容错控制方法分析

容错控制方法分为硬件冗余和解析冗余两大类。硬件结构可通过对重要部件及易发生故障的部件提供冗余备份或采用智能结构来实现故障容错；解析冗余是利用系统中不同部件在功能上的冗余性来实现故障容错。目前，基于解析冗余的容错控制发展成为两大类主要的方法：鲁棒容错控制和重构容错控制。

2.1 鲁棒容错控制鲁棒性是指控制系统在一定（结构或大小）的参数摄动下，维持某些性能的特性，可分为稳定鲁棒性和性能鲁棒性。以闭环系统的鲁棒性作为指标设计得到的固定鲁棒控制器称为鲁傣控制器。控制系统的各种故障都将导致数学模型的这样或那样的变化，当然希望设计一个固定的控制器实现对某些故障的容错，鲁棒容错就是这样一类容错控制方法。鲁棒容错控制器在设计时就考虑一些可能的故障，使设计的控制器在正常和故障状态下都能保持稳定工作或维持一定的性能，即利用系统的冗余关系，使设计的控制器对某些部件失效、传感器失效或执行器失效引起的参数变化不敏感。鲁棒容错控制的优点是故障发生时能够及时实现容错控制，不存在重构容错控制中因分离延时而引起的控制性能变坏的问题。但这种方法只能适应较少的几种故障情况，不可能用一个控制器实现对所有故障的鲁棒性，且往往以牺牲系统的性能为代价。

2.2 重构容错控制由于系统故障的多样性和对系统性能的高要求，鲁棒容错控制实现容错种类有限。为此可以设置一个在线故障检测与诊断机构，利用它对系统进行实时故障检测与估计，并根据故障诊断机构提供的系统故障信息，重新设计控制器，对故障特征进行补偿，以保证系统在故障状态下仍然能够获得良好控制效果，这就是重构容错控制。重构容错控制实现容错的方案有两种：一是在线重构，即根据检测到的故障状态重新设计控制器或故障补偿机构，适用于故障模式事先不确定，控制律需要在线调整的情况；二是离线重构，即根据检测到的故障把控制器切换到预先设计好的容错控制器，适用于事先知道可能的故障模式，控制律可以离线确定的情况。重构容错控制的设计方法只要实时而准确地检测和隔离出故障，就可以采用工程技术人员所熟悉的各种控制器设计方法重构控制器，但这种容错控制设计方法依赖于故障检测分离机构，而一般的故障检测机构都存在误检，即存在两种可能：一是把正常的部件当作故障部件造成虚警；二是把故障的部件当作正常的部件造成失检。

3飞机燃油系统容错控制策略

飞机燃油系统总的故障诊断与容错控制结构如图1所示。

其中，“执行机构”代表飞机燃油系统中接受控制命令后的执行机构，根据“容错控制”给出的容错控制策略向泵、阀等附件发出控制指令；“监控对象”为飞机燃油系统内所有的被监控对象，如各种泵、各种阀、各类传感器等；“故障检测与诊断”用于检测监控对象的故障信息，并对其故障原因、类型、部位和严重程度等做出判决；“容错控制”根据给出的故障情况采取不同容错策略；“数据库”存储系统中采集各类数据；“专家库”存储各种专家经验。

3.1 传感器发生故障时的容错控制油位传感器正常的情况下，用传感器值来显示油位。油位传感器出现故障时，在建立的油位传感器的预测模型准确的情况下，用预测值代替传感器输出，提供油位显示。

3.2 输油泵发生故障时的容错控制采用顺序输油，耗油顺序为：副油箱辅助油箱主油箱消耗油箱。在转输油过程中，一旦副油箱某输油泵发生故障，将关闭该泵，由另外一个泵继续执行输油，如果两个泵同时故障，转入辅助油箱输油；辅助油箱中输油泵的容错控制方法同上；消耗油箱输油泵一旦故障，只能通过主油箱和消耗油箱底部相连管路进行重力输油；同时打开引射源，开启引射泵，由引射泵连通备份油箱、辅助油箱和主油箱，通过主油箱向消耗油箱进行重力输油。

3.3 输油管路发生故障时的容错控制某型飞机共有3路输油管路。输油管路1发生故障时，关闭副油箱输油泵，开始辅助油箱输油；输油管路2发生故障时，关闭辅助油箱输油泵，开始与消耗油箱输油；输油管路3发生故障时，关闭主油箱输油泵，开始重力输油，同时打开引射源，开启引射泵，由引射泵联通备份油箱、辅助油箱和主油箱，通过主油箱向消耗油箱进行重力输油。

3.4 油面控制器发生故障时的容错控制加油过程中，油面控制器一旦发生故障，加油活门将无法自动关闭，这时程序发出指令，控制加油活门关闭。

4结束语

容错控制可很好地提高系统可靠性，通过合理设计某型飞机燃油系统的容错控制策略有效地进行飞机燃油管理，提高了其可靠性，最大限度地保障飞机燃油系统性能，保障飞行安全，提高其生存力。

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