飛行控制系統延時的分析方法

王冬明

摘 要：本文基于電傳飛控系統的特點，對其飛行控制系統信號延時進行分析，辨識主要的延時環節和信號流傳輸途徑，研究飛控系統信號延時的計算方法，并提出進一步減少飛行控制系統延時的方法。

關鍵詞：飛行控制系統 信號延時 分析方法

中圖分類號：V27 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）10（c）-0010-02

電傳飛行控制系統已成為現代先進飛機的主要特點之一，與傳統機械傳動飛行控制系統相比，能大幅減輕結構重量、改善飛行操縱品質，同時也增加了信號傳輸的不確定性[1-2]。信號延時是影響閉環控制系統控制品質的重要因素，因此有必要對電傳飛控系統信號延時做深入分析。

1 飛機飛控系統分析

某型飛機飛行控制系統以桿盤和方向舵腳蹬作為控制輸入；以飛控計算機、作動器控制電子及遠程電子單元為系統的控制核心；飛控專用總線用于控制核心之間的數據通訊，作動器數據總線提供作動器控制單元之間的數據通訊，ARINC429總線提供飛行控制系統與航電系統、飛機姿態傳感器之間的通訊；以電馬達、電液伺服作動器為執行部件。

1.1 基本工作原理

飛行員操縱指令由傳感器轉換為模擬信號，被送作動器控制電子，經作動器控制電子對其進行處理后，通過飛控專用數據總線發送到飛控計算機中。同時，作動器控制電子也接收來自外部傳感器的數字信號，飛控計算機對接收到的信號進行校驗，并用于控制律計算，生成控制指令發往作動器控制電子，每個作動器控制電子收到全部飛控計算機發來的控制指令，校驗后控制舵面運動，從而實現對飛機姿態的控制。

1.2 飛控系統主要延時環節

（1）接收器接入和反鋸齒濾波。

（2）作動器控制電子到飛控計算機傳輸延時。

（3）輸入信號處理過程。

（4）控制律濾波。

（5）指令處理過程。

（6）指令傳輸延時。

（7）作動器動態特性。

2 飛控系統延時分析

2.1 信號傳輸路徑

飛機的俯仰控制由升降舵和水平安定面實現，控制輸入來自桿盤，傳感器感應飛機狀態及環境信息，所有輸入信號由作動器控制電子采集，然后發送到飛控計算機，控制律計算出控制指令發送給作動器控制電子，遠程電子單元控制舵運動，配平切斷開關和人工配平開關直接向馬達控制電子發送離散信號控制水平安定面的配平。俯仰通道信號流向如圖 1所示。

飛機的滾轉通道、偏航通道與俯仰通道的信號流向相似，不同點在于滾轉通道遠程電子單元控制的是副翼和擾流板，偏航通道的控制輸入來自腳蹬，遠程電子單元控制的是方向舵。

2.2 信號延時分析

以俯仰軸為例分析飛控系統的信號傳輸延時，延時可分為三個部分，分別是控制輸入延時、控制器計算延時和指令輸出延時。俯仰通道信號延時如圖2所示。

在控制輸入階段，延時主要為AD采樣延時和作動器控制電子對所采集的信號進行反鋸齒濾波延時，控制輸入延時為：。

控制器計算過程中，指令計算占用一個，作動器控制電子打包生成控制指令占用一個。飛控專用總線為單向通信，其傳輸速度為NFBusbit/s，作動器控制電子向飛控計算機發送的一幀信息為NData1個數據字（16位），飛控計算機向作動器控制電子發送的一幀信息為NData2個數據字（16位）。從接收到處理信息最長可能等待一個周期。所以飛控專用總線傳輸延時分別為：，。

控制器計算延時為：。

指令輸出過程，作動器數據總線采用命令-響應方式的握手協議，傳輸速率為NABusbit/s，一幀命令信息為NData2個數據字（16位），從接收到一幀作動器數據命令信息到處理最長等待一個周期，所以作動器數據的傳輸延時為：。

指令輸出過程的延時為：。

綜合得出俯仰通道的飛控電子延時T為：

因俯仰、滾轉和偏航三個通道信號傳輸路徑相似，飛控系統延時均為。

2.3 結論

經過以上分析，將此型飛機飛控系統參數代入述計算公式中進行計算，結果表明飛控系統延時在設計指標范圍內，滿足設計要求。

3 減少延時的方法

飛機飛控系統中各延時環節大致可分為信號采集延時、計算延時、發送延時和傳輸延時。為進一步減少系統延時，可采取以下方法。

（1）提高傳感器采樣速度降低信號采集延時。

（2）提高控制器時鐘頻率或縮短控制器計算周期來減少計算延時。

（3）提高總線傳輸速度和減小數據幀長度兩個方法來減少傳輸延時。

參考文獻

[1] 羅杰·W·普拉特.飛行控制系統設計與實現中的問題[M].上海：上海交通大學出版社，2015.

[2] 陳宗基.飛行控制系統設計的理論與方法[M].上海：上海交通大學出版社，2015.endprint