分析波音777 飛控系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)的設(shè)計

黃亦田

東方航空技術(shù)有限公司 上海 200333

1 波音777 飛控系統(tǒng)

波音777 飛控系統(tǒng)使飛機飛行過程中保持希望的姿態(tài)，包括機翼和尾翼上的可移動的翼面，可以改變機翼和尾翼上的升力。共有兩種飛行控制器：主飛行控制系統(tǒng)和升力控制系統(tǒng)。主飛行控制系統(tǒng)使用的是數(shù)字電子設(shè)備和模擬電，設(shè)備電氣傳動控制系統(tǒng)。它接收來自飛行員或自動飛行控制系統(tǒng)的命令控制翼面移動。主飛行控制系統(tǒng)在飛機飛行過程中控制飛機的姿態(tài)，它所操縱的控制面有：副翼，襟副翼，升降舵，方向陀。升力控制系統(tǒng)：使用的是數(shù)字電子設(shè)備電氣傳動控制系統(tǒng)，它接收來自飛行員的命令使襟翼和前緣縫翼動作。升力控制系統(tǒng)作動器的動作也會使兩側(cè)機翼上的副翼和襟副翼動作，此時它們同時下垂。電氣傳動控制系統(tǒng)的好處：高效的結(jié)構(gòu)設(shè)計，燃油更為經(jīng)濟，更小的垂直尾翼，更小的水平安定面，減輕飛機重量，改進(jìn)控制效果和提高可靠性[1]。

2 飛控系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)的設(shè)計

2.1 飛控系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)知識庫的建立

本系統(tǒng)將飛控系統(tǒng)的故障按照故障模塊分解成許多小型故障，每個小型故障對應(yīng)一個故障子樹，使故障診斷只在相關(guān)的故障子樹中進(jìn)行分析。故障子樹通過演繹法建立。它以波音777 的機載維護(hù)存取終端上顯示的維修信息MM 號作為故障分析的目標(biāo)，采用正向推理，逐層推溯可能導(dǎo)致故障發(fā)生的全部因素。例如，MM 號為27—10400（方向舵上動力控制組件不符合命令動作）的故障樹如圖所示。

系統(tǒng)通過故障樹來獲取故障知識，為了減少故障知識冗余，需要對所建的故障樹進(jìn)行定性分析，得到故障樹的最小割集，然后利用符合二值邏輯因果關(guān)系的廣義規(guī)則表示法將知識表示出來。為了構(gòu)建案例知識庫和故障樹知識庫，需要將框架和規(guī)則表示知識的形式轉(zhuǎn)化成數(shù)據(jù)庫的形式。因此，本系統(tǒng)利用關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，將案例和故障樹知識轉(zhuǎn)化成為數(shù)據(jù)庫中相關(guān)的數(shù)據(jù)表，并通過主鍵與外鍵進(jìn)行表與表的連接實現(xiàn)案例的關(guān)聯(lián)性和故障樹的因果性，從而作為系統(tǒng)進(jìn)行推理所需的知識。

2.2 飛控系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)的推理機制

基于故障樹的推理機制，由于飛控系統(tǒng)故障的級聯(lián)效應(yīng)，一個故障原因可能導(dǎo)致不同的故障模式發(fā)生。本系統(tǒng)將這種故障級聯(lián)效應(yīng)作為一種推理方法，即通過MAT 上沒有出現(xiàn)與故障原因相關(guān)的MM 號，對不可能的故障原因進(jìn)行排除。并且，它也作為沖突消解策略，使推理機能夠有效的選擇可用的知識。對于復(fù)雜的飛控系統(tǒng)，如果基于故障樹進(jìn)行故障診斷，對定性分析和故障級聯(lián)分析后得到的最小割集進(jìn)行一一測試，在實際的航線維護(hù)中是不可行的。因此，需要對最小割集進(jìn)行定量分析，通過確定最小割集重要度，得出故障原因的優(yōu)先級別，然后，只將高于一定閥值的故障原因顯示在人機交互界面上，從而提高系統(tǒng)故障定位的精確性，減少航線維護(hù)人員測試診斷的工作量[2]。

2.3 飛控系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)

該故障診斷專家系統(tǒng)采用能夠面向?qū)ο笈c可視化程序設(shè)計,以在航線維護(hù)中，MAT 上出現(xiàn)MM 號碼：27-10400 為例，驗證本系統(tǒng)的高效性和準(zhǔn)確性。機務(wù)人員在故障信息選擇界面上，從MM號碼復(fù)選列表中選中MM 號碼為27-10400 的復(fù)選框。在此例中，飛控系統(tǒng)只出現(xiàn)了上動力控制組件不符合命令動作這一個故障，并沒有出現(xiàn)復(fù)雜的多發(fā)性故障。而對于這種單一故障，采用基于故障樹的診斷不僅能夠保證診斷的效率還能對故障進(jìn)行更深入的研究。單擊故障樹診斷按鈕，直接采用基于故障樹的故障診斷。在故障診斷結(jié)果界面中，出現(xiàn)了本次故障診斷的結(jié)果：兩個故障原因按照最小割集重要度閥值的大小排序顯示出來。通過分析顯示的診斷結(jié)果，說明故障級聯(lián)效應(yīng)和最小割集重要度值在基于故障樹推理機制中得到運用。診斷結(jié)果中的故障原因是導(dǎo)致MM 號為27-10400 故障發(fā)生的直接原因，不會引起系統(tǒng)其它交聯(lián)故障的發(fā)生，符合這個實例只出現(xiàn)一個故障的現(xiàn)象。并且，診斷結(jié)果中沒有把引起這個故障的全部故障原因顯示出來。由此，系統(tǒng)高效的得出了診斷結(jié)果。在故障診斷表中，選擇不同的故障原因，會在消除故障措施的文本中顯示相應(yīng)的措施。最后，按照故障診斷結(jié)果和消除故障措施進(jìn)行排故，發(fā)現(xiàn)MAT 上不再顯示故障信息，說明診斷成功，證明了本系統(tǒng)具有高效性和準(zhǔn)確性的優(yōu)點[3]。

該故障診斷專家系統(tǒng)融合了案例和故障樹推理機制各自的優(yōu)點，并且結(jié)合了波音777 電傳飛行控制系統(tǒng)的一系列特點，使其具有良好的診斷性能，并且動態(tài)知識庫的不斷更新完善，能夠不斷提高本系統(tǒng)的故障診斷效率。最后，通過飛控系統(tǒng)故障診斷的實例驗證了此故障診斷專家系統(tǒng)具有良好的可靠性和實用性。