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作者：鄭曉敏

  隨著現(xiàn)代航空工業(yè)的發(fā)展和國(guó)防對(duì)飛機(jī)性能需求的不斷提高，大量先進(jìn)的機(jī)載設(shè)備不斷更新裝備到飛機(jī)上，使飛機(jī)向多電、全電方向發(fā)展。機(jī)載電源系統(tǒng)作為飛機(jī)重要的功能系統(tǒng)，故障時(shí)會(huì)使大量機(jī)載設(shè)備處于斷電或應(yīng)急工作狀態(tài)，可能導(dǎo)致控制系統(tǒng)失控，有時(shí)甚至?xí)�危及飛行安全．，但是系統(tǒng)故障是不可避免的，如何又快又好地分析判斷故障，對(duì)于機(jī)載電源系統(tǒng)的維修和保證飛機(jī)的飛行安全具有十分重要的意義。

  因此，從系統(tǒng)理論出發(fā)，結(jié)合當(dāng)前飛機(jī)的現(xiàn)狀，采用故障樹分析法，建立飛機(jī)電源系統(tǒng)的故障樹模型，再利用故障字典技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)載電源系統(tǒng)的故障診斷，為空地一體化的飛機(jī)健康診斷和維護(hù)提供數(shù)據(jù)和信息的支援。

1  故障字典技術(shù)

1.1  故障樹與故障字典

  故障樹是表示故障發(fā)生和故障傳播的一種邏輯模型，其建立的基礎(chǔ)是故障樹分析法。故障樹分析法( Fault Tree Analysis，F(xiàn)TA)是一種將系統(tǒng)故障形成的原因由總體至部分按樹枝狀逐級(jí)細(xì)化的方法。通過對(duì)可能造成故障的硬件、軟件、環(huán)境或人為等因素進(jìn)行分析，表示為系統(tǒng)（或設(shè)備）的特定事件（即頂事件）與其各子系統(tǒng)或各部件故障事件（即底事件）之間的邏輯結(jié)構(gòu)，從而確定系統(tǒng)故障原因各種可能的組合方式及其發(fā)生的概率，并確定合理的故障檢測(cè)點(diǎn)。

  故障字典其實(shí)就是一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)將被用來(lái)對(duì)待檢測(cè)的系統(tǒng)（或設(shè)備）進(jìn)行故障診斷。故障字典法診斷故障的基本思想是：首先提取系統(tǒng)或沒備在各種故障狀態(tài)下的系統(tǒng)特征，如系統(tǒng)內(nèi)各部件的工作狀態(tài)、測(cè)試點(diǎn)的狀態(tài)信息等，然后將特征與故障一一對(duì)應(yīng)關(guān)系列成一個(gè)字典。在實(shí)際診斷時(shí)，只要獲得系統(tǒng)或設(shè)備的實(shí)際特征，就可從故障字典中查出此時(shí)對(duì)應(yīng)的故障。

12  故障字典技術(shù)的工作模型

  從上文的表述可知：故障樹反映了基本事件——底事件與特定事件——頂事件的關(guān)系，而故障字典則反映了故障想象與故障原因之間的經(jīng)驗(yàn)，將故障樹與故障字典相結(jié)合進(jìn)行故障診斷的方法統(tǒng)稱為“故障字典技術(shù)”。故障字典技術(shù)的使用，有利于區(qū)分故障的等級(jí)、鎖定故障的范圍和描述故障的影響，以便確定故障的檢測(cè)點(diǎn)、及時(shí)定位故障部件、實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的快速恢復(fù)。

  利用故障字典技術(shù)完成系統(tǒng)故障判定的工作模型如圖1所示。

  在圖1中，可將系統(tǒng)故障判定的過程分為3個(gè)階段：第一個(gè)階段是故障字典的建立；第二個(gè)階段是結(jié)合故障字典實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)故障的判別；第三個(gè)階段是對(duì)判定結(jié)果的邏輯推理。具體步驟如下。

  1)建立故障字典。主要包括系統(tǒng)的FTA、故障仿真數(shù)據(jù)收集、提取特征、劃分故障模糊集、去冗余、生成故障字典等6個(gè)步驟。通過FTA鎖定系統(tǒng)通常遇到的故障行為，即作為系統(tǒng)故障診斷的范圍；對(duì)已確定的故障現(xiàn)象進(jìn)行仿真，以獲得各類故障現(xiàn)象的原始數(shù)據(jù)；然后從原始數(shù)據(jù)中提取故障相應(yīng)的特征，比如檢測(cè)點(diǎn)電壓、信號(hào)幅值等，實(shí)際系統(tǒng)由于各種因素的影響，系統(tǒng)響應(yīng)會(huì)與仿真的響應(yīng)值有一定的偏差，所以通過仿真獲取的相應(yīng)系統(tǒng)特征并不能直接使用，需要給這些特征一個(gè)容差范圍，對(duì)這些特征進(jìn)行模糊化處理并劃分模糊集，然后對(duì)多余的數(shù)據(jù)進(jìn)行去冗余處理，最終生成故障字典。

  2)系統(tǒng)故障判別。以故障字典為依據(jù)，結(jié)合系統(tǒng)BIT的信息，對(duì)當(dāng)前系統(tǒng)的工作狀態(tài)進(jìn)行分析，以確定系統(tǒng)的故障原因，并顯示和上報(bào)判定結(jié)果。

  3)判定結(jié)果邏輯推理。若系統(tǒng)故障的原因與故障字典一致并符合實(shí)際，則進(jìn)入系統(tǒng)維修的流程；否則，需對(duì)故障字典的正確性、合理性進(jìn)行校核，或重新進(jìn)行系統(tǒng)故障分析，或開展系統(tǒng)改進(jìn)工作，直至獲得正確的故障原因?yàn)橹埂?

2故障字典技術(shù)在機(jī)載電源系統(tǒng)故障診斷

中的應(yīng)用

2.1機(jī)載電源系統(tǒng)的故障樹分析

  目前，在高空、高速和大型飛機(jī)上，普遍裝備的是200/115 V、三相、400 Hz恒速恒頻(CSCF)交流電源系統(tǒng)。如圖2所示，該系統(tǒng)由組合傳動(dòng)發(fā)電機(jī)(IDG)、交流發(fā)電機(jī)控制器( GCU)、主線路接觸器(MIL)、線路電流互感器( CTA)和發(fā)電機(jī)控制開關(guān)(GCS)等部件組成。

  該交流電源系統(tǒng)的工作狀態(tài)有正常和故障2種。根據(jù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，將“飛機(jī)電源系統(tǒng)故障”作為頂事件，各部件的失效或故障稱為底事件，如圖3所示。

2.2機(jī)載電源系統(tǒng)故障字典的建立

  機(jī)載電源系統(tǒng)的故障字典實(shí)際上應(yīng)該稱為一個(gè)故障數(shù)據(jù)集，它是根據(jù)系統(tǒng)FTA分析的結(jié)果將故障數(shù)據(jù)集按層級(jí)進(jìn)行了數(shù)據(jù)的劃分。以機(jī)載電源系統(tǒng)中的GCU為例，對(duì)故障字典的建立過程進(jìn)行說(shuō)明。

  根據(jù)圖3中“GCU故障”部分的FTA分析結(jié)果，參考圖1中故障字典的建立過程，可得到中間事件k與底事件xi之間的關(guān)系，即

  假設(shè)只能發(fā)生單次故障，而且發(fā)生某種故障的產(chǎn)品對(duì)應(yīng)一個(gè)模式，將式(l)中的初始事件xi用相應(yīng)的模式類si替代，于是可得

  對(duì)被測(cè)產(chǎn)品GCU進(jìn)行故障診斷，就要從可測(cè)量的特征m，-m，來(lái)判別故障的原因，故應(yīng)把模式類si表示成m．-m，函數(shù)，即求式(2)的逆。其實(shí)，并不需要做求逆運(yùn)算，直接利用式(2)就可得到與之相對(duì)應(yīng)的故障字典，如表1所示。

  表中的每一行，相當(dāng)于GCU處于某種狀態(tài)SI時(shí)，特征m．-m，的值，即當(dāng)s1為1，而s2為0(/=1，2，…，n，l≠n)時(shí)，根據(jù)式(2)求得m1~m2的值。第i行第j列的元素為0，表示CCU出現(xiàn)第i個(gè)故障時(shí)，對(duì)第j個(gè)特征沒有影響，第，個(gè)特征參數(shù)的數(shù)值仍在正常范圍內(nèi)；反之，第i行第j列的元素為1，表示GCU出現(xiàn)第i個(gè)故障時(shí)，對(duì)第j個(gè)特征有影響，第j個(gè)特征參數(shù)超出

了正常范圍。

3機(jī)載電源系統(tǒng)故障判定實(shí)例

  仍以GCU為例，說(shuō)明系統(tǒng)利用故障字典技術(shù)實(shí)現(xiàn)故障判定的過程。CCU作為機(jī)載電源系統(tǒng)的核心部件，由電壓調(diào)節(jié)器和控制保護(hù)裝置組成，完成對(duì)飛機(jī)主交流電源系統(tǒng)的電壓調(diào)節(jié)、電路控制、輸入和輸出信號(hào)保護(hù)，以及對(duì)飛機(jī)主交流電源系統(tǒng)的檢測(cè)和診斷等功能，并將故障部件的信息通過綜合數(shù)據(jù)管理處理機(jī)(lDMP)進(jìn)行監(jiān)控和記錄，可供飛行員和維護(hù)人員查看和使用。

  在機(jī)載交流電源系統(tǒng)中，過壓故障對(duì)用電負(fù)載和電源系統(tǒng)本身的危害最大，因此在GCU中對(duì)過壓故障的處理采用軟、硬件雙重保護(hù)的方案，兩套電路同時(shí)工作，以確保過壓故障處理的可靠性。若IDMP上出現(xiàn)“調(diào)節(jié)點(diǎn)電壓過壓”，GCU會(huì)輸出勵(lì)磁機(jī)的控制信號(hào)對(duì)調(diào)節(jié)點(diǎn)的電壓進(jìn)行控制，若超出了勵(lì)磁機(jī)的調(diào)節(jié)范圍，則CCU會(huì)發(fā)出斷開MIL的命令，則機(jī)載電源系統(tǒng)會(huì)處于斷電狀態(tài)。硬件調(diào)節(jié)點(diǎn)電壓( POR)過壓保護(hù)及BIT激勵(lì)控制電路如圖4所示，主要包括：半橋整流電路、緩沖器、反延時(shí)保護(hù)電路和隔離驅(qū)動(dòng)器，以及BIT激勵(lì)控制電路。

  在圖4中，利用運(yùn)算放大器構(gòu)成積分電路以實(shí)現(xiàn)對(duì)POR的反延時(shí)保護(hù)功能。當(dāng)POR的電壓值在調(diào)壓范圍內(nèi)，則反延時(shí)保護(hù)電路的反向端電壓值低于同向端，其輸出為高電平；若POR處的電壓值超過過壓保護(hù)點(diǎn)電壓時(shí)，反延時(shí)保護(hù)電路的反向端電壓值高于同向端，則輸出為低電平，該低電平將直接作用于后級(jí)保護(hù)控制繼電器。

  其故障診斷的步驟如下。

  1)調(diào)節(jié)點(diǎn)電壓屬模擬信號(hào)，利用故障字典技術(shù)（即故障樹和故障字典法相結(jié)合的模型）進(jìn)行分析和判斷，先假定故障不是由系統(tǒng)其他局部故障引起的，僅是CCU內(nèi)部的信號(hào)調(diào)理電路或調(diào)壓電路故障引起的。

  2)首先斷開外部信號(hào)源，通過BIT激勵(lì)的注入和電路的輸出結(jié)果來(lái)區(qū)分到底是信號(hào)輸入的調(diào)理電路故障還是信號(hào)輸出的調(diào)壓電路故障。

  3)經(jīng)診斷，故障為輸入信號(hào)的調(diào)理電路出現(xiàn)了問題。連接前級(jí)輸入信號(hào)、斷開后級(jí)受控對(duì)象，對(duì)信號(hào)調(diào)理電路進(jìn)行測(cè)試，直到故障確定為止。

  4)如調(diào)理電路一切正常，則根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部其他設(shè)備與GCU的交聯(lián)關(guān)系，根據(jù)信號(hào)的走向逐一排查，直至系統(tǒng)故障排除。

4結(jié)束語(yǔ)

  同以往的探筆診斷相比，故障字典技術(shù)診斷速度快、工作量小，能夠準(zhǔn)確區(qū)分全局故障和局部故障，縮小了故障范圍。在機(jī)載電源系統(tǒng)中使用故障字典技術(shù)，有效地降低了系統(tǒng)故障分析和定位的難度，便于確定可能的故障檢測(cè)點(diǎn)，使系統(tǒng)故障診斷變得簡(jiǎn)單和易于實(shí)現(xiàn)，在提高機(jī)載電源系統(tǒng)故障綜合診斷能力的同時(shí)，為支持空地一體化的系統(tǒng)外場(chǎng)故障快速定位和隔離提供了數(shù)據(jù)保障，對(duì)于目前高可靠和易保障機(jī)載系統(tǒng)故障診斷和維護(hù)具有重要意義。5摘  要：以機(jī)載電源系統(tǒng)為背景，針對(duì)發(fā)電機(jī)控制器( GCU)的功能特點(diǎn)和組成，建立了(-JCU的故障診斷字典。利用故障樹分析結(jié)果和故障診斷字典規(guī)范了ccu故障判定的工作模型，以確定其故障檢測(cè)點(diǎn)，降低診斷的復(fù)雜性，提高故障診斷效率．、