基于灰色關聯度分析法的飛行控制系統故障原因分析

崔亞君，祝華遠，李艷麗

(海軍航空工程學院 青島校區，山東 青島 266041)

飛行控制系統是保證飛機飛行安全的高級操縱系統。飛行控制系統能否正常工作直接關系到飛行安全和飛行品質。但是由于飛行控制系統結構十分復雜，某一個故障現象可能由多個原因引起，一個故障原因可能導致不同的故障現象。因此，如何快速、準確對故障進行診斷定位并及時排除故障，提高飛機使用可靠性、保證飛行安全成為一個技術難點。本文嘗試應用灰色理論中的灰色關聯分析法，對飛行控制系統故障進行分析。

灰色系統理論是以“部分信息已知，部分信息未知”的“小樣本”、“貧信息”不確定性系統為研究對象，主要通過對“部分”已知信息的生成、開發，提取有價值的信息，實現對系統運行規律的正確描述和有效控制［1］。在灰色系統理論的研究中，將各類系統分為白色、黑色和灰色系統。信息完全已知的系統稱為白色系統;信息完全未知的系統稱為黑色系統;介于上述兩者之間的，即部分信息已知，部分信息未知的系統稱為灰色系統。對于飛行控制系統的故障可以分為兩大部分，特定故障原因導致的特定故障現象這部分信息是已知的，按照灰色系統理論可以稱之為白色系統。而另一部分一個故障現象可能由多個原因引起，一個故障原因又可能導致不同的故障現象就比較難以確切診斷的，按照灰色系統理論可以稱之為灰色系統。灰色關聯分析是灰色系統理論中的一個重要方法，是根據因素之間的發展趨勢的相似或相異程度，來衡量因素間關聯程度的方法。它對樣本量的多少沒有過分要求，也不需要典型的分布規律，計算量小，且不出現關聯度的量化結果與定性分析不一致的情況。飛行控制系統故障是一種典型的灰色系統，維護人員只能獲取部分信息，故障診斷的任務就是利用不完全信息去識別系統的健康狀態。因此可用灰色關聯度對飛控系統進行灰色關聯分析，來衡量系統各種故障之間關系的密切程度。

1 灰色關聯度

現有的關聯度分為2 類:一類僅強調了序列間絕對位置差，如:鄧氏關聯度、灰色絕對關聯度等;一類僅強調了序列間的變化率，如:B 型關聯度、斜率關聯度等［2］。基于以上問題，構建了一種滿足既考慮數據序列的絕對變化又考慮數據序列的相對變化，且滿足灰色關聯度四公理的關聯度——灰色綜合關聯度。

設X0=(x0(1)，x0(2)，…，x0(n))數據行為參考序列，為數據行為比較序列。為關聯系數。其中，λ1，λ2?0，λ1+λ2=1，其意義分別為絕對位置差異和變化率差異的重視程度;ξ，η 分別為絕對位置差異和變化率差異的辨識系數。一般情況下，這幾個參數均可取0.5。

2 灰色關聯度分析

利用灰色關綜合聯度對飛控系統年故障數與故障類型進行了分析。表1 是某型飛行控制系統連續4 年的故障統計。

根據統計，把X0=(68，96，73，85)視為數據行為參考序列，把人為故障、部件故障、線路故障、交聯故障分別記為X1、X2、X3、X4為數據行為比較序列。其中，X1= {2 ，3，2，4 };X2= {4 6，72，51，63 };X3= {1 3，9，16，11 };X4= {7，12，4，7}。

表1 飛行控制系統故障統計

2.1 初值標準化

對主因子數據列和行為因子數據列進行初始化處理，使之無量綱化、歸一化。初值標準化為

可得

2.2 計算絕對差

根據關聯度計算公式，依次計算絕對差Δi(k)、一級最小差minΔi(k)、一級最大差maxΔi(k)，所求結果如表2所示。

表2 絕對差計算結果統計

2.3 計算關聯度

繪制飛控系統故障關聯度分析直方圖如圖1 所示。

圖1 飛控系統故障關聯度分析直方圖

從表3 關聯度計算結果及圖1 可以看出，飛控系統每年度的故障不論是基于強調變化率還是強調絕對差，與其部件故障的關聯度都是最大的，說明飛控系統的故障主要受到單部件故障的影響，因此，要減少飛控系統故障，保證飛控系統的可靠工作，首先要保證單部件的完好性;其次，與飛控系統故障關聯度比較大的是人為故障，因此，加強維修人員業務學習和工作的規范操作也是減少飛控系統故障的有效措施。

表3 飛控系統故障關聯度分析

3 結束語

通過對飛控系統實例的分析，可以得出這樣的結論:當由多種原因引發而故障現象相同時，就應該把可能的故障原因根據灰色理論中的關聯度大小進行排序，然后按照關聯度大小依次進行判斷導致故障的原因，幫助維修人員快速分析和準確定位系統故障，提高飛機維修的效率和可靠性。此方法所需樣本少，計算簡單方便，結論可靠性高，是快速定位飛行控制系統故障的有效方法。

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