民航新型飞机MAS模拟系统设计研究

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摘要：设计和构建一个民航新型飞机mas飞机维护告知系统（MAS）的模拟系统，从而实现飞机系统状态和维护信息的调用、识别和控制，完成对于典型信号测量和测试、典型故障的定位和分析等MAS基本功能。

关键词：维护告知系统；故障定位；模拟系统

维护感知系统MAS可以提供与适航性和系统信息有关的信息，对提高飞机维护效率有着重要意义。这个系统包括状态信息界面、维护数据界面、维护控制界面。维护感知系统需要与众多的电子系统之间完成信息交换，数据的形式包括三种：ARINC429形式、模拟信号的形式或者离散信号的形式。我们据此完成一套模拟MAS的系统并且实现以上功能，要根据飞机维护手册AMM、部件维修手册CMM和线路图手册WDM，完成飞机电子设备信息交互实现，模拟维护与管理技术，实现界面上的操作。

1总体设计

项目划分为MAS系统的模拟[1]、BIT测故障信号部分：MAS系统的模拟需要完成转换信号输入输出的电路。我们需要模拟飞机系统故障信号，经过该部分的转换传输至主机部分。经过这样的过程实现一个完整的电子系统维护与监控功能。通过外围数据传输协议(ARINC429)，将传感器获得的数据传输给ARM，ARM传输给ADIRU，再使用树莓派传输至DU模块。软件部分使用python编程实现，载入BIT检测算法对各部件数据进行处理，在信号处理的过程中对于故障信号或健康信号的输出应由编程中的算法来决定。通过外置电路模拟故障情况，通过BIT检测查出故障并在DU界面显示。图1系统设计框图

2ADIRS模拟系统的设计与实现

ADIRS模拟系统，它完成的功能主要是模拟飞机电子系统测量所得的数据信号的输入。我们这里设计通过一系列传感器测量，如：温度传感器、加速度计、压力传感器等。它们测得的相关大气数据分为两路传输。一路通过信号转化，也就是满足美国航空标准的ARINC429协议来进行信号编码（这里通过PIN和两条路传输后相减得到双极性归零码传输，以克服传输过程中的干扰），转化后就可以通过示波器等观察波形是否正确；另一路经处理器后传入DPC实物仿真件，在下面将详细展开。ADIRS是飞机上重要的导航系统，它是大气数据系统与惯性基准系统的综合，主要有两个功能：大气数据基准功能（ADR)和惯性基准功能（IR)。ADR功能主要是计算空速和气压高度。IR功能主要计算姿态、当前位置、地速、航向等数据，利用二者的数据，IR功能还可以提供风向、风速以及航迹、待飞时间、待飞距离等参数。民航飞机中每个ADIRU使用三个加速度计和三个激光陀螺来计算惯性基准数据（IRD）。送往ADIRU的初始当前位置信息来自ISDU，或来自飞行管理计算机系统（FMCS）。两个ADIRU计算并利用ARINC429数据总线为相关系统传送大气数据和惯性基准信息。每个ADIRU有两部分：一部分是大气数据基准（ADR）部分，另一部分是惯性基准（IR）部分。IRS主告诫组件向驾驶舱主告诫系统发送故障离散信号。

3BIT测故障信号系统的设计与实现

回绕检测BIT接口与设备接口成对存在，设计在同一功能单元中。检测接口输入与输出模块组成回绕检测BIT结构，当回绕检测BIT不工作时，设备接口输入与输出模块正常连接外部设备；当回绕检测BIT工作时，设备接口输入与输出模块分别与检测接口输出与输入模块连接，屏蔽外部设备通道，组成一对回路通道，进行接口功能检测[2]。根据接口模块特性和外部设备连接需求，当两组接口无法同时连接同一设备时，使用回绕结构的切换开关，屏蔽接口功能。考虑到组合模型解析余度BIT方法在线飞行状态时对RX模块、A/D模块和D/A模块的故障检测，回绕检测结构的设计考虑其他模块，如TX模块，D/I和D/O模块如何能够有效进行故障检测[3]。开关量与模拟量接口特性类似，但是元件级联数小，结构简单，因此其回绕检测结构如图2所示。开关量接口同样分为设备连接状态与回绕检测状态，根据开关量接口特性，D1接口同时输入至设备和D2接口，D/I接口通过双余度DIO单元输入比较和回绕检测进行故障检测。

4DPC实物仿真系统与DU界面的设计与实现

DPC实物仿真件，它有两个方面的作用：第一，使用编程完成四个界面的设计；第二，编程对信号数据进行计算处理并判断是否故障，进而在显示器中设计的显示界面中显示。目前计划使用四个DPC实物仿真件对四个界面进行管理。我们使用3代B+型RaspberryPi3b开发板作为计算机的主板，它的核心SOC为BroadcomBCM2837,CPU类型为64Bite-1.2Ghz四核，支持Bluetooth4.1，可以设计为802.11n无线连接最高支持2.4Ghz速率，也可以使用有线10/100Mb/s以太网，不支持以太网供电，主板重量为43g，同等条件功耗测试为1.32A，同等条件温度测试为85℃，电源管理IC模块需要SASCLAN9514。此板参数上的配置安全满足我们的使用要求，在主板的基础上通过端口连接外拓并编程将其设计成我们需要的DPC实物仿真件。DU实物仿真器，实质为显示组件，这一部分需要将DPC实物仿真件中编程设计的界面与传来的判断后的数据都显示出来。同时也需要有必要的控制面板虚拟仿真件，这一部分主要交与DPC来进行设计配合实现，显示界面的详细布局与显示内容如下。关于显示界面及显示内容的设计，也就是DPC实物仿真件和DEU实物仿真件组成的MDS维护显示系统，在DPC的编程中我们根据B737MAX的显示器界面来进行布局，分为PFD类的姿态数据显示与ND类的航向数据显示，其布局如图3所示。关于维护告知系统的各个界面之间的关系，如图4所示。

5实验与测试

将模拟系统的MAS界面同真实MAS界面目视比对，经仔细飞机电子模拟系统的MAS界面与真实MAS界面一致。测试模拟系统航向精度，测试水平桌面上放好方位尺度图，将姿态传感器置于方位尺度图正中央，每次垂直于桌面手动旋转90度，根据上位机显示记录航向转角与实际转向角作比较。陀螺仪（姿态传感器）所测得的航向与方位标尺误差小于1°符合精度要求。

参考文献

[1]唐大鹏.民用飞机的机载维护系统探究[J].数字通信世界,2017(09).

[2]张超,马存宝,宋东,许家栋.基于故障树分析的航空电子系统BIT诊断策略设计[J].计算机测量与控制,2008(01).

[3]杨智勇,许化龙,许爱强.基于多信号模型的故障诊断策略设计[J].计算机测量与控制,2006(12).

作者：王俊楠 张迪 肖智强 杨石霖 单位：中国民航大学