飞机电源系统BIT技术的应用及发展.pdf

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1、第30卷第5期1998年10月南京航空航天大学学报Journal of N anjing U niversity of A eronautics&A stronauticsVol.30 No.5Oct.1998飞机电源系统B IT技术的应用及发展杨善水刘祥严仰光(南京航空航天大学自动控制系南京,210016)摘要飞机电源系统机内自检测(Built2in2test,B IT)技术已日益受到人们的重视,文中介绍了B IT技术及其四个方面,即:检测技术、信号处理技术、故障识别和诊断技术、故障处理技术。阐述了飞机电源已经历了四代发展及其已实现了数字化、标准化的现状,指出飞机电源B IT技术的核心是故障

2、诊断技术,并对我国今后飞机电源B IT技术的发展提出了建议,指出了发展方向。关键词:电源电路;航空电气设备;飞机电源系统;B IT技术;故障诊断;数字化;标准化中图分类号:TM 464;V 24212机内测试(Built2in2test,B IT)是指系统和设备依靠自身的电路和程序,对自身的状态进行检测和监控,并对故障进行检测和隔离,具有这种功能的设备叫机内测试设备(Built2in2test2equipment,B ITE)。B IT技术的应用,可以降低设备的平均修复时间、平均后勤延误时间、提高系统的平均故障间隔时间,因而使系统的可用性得到提高,维护费用得到降低,维修活动得到减少。因此,引入

3、B IT技术,对现代复杂高技术设备的安全可靠的运行极为重要。国内外都十分重视在系统的最初设计中就贯彻B IT技术,并为此制定了一系列相应的规范。在七、八十年代,美国国防部就颁发了M I L2STD2471A设备或系统的B IT、外部测试、故障隔离和测试性要求的验证与评价、M I L2STD22165电子系统及设备测试性大纲。我国国防科学工业委员会也颁布了如GJB2547装备测试性大纲、GJB139故障模式影响及危害性分析程序 等规范。B IT设计已成为系统设计的一个重要组成部分。1飞机电源B IT技术设备自检测包括3个基本过程:检查和发现异常状态、诊断故障状态及部位、分析故障类型提出相应对策。

4、因此,B IT技术作为一门独立的学科,它主要包括以下四个方面的内容:(1)检测技术:准确地采集和测量反映电源系统状态的各种信号和参数,主要有转速、频收稿日期:1998202218;修改稿收到日期:1998205229第一作者杨善水男,讲师,1969年5月生。率、电压、电流、温度等,关键在于提高精度和简化检测方法。提高检测精度有提高信号变换精度和提高A?D转换精度两种途径。有的飞机电源B ITE中采取了片内带A?D转换器的微处理器,可以节省硬件,提高整体精度。(2)信号处理技术:将现场采集到的各种信号经过变换,将真正反映设备状态的信息提取出来,其核心任务是滤去噪声,提取有用信息。(3)故障识别和

5、判断技术:即通常所说的故障诊断,根据掌握的电源系统的特征参量,判断故障并找出原因。(4)预测及故障处理技术:指对已识别出来的故障进行预测,预测故障的发展和设备剩余寿命,提出相应对策。主要有降级运行、跳闸保护、余度供电等几个方面的处理,同时,通过一定的方式进行报警。2飞机电源B IT技术的应用早期的飞机电源没有B IT技术,查找故障的时间占总的排障时间的70%左右,50%左右的设备拆卸是没有必要的,严重影响了飞机维修及飞行。飞机电源系统作为飞机的一部分,其B IT技术的应用大致经历了四个阶段:第一代B IT技术,以Boeing747、L 1011、DC210、F215等飞机为代表,为60年代末、

6、70年代初的产品,以模拟电路、分立元件构成电源监控保护器,以控制及继电保护为主,故障诊断能力差,虚警率高。第二代B IT技术,以Boeing757?767、A 310、F215等飞机为代表,为70年代末、80年代初的产品。Boeing767飞机主电源为两套75?90 kVA的恒速恒频(CSCF)电源,辅助电源为一台90 kVA交流发电机,其B IT功能由3个发电机控制器(GCU)和一个汇流条功率控制器(BPCU)完成;F216备用电源为一套10 kVA交直交变速恒频(V SCF)电源,B ITE为发电机变换器控制器(GCCU)。这一代B IT技术的特点是:(1)规范化:以AR I NC423机

7、内测试设备的设计和使用指南 为规范;(2)数字化:GCU或GCCU具有控制、保护、检测、显示等功能,与BPCU之间通过串行通讯相联系,接受BPCU的集中管理;(3)故障信息存储:GCU或GCCU将检测到的故障信息编码存储起来,以供进一步维修时读取。图1Boeing7372400电源AR I NC429的总线间连接关系第 三 代B IT技 术,以Boeing7372400,Boeing7472400,A 320,F?A218等飞机为代表,为80年代末研制,这一代B IT技术的特点是:(1)规范化:以AR I NC604为规范;(2)数字化、综合化:整机已实现了综合的B IT系统,由中央维护计算机

8、(CM CS)进行集中管理,GCU(GCCU)已成为整机计算机网络的一个节点;(3)飞行信息存储:Boeing7372400的备用V SCF电源的GCCU可以存储20次飞行记录数据。Boeing7372400电源AR I NC429的总线495南京航空航天大学学报第30卷间连接关系如图1所示。第四代B IT技术,以Boeing777,F222,RAH266等飞机为代表,为90年代初开始设计生产。Boeing777主电源为两套120 kVA的V SCF电源,F222则采用270 V高压直流供电系统。这一代B IT技术的特点是:(1)规范化;(2)数字化:以微处理器为核心,以A da高级语言编程;

9、(3)综合化:所有的计算机由中央飞行信息管理系统(A I M S)统一管理;(4)自动化:A I M S具有智能管理水平,无须驾驶人员干预;(5)信息存储:GCU中能存储64次飞行记录数据。3我国飞机电源系统B IT技术的发展建议我国现役的国产飞机中,主要为低压直流电源,少量为CSCF交流电或V SCF交流电,它们都采用模拟电路完成调压保护功能,不具备自检测功能,仅相当于国外第一代B IT技术前期的产品,新研制的V SCF电源系统中也引进了B IT技术,但还比较落后,仅相当于国外第二代B IT技术前期的水平。因此,发展我国飞机电源B IT技术十分紧迫。提出如下建议:在飞机电源设计的初期,就应重

10、视B IT技术的应用,贯彻可靠性、可测试性设计,强调规范化、综合化、标准化。要重视飞机电源系统的数字和物理仿真研究工作。国内在数字仿真方面已取得了很大成就,开发了全系统仿真软件。在此基础上,有待于进一步开展闭环系统的故障仿真工作,以获取大量的节点特征信息,优化故障字典的编写,减少冗余检测点和检测电路,使B ITE本身的可靠性得到进一步提高。要开展故障识别和判断技术方法的研究。故障识别和判断技术是B IT技术的核心。飞机电源系统是数字电路和模拟电路的混合体,又有调压器的闭环控制,故障诊断极为复杂,B ITE中不得不采取微处理器为核心。在Boeing757电源故障诊断中采取故障树推理的方法,树的编

11、写规模庞大而且复杂,且只限于处理单发性故障。有的飞机电源B ITE中采取故障字典的故障诊断方法,用模糊的观点、全局的观点来判定系统的状态,有效地提高了故障诊断率和隔离率,同时又采取分散测试的方法,可以降低字典编写的工作量。随着诊断技术的发展,又相继出现了基于数据采集的故障诊断方法和基于神经网络的故障诊断方法,由于受电子技术发展及应用环境的制约,这些方法的真正应用还有待时日。在实际工作中,还采取离线检测和B IT相结合的所谓“综合诊断技术”,以克服B IT设计的不足和环境变化造成的影响。它依据B ITE测试的结果,根据维修人员的经验水平及少量的测试仪器,作进一步的检测,使故障检测率、隔离率达10

12、0%,虚警率降为零。要开展机载机电综合控制系统的研究,要认识到国内与国外先进技术在这方面的差距。4结论国外飞机电源B IT技术经历了四代应用和发展,国内仍有相当大的差距,在今后的飞机电源系统的研制中,更应重视这一技术的应用,使我国的飞机电源能上一个新台阶。595第5期杨善水等:飞机电源系统B IT技术的应用及发展参考文献1石尚斌,周天健.电网络与设备的计算机故障诊断.北京:航空工业出版社,1989.1-202郑天翔.电子设备测试性及诊断技术.北京:航空工业出版社,1996.251-2543沈标正.电机故障诊断技术.北京:机械工业出版社,1996.1-54刘祥,周波,杨善水等.变速恒频电源控制器

13、的设计与实现.南京航空航天大学学报,1996,28(5):656-6615于敦,王守芳,林侠.国外飞机供电系统手册.北京:中国航空信息中心,1997.162-176Application and Development of BIT Technologyin Aeronautical Eletrical Power SystemYang S hanshuiL iu X iangYan Yangguang(Department of A utomatic Control,NUAAN anjing,210016)AbstractGreat importance is increasingly at

14、tached to Built2in test(B IT)technology usedin aeronautical electrical power system.This paper introduces the B IT technology and itsfour parts,as detection technology,signal processing technology,fault identification&di2agnosis technology,and fault processing technology.It is elaborated that in abr

15、oad,theB IT technology used in aeronautical electrical power system has been going through fourgenerations and has become digital and standard.This paper points out that the kernel ofthe B IT technology is fault diagnosis,and suggests that we should pay more attention tothe B IT technology,especiall

16、y the fault diagnosis technology.Key words:power circuits;aeronautical electric equipment;aircraft electrical power sys2tem;B IT technology;fault diagnosis;digitalization;standardization南京航空航天大学学报(中、英文版)进一步展开国际交流自80年代中期,南京航空航天大学学报(中、英文版)已与国外十多个国家的二十几家高校、学术团体、权威检索刊物建立了广泛的交流、订阅、赠送等关系,学报在国内外的影响日益扩大。随着改

17、革开放的深入,我校中英文学报进一步展开了国际交流活动。仅1998年,我校学报相继收到一些国家来函,如荷兰的SW ETS国际期刊承销商的来函,他们愿意向世界各地推销我校英文版学报。目前,我校学报已与该承销商签订了协议。此后又收到美国A dvanced Information Consultants的来函,他们提出愿意有偿复制或转载我校中英文学报文献,为此,我们相互签订了协议。最近我们又收到美国ULR ICHS国际期刊指南来函,他们来信索要我校中英文学报的报价表,并愿意为我校中英文学报刊登广告。此外,我校英文版学报已被世界期刊博览中心吸收为参展会员,并可优先参加国际期刊组织的各种研讨活动。这一系列举措无疑对提高我校学报的社会效益和经济效益,提高我校学报的国际地位起着举足轻重的作用。(春茹)695南京航空航天大学学报第30卷