飞行控制系统延时的分析方法

2022-03-23 09:23:01 | 浏览次数：

摘要：本文基于电传飞控系统的特点，对其飞行控制系统信号延时进行分析，辨识主要的延时环节和信号流传输途径，研究飞控系统信号延时的计算方法，并提出进一步减少飞行控制系统延时的方法。

关键词：飞行控制系统信号延时分析方法

中图分类号：V27 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）10（c）-0010-02

电传飞行控制系统已成为现代先进飞机的主要特点之一，与传统机械传动飞行控制系统相比，能大幅减轻结构重量、改善飞行操纵品质，同时也增加了信号传输的不确定性[1-2]。信号延时是影响闭环控制系统控制品质的重要因素，因此有必要对电传飞控系统信号延时做深入分析。

1 飞机飞控系统分析

某型飞机飞行控制系统以杆盘和方向舵脚蹬作为控制输入；以飞控计算机、作动器控制电子及远程电子单元为系统的控制核心；飞控专用总线用于控制核心之间的数据通讯，作动器数据总线提供作动器控制单元之间的数据通讯，ARINC429总线提供飞行控制系统与航电系统、飞机姿态传感器之间的通讯；以电马达、电液伺服作动器为执行部件。

1.1 基本工作原理

飞行员操纵指令由传感器转换为模拟信号，被送作动器控制电子，经作动器控制电子对其进行处理后，通过飞控专用数据总线发送到飞控计算机中。同时，作动器控制电子也接收来自外部传感器的数字信号，飞控计算机对接收到的信号进行校验，并用于控制律计算，生成控制指令发往作动器控制电子，每个作动器控制电子收到全部飞控计算机发来的控制指令，校验后控制舵面运动，从而实现对飞机姿态的控制。

1.2 飞控系统主要延时环节

（1）接收器接入和反锯齿滤波。

（2）作动器控制电子到飞控计算机传输延时。

（3）输入信号处理过程。

（4）控制律滤波。

（5）指令处理过程。

（6）指令传输延时。

（7）作动器动态特性。

2 飞控系统延时分析

2.1 信号传输路径

飞机的俯仰控制由升降舵和水平安定面实现，控制输入来自杆盘，传感器感应飞机状态及环境信息，所有输入信号由作动器控制电子采集，然后发送到飞控计算机，控制律计算出控制指令发送给作动器控制电子，远程电子单元控制舵运动，配平切断开关和人工配平开关直接向马达控制电子发送离散信号控制水平安定面的配平。俯仰通道信号流向如图 1所示。

飞机的滚转通道、偏航通道与俯仰通道的信号流向相似，不同点在于滚转通道远程电子单元控制的是副翼和扰流板，偏航通道的控制输入来自脚蹬，远程电子单元控制的是方向舵。

2.2 信号延时分析

以俯仰轴为例分析飞控系统的信号传输延时，延时可分为三个部分，分别是控制输入延时、控制器计算延时和指令输出延时。俯仰通道信号延时如图2所示。

在控制输入阶段，延时主要为AD采样延时和作动器控制电子对所采集的信号进行反锯齿滤波延时，控制输入延时为：。

控制器计算过程中，指令计算占用一个，作动器控制电子打包生成控制指令占用一个。飞控专用总线为单向通信，其传输速度为NFBusbit/s，作动器控制电子向飞控计算机发送的一帧信息为NData1个数据字（16位），飞控计算机向作动器控制电子发送的一帧信息为NData2个数据字（16位）。从接收到处理信息最长可能等待一个周期。所以飞控专用总线传输延时分别为：，。

控制器计算延时为：。

指令输出过程，作动器数据总线采用命令-响应方式的握手协议，传输速率为NABusbit/s，一帧命令信息为NData2个数据字（16位），从接收到一帧作动器数据命令信息到处理最长等待一个周期，所以作动器数据的传输延时为：。

指令输出过程的延时为：。

综合得出俯仰通道的飞控电子延时T为：

因俯仰、滚转和偏航三个通道信号传输路径相似，飞控系统延时均为。

2.3 結论

经过以上分析，将此型飞机飞控系统参数代入述计算公式中进行计算，结果表明飞控系统延时在设计指标范围内，满足设计要求。

3 减少延时的方法

飞机飞控系统中各延时环节大致可分为信号采集延时、计算延时、发送延时和传输延时。为进一步减少系统延时，可采取以下方法。

（1）提高传感器采样速度降低信号采集延时。

（2）提高控制器时钟频率或缩短控制器计算周期来减少计算延时。

（3）提高总线传输速度和减小数据帧长度两个方法来减少传输延时。