用于航空飞行器的全分布式飞控系统及其操作方法和航空飞行器技术方案

本发明专利技术涉及一种用于航空飞行器的全分布式飞控系统，包括多个控制链路，多个控制链路分别包括驾驶舱操纵信号控制器、多个作动器控制器、飞行传感器控制器、数据接口控制器和系统供电控制器，其中驾驶舱操纵信号控制器、作动器控制器、飞行传感器控制器、数据接口控制器和系统供电控制器被配置成能够通过现场总线彼此通信，由此获取全分布式飞控系统及其相关系统的信息，自主进行本地运算/控制和任务的执行，并分别具有独立的核心处理器和独立的监控处理器。本发明专利技术还涉及一种包括这种全分布式飞控系统的航空飞行器以及一种通过全分布式飞控系统为航空飞行器提供全分布式飞控的方法。方法。方法。

【技术实现步骤摘要】
用于航空飞行器的全分布式飞控系统及其操作方法和航空飞行器


[0001]本专利技术涉及一种用于航空飞行器的全分布式飞控系统，本专利技术还涉及一种包括这种全分布式飞控系统的航空飞行器以及一种提供通过所述全分布式飞控系统为航空飞行器提供全分布式飞控的方法。在本专利技术中使用全分布式布置的现场智能控制器，控制器按功能分为驾驶舱操纵信号控制器、作动器控制器、飞行传感器控制器、数据接口控制器以及系统供电控制器，各个控制器之间采用高速串行总线连网通讯。

技术介绍

[0002]与一般的飞控系统中采用飞控计算机进行集中式的信号处理和舵面控制指令运算等功能不同，全分布式飞控系统利用高速总线通讯和智能控制器的高数据处理能力，将信号处理、控制律运算、舵面监控等功能分散到各个分布在作动器上的控制器上执行。
[0003]民用航空飞行器一般通过副翼、升降舵、方向舵、扰流板等活动舵面对航空飞行器进行滚转、俯仰、偏航、减速等操纵，实现飞行控制。
[0004]现代航空飞行器采用的电传飞控系统，通常通过飞控计算机集中处理驾驶舱操纵指令、航空飞行器位姿传感器信号和作动器反馈信号，根据控制律计算舵面控制指令，通过模拟量指令直接控制舵面作动器并接受传感器反馈，执行指令驱动航空飞行器升降舵、方向舵、副翼、扰流板舵面运动，控制航空飞行器位姿，并与外部系统进行数据交互。空客A320/330/340，波音B777，中国商飞ARJ21等航空飞行器采用了该类架构
[0005]控制作动器的模拟信号一般包括作动器电液伺服阀EHSV控制信号、EHSV位移传感器激励和反馈信号、作动筒位移传感器激励和反馈信号、压力传感器激励和反馈信号、模式切换电磁阀控制信号，每个作动器信号线合计约20多根。
[0006]近年来，飞控系统逐渐开始采用分布式布置在作动器上的远程控制器(REU)，远程控制器通过点对点总线实现简单的作动器控制和信号反馈，简化了飞控电子到作动器的控制信号，一般仅需电源线和差分总线合计4根信号线。空客A350/380，波音B787、庞巴迪C系列、中国商飞C919等航空飞行器采用了该类架构。
[0007]该架构中实现了飞控系统中作动器控制器的局部分布式布局，但仍然依赖飞控电子集中处理驾驶舱操纵指令、航空飞行器位姿传感器信号和作动器反馈信号，控制律和外部系统接口也驻留在飞控电子中，这种算法、控制、监控逻辑、任务调度和通讯集中在相对靠近的少数几个中央飞控电子中，也使得飞控电子软硬件设计高度复杂。
[0008]随着现代集成电路水平高速发展，微处理器、DSP、FPGA等控制芯片数据处理能力大幅提高，电路集成程度显著提升，同时，分布式现场总线技术日益成熟，能够达到高可靠性、高速、高实时性的性能指标，飞控系统具备了进一步向模块化、智能化、全分布式发展的技术基础。

技术实现思路

[0009]为了克服现有技术的劣势，本专利技术提出一种基于现场智能控制器的全分布式飞控系统，主要特点如下：
[0010]驾驶舱操纵信号、航空飞行器位姿传感器数据、作动器控制和反馈、外部数据接口均采用分布式布置的现场智能控制器处理；
[0011]不再依赖集中式的飞控电子进行信号处理、控制律算法、控制、监控逻辑、任务调度和通讯功能，将这些功能分配到各个分布式现场智能控制器中执行；
[0012]各个智能控制器通过全数字式现场总线互联，实现信号数据、系统状态共享，智能控制器按自身任务选择需要的数据作为输入，实现预定任务。
[0013]本专利技术提出的飞控系统具备以下优点：
[0014]将传统的飞控计算机执行的复杂任务分布式分配给现场智能控制器，简化了设备复杂度，系统功能不再依赖单一设备，设备的故障不易扩散影响整个系统；
[0015]现场智能控制器可以就近分散布置在其需要处理的接口设备附近，最大程度减少接口线缆长度；
[0016]智能控制器之间通过现场高速总线连接，最大程度减少了控制器件信号传输的线缆长度和数量；
[0017]系统上每个智能控制器均可通过现场总线获取系统全局数据信息，有利于基于全局信息实现局部智能优化控制，更好的在系统处于不同工况时实现系统重构；
[0018]现场总线上可扩展新的智能控制器以新增控制、处理对象，增强了系统的复用性、扩展性和可继承性。
[0019]为此，根据本专利技术的一个方面，本专利技术提供了一种用于航空飞行器的全分布式飞控系统，所述全分布式飞控系统包括多个控制链路，其中所述多个控制链路分别包括：
[0020]驾驶舱操纵信号控制器，所述驾驶舱操纵信号控制器被配置成能够接收驾驶舱操纵信号，将所述驾驶舱操纵信号转换成操纵指令，对所述操纵指令进行编码并打包成操纵指令数据，并将所述操纵指令数据发送到现场总线；
[0021]多个作动器控制器，所述多个作动器控制器的每个被配置成能够从所述现场总线接收所述驾驶舱操纵信号，将所述驾驶舱操纵信号发送到对应于所述航空飞行器的多个舵面的多个作动器以使其动作，接收所述多个作动器的作动器状态信号，将所述作动器状态信号进行编码并打包成作动器状态数据，并将所述作动器状态数据发送到所述现场总线；
[0022]飞行传感器控制器，所述飞行传感器控制器被配置成能够接收有关所述航空飞行器飞行的飞行状态数据，并将所述飞行状态数据进行编码并打包发送到所述现场总线；
[0023]数据接口控制器，所述数据接口控制器被配置成能够接收来自所述现场总线的数据，并与所述航空飞行器的其他系统并且在所述多个控制链路之间数据交互；以及
[0024]系统供电控制器，所述系统供电控制器被配置成能够为所述航空飞行器的各个部件提供电源；
[0025]其中，所述驾驶舱操纵信号控制器、所述作动器控制器、所述飞行传感器控制器、所述数据接口控制器和所述系统供电控制器被配置成能够通过所述现场总线彼此通信，由此获取所述全分布式飞控系统及其相关系统的信息，自主进行本地运算/控制和任务的执行，并分别具有独立的核心处理器和独立的监控处理器。
[0026]根据本专利技术的优选实施方式，所述驾驶舱操纵信号控制器包括：
[0027]第一IO电路，所述第一IO电路被配置成能够转换驾驶舱离散量信号；
[0028]多个第一模拟电路，所述多个第一模拟电路被配置成能够为多个驾驶舱传感器提供驾驶舱传感器激励信号并从所述多个驾驶舱传感器接收驾驶舱传感器反馈信号；
[0029]第一总线收发电路，所述第一总线收发电路被配置成能够从所述现场总线接收数据并将数据发送到所述现场总线；
[0030]第一核心处理器，所述第一核心处理器被配置成能够读取所述驾驶舱离散量信号、所述驾驶舱传感器激励信号和所述驾驶舱传感器反馈信号以构成所述驾驶舱操纵信号，将所述驾驶舱操纵信号转换成所述操纵指令，对所述操纵指令进行编码并打包成所述操纵指令数据，并通过所述第一总线收发电路将所述操纵指令数据发送到所述现场总线；
[0031]第一监控处理器，所述第一监控处理器被配置成能够将所述多个控制链路中的其他控制链路中的驾本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于航空飞行器的全分布式飞控系统，所述全分布式飞控系统包括多个控制链路，其中所述多个控制链路分别包括：驾驶舱操纵信号控制器，所述驾驶舱操纵信号控制器被配置成能够接收驾驶舱操纵信号，将所述驾驶舱操纵信号转换成操纵指令，对所述操纵指令进行编码并打包成操纵指令数据，并将所述操纵指令数据发送到现场总线；多个作动器控制器，所述多个作动器控制器的每个被配置成能够从所述现场总线接收所述驾驶舱操纵信号，将所述驾驶舱操纵信号发送到对应于所述航空飞行器的多个舵面的多个作动器以使其动作，接收所述多个作动器的作动器状态信号，将所述作动器状态信号进行编码并打包成作动器状态数据，并将所述作动器状态数据发送到所述现场总线；飞行传感器控制器，所述飞行传感器控制器被配置成能够接收有关所述航空飞行器飞行的飞行状态数据，并将所述飞行状态数据进行编码并打包发送到所述现场总线；数据接口控制器，所述数据接口控制器被配置成能够接收来自所述现场总线的数据，并与所述航空飞行器的其他系统并且在所述多个控制链路之间数据交互；以及系统供电控制器，所述系统供电控制器被配置成能够为所述航空飞行器的各个部件提供电源；其中，所述驾驶舱操纵信号控制器、所述作动器控制器、所述飞行传感器控制器、所述数据接口控制器和所述系统供电控制器被配置成能够通过所述现场总线彼此通信，由此获取所述全分布式飞控系统及其相关系统的信息，自主进行本地运算/控制和任务的执行并分别具有独立的核心处理器和独立的监控处理器。2.根据权利要求1所述的全分布式飞控系统，其中，所述驾驶舱操纵信号控制器包括：第一IO电路，所述第一IO电路被配置成能够转换驾驶舱离散量信号；多个第一模拟电路，所述多个第一模拟电路被配置成能够为多个驾驶舱传感器提供驾驶舱传感器激励信号并从所述多个驾驶舱传感器接收驾驶舱传感器反馈信号；第一总线收发电路，所述第一总线收发电路被配置成能够从所述现场总线接收数据并将数据发送到所述现场总线；第一核心处理器，所述第一核心处理器被配置成能够读取所述驾驶舱离散量信号、所述驾驶舱传感器激励信号和所述驾驶舱传感器反馈信号以构成所述驾驶舱操纵信号，将所述驾驶舱操纵信号转换成所述操纵指令，对所述操纵指令进行编码并打包成所述操纵指令数据，并通过所述第一总线收发电路将所述操纵指令数据发送到所述现场总线；第一监控处理器，所述第一监控处理器被配置成能够将所述多个控制链路中的其他控制链路中的驾驶舱信号控制器读取的数据与本地读取数据进行比较，从而判断驾驶舱数据处理的有效性。3.根据权利要求1所述的全分布式飞控系统，其中，所述多个作动器控制器分别包括：第二IO电路，所述第二IO电路被配置成能够转换作动器离散量信号；多个第二模拟电路，所述多个第二模拟电路被配置成能够为多个作动器提供激励信号并从所述多个作动器接收反馈信号；第二总线收发电路，所述第二总线收发电路被配置成能够从所述现场总线接收数据并将数据发送到所述现场总线；第二核心处理器，所述第二核心处理器被配置成能够读取所述作动器离散量信号、所
述作动器激励信号和所述作动器反馈信号以构成所述作动器状态信号，将所述作动器状态信号进行编码并打包成作动器状态数据，并将所述作动器状态数据发送到所述现场总线；...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵鹏，王小英，张冲，黄健，谷智超，郝碧君，
申请(专利权)人：中国商用飞机有限责任公司上海飞机设计研究院，
类型：发明
国别省市：