民机飞控计算机系统虚拟样机验证平台研究

        中国大型飞机研制重大科技专项已经正式立项，民用飞机生产要达到当前国际商业和经济环境的要求，迫使各个开发商在开发过程中减少开发代价、缩短生产周期。采用虚拟样机技术是中国大型飞机研制中的必然选择。

2非相似余度飞控计算机系统介绍

        民用飞机从开始使用电传操纵系统后，由于更高的可靠性要求，较多使用非相似余度方案。

2．1 Boeing777的3×3余度主飞控计算机

        Boeing777的主飞控计算机系统包括3个完全相同的数字式计算机通道，每个通道有3个非相似的支路，各个通道之间采用ARINC629数据总线通讯。每个支路软件都采用Ada编写，但采用三种不同的Ada编译器编译。支路的输入输出部分包括3个ARINC629终端，其中2个用于接收，1个用于发送／接收。Boeing777主飞控计算机结构如图1所示。

       主飞控计算机的3个通道全部投入工作，每个PFC都使用相同的输入数据解算控制律，计算舵面控制指令。PFC和总线被分为左、中、右三组，PFC同时监听三组总线，但只向同组的总线传送数据，当一组总线失效后，不会影响另外两组的正常工作。飞行员指令通过总线输入到各个PFC。PFC的三个支路的处理器模块在功能上完全相同。这三个支路分别被分配为指令支路、备用支路和监控支路。指令支路解算控制律，将输出传送到指定的总线。其它2个支路分别执行监控功能和支路余度管理任务，它们都进行和指令支路相同的运算，但不向总线发送控制指令，只是向总线发送支路间和通道问的交换信息。一旦指令支路失效，其任务由备用支路取代。剩下2个支路任意一个再次发生故障都将导致PFC输出断开。

        个PFC内的支路同步工作，三个通道以异步方式工作。通道间数据的比较和监控以及系统状态数据交换通过同组的数据总线进行，通道内各支路间数据比较和监控通同组的数据总线进行。通道内支路间的专用总线，主要实时钟同步和支路状态交换，决定是否发送支路禁止和告警号等功能。

        系统具有多级表决面，支路依靠自监控和在线监控确认硬件正确性；每个支路接收来自通道内其它两个支路的离信号决定是否对该支路进行支路禁止和失效告警，通过同总线进行支路间的数据比较和监控；指令支路计算出的关输出参数同其它两个通道指令支路对应的输出组进行中选择。

2.2 A340的非相似多余度飞控计算机系统

        A340的飞控计算机系统包括3个飞控主计算机(FCPCs)和2个飞控辅助计算机(FCSCs)，还有两个飞控制数据集中器(FCDCs)和两个缝翼，襟翼计算机(SFCCs)。系统任务在FCPCs和FCSCs之间分配，任何时都有一个计算机处于运行状态，另外一计算机处于备份状。每个计算机包含两个支路：指令支路和监控支路，两支的功能不同。指令支路运行分配给该计算机的任务，监控路确保指令支路的正确性。飞控计算机采用了非相似的硬和软件：FCPCs和FCSCs使用非相似的处理器；指令支和监控支路使用不同的编程语言。飞控计算机内部结构如图2示。

        FCCs解算控制律给作动器发送指令，控制飞机的滚、偏航和俯仰，FCSCs处于备份状态，当FCPCs失效，FCSCs投入运行。当计算机的两个支路的输出不一致时，该计算机被切除，剩下的计算机按照预先规定的优先级顺序投入运行。A340的飞控计算机系统使用ARINC429总线进行信息传输。

2.3 BUAA余度飞控计算机(RFCC-CA)新方案的总体介绍

        本课题组提出的Bu从余度飞控计算机新方案的总体结构如图4所示。采用四套非相似处理器的计算机构筑四余度系统，每个通道有两个支路，指令支路和监控支路。每个支路上运行两套控制软件：主模块和备用模块。主模块和备用模块在功能上完全相同，具有三轴全权限工作能力。同一通道内的两个支路上运行的主模块软件包不同，但都采用相同的软件包作为备份，共使用了三种不同的软件包，三个软件包采用了差异性设计方法。ACE提供RFCC-CA的离散和模拟接口。每个ACE包含有4个终端控制器，3个接收，1个发送／接收。

         每套计算机内，指令支路和监控支路同步运行，使用相同的数据进行控制律计算。指令支路执行控制功能，发送控制指令。指令支路的主模块失效后，备用模块投入运行。监控支路监控指令支路的运行，两个支路输出的差值超过规定的阈值，则判定该通道失效，切断该通道的输出。RFCC-CA的四个通道按照异步方式全部投入工作，任意一个通道都能控制飞机飞行。每套计算机和AcE都从四余度总线接受数据，但只向同组的总线发送数据。当本组的计算机或者总线失效后，ACE从其它总线选择控制输入。本组的ACE失效后，它控制的控制面的控制权限由其它的ACE代替。当该计算机失效后，其控制任务由其它的计算机替代，替代顺序由系统设计人员事先规定。计算机控制权限分配、计算机控制任务的替换关系以及液压源分配方式如图5示。

        每个支路依靠自监控和在线监控判断本支路的输出信号是否有效。本通道的监控支路不仅监控通道内的指令支路，还监控其它通道的指令支路。指令支路和监控支路构成比较监控结构保证输出指令的正确。