李晓峥 屈斌 史壮歌

摘 要：飞机机电系统基于CAN技术来实现数据采集与控制的综合性和集成化，有效提升了数据采集的效率与控制效果。本文通过对基于该项技术功能化设计需求的分析，进一步分析了飞机综合机电控制系统的结构与技术设计。

关键词：CAN技术;数据采集;设计

引言

随着民航的快速发展，机电系统的综合控制技术由于具有诸多优势而开始得到广泛性应用，为了深入探究该项技术在功能优化方面的作用，本文对飞机机电系统基于CAN技术的数据采集和控制设计进行了分析。

1 设计需求

1.1控制结构方面的需求

在飞机的机电系统当中包含着多种作动装置系统，像是起落架系统、燃油系统、环境控制系统、液压控制系统等等。但许多现有的飞机机电系统当中，其系统的综合性和集成化程度偏低，有些甚至都是独立系统，没有综合一说，在各项功能的数据采集与控制方面，其也是独立完成，没能够实现数据信息的共用，这会导致硬件的利用率较低，整体的连线也是十分混乱且复杂，在数据采集与控制方面可靠性较低，实际操作显现出困难，在排除故障方面也具有一定难度，系统本身自重过大，维护效果不佳。这些问题的产生都在于机电控制系统的结构缺陷，而设计出综合性的机电控制系统，实现数据采集与控制功能的集成化也变得很有必要[1]。

1.2总线方面的需求

在飞机机电系统当中，其数据的交互是十分冗余和繁杂的，在传统的民航飞机当中，一些线缆的连接采用硬线式连接方法，导致线缆结构杂乱，使得线路方面的维护与监控都具有较高难度，因此，其需要采用数据总线连接通信的方式，有效简化线缆结构，也会降低飞机的自重。

2 结构设计

CAN技术下的飞机综合控制机电系统的数据采集与控制功能所包含的相关部件主要包括顶部控制板结构、两个独立的电气系统控制装置、通信总线CAN以及交流二级配电装置，在结构设计上主要是采用双余度双通道的形式，在每个通道的构件当中都有着两个计算机设备，其能互为数据备份机。在顶板控制板当中也有着两台控制计算机设备，其与电气系统之间进行数据通信，主要是通过CAN总线来连接通信，通信主要是包括传输控制指令及反馈状态信息，电气系统控制器装置中具有着数据采集的模块，其主要是对探测器与传感器的设备进行采集，而综合控制机电系统的控制功能则是由交流二级配电装置来实现，而其系统与配电装置之间的连接则是基于CAN网络，二级配电装置会接收到相应的控制命令，然后根据命令执行对固态功率控制器的控制。

3 技术设计

3.1顶部控制板数字化技术

在飞机的机电系统数据控制当中运用顶部控制板数字化技术，主要是设计出集成化模板及总线调光自适应控制功能。例如，在设计的过程中，使其控制板的背板对两台数字处理计算机设备进行集成处理，再结合CAN总线技术所发出的信号命令对系统控制板下达执行要求，同时对各个系统的状态信息进行采集，进而显示在控制板上，两台进行数字处理的计算机通过两条通道贯通组合，其整体的数字处理模块呈现出双通道双余度的构型，顶板控制板上的开关信号会被计算机采集，从而CAN总线来发送给电气系统的控制器，也会发送到飞机的各个系统当中，收到信号并将命令完成以后，就会通过CAN总线再将状态信号反馈发送到两台计算机中，将相应的信号灯激活。对于调光自适应控制部分，其主要是包含了两个双余度的数字信号处理设备，带有着电源控制的电路与内部数字调光功能，其双余度的信信号处理设备还有着两个电源模块，保证本地的所有LRU及负载都能够得到供电。数据通信的接口是由调光自适应控制部分所提供，再结合CAN总线技术，有效实现与控制板的各个组件之间进行通信，调光自适应控制模块还能够为飞机的其他系统提供常规离散型模拟信号[2]。

在飞机系统当中，通常控制信号都会经过机电综合控制系统以及背板计算机设备的处理，而第三套手动应急系统的控制则不需要经过其处理，通常是独立存在的，一般是顶部控制板直接将控制命令下达给相应的作动装置，通过硬线来进行命令传输。

3.2电源的智能化管理

在智能化配电方面，其能够将用电负载的装机容量和整个飞机系统进行最小化处理，且系统的自重与成本也会降到最低，一般是将实际负载进行智能化分区及合理配置，从而实现智能化管理。交流二级配电装置处理器会对实际用电的负载量与用电峰值进行管理，该项管理的参数会控制在飞机系统处理装置的规定范围之内，而若假设设定了多个交流二级配电装置的控制器，则系统在最高执行下，会将逻辑控制层渗透到所有的控制器当中，飞机的电源系统会与相关任务计算机及飞机管理进行共同工作，其电源的管理任务需要在分配的时间内全部完成，还需满足任务发动机功率方面的实际预算要求，对于电网和电源系统存在的故障，交流二级配电装置的逻辑也能够进行识别，同时可以做到故障的有效隔离，也可对电源系统控制器进行重新配置，以保证电源的供电达到负载要求。系统若是在最低执行下，交流二级配电装置处理器也能够实现故障保护、基本状态反馈以及对计算机命令执行，对交流二级配电装置进行配置，可以实现数据总线对独立固态功率控制器的控制，数据总线是被使用在飞机系统的分级数据结构当中，且在交流二级配电装置当中可以对数据总线的时间、级别以及超控等进行软件执行，在本项设计当中，交流二级配电装置处理还需依托于综合机电控制的电源系统控制器来实现功能，其基本的控制逻辑与相关运算都是在电源系统控制器当中停留，电源系统中传输控制命令主要是运用双余度CAN总线，能够有效连接或是中断固态功率控制器与交流二级配电装置之间，控制实际负载的开关。

3.3双余度的CAN总线网络设计

综合机电控制系统将各个机电控制系统的逻辑进行集成处理，其在保证数据传输的安全性与可靠性方面，主要是采用了容错技术，避免实际运行时系统的有效性受到突发错误的不良影响。详细分析综合机电控制系统的容错技术，其功能主要是体现在两个方面，一方面是体现在整个系统的关键功能节点上，以此来实现该节点的容错;另一方面是直接采用双余度的CAN总线接口，实现整个网络通信的容错，设计出双余度的CAN总线网络，采用完全冗余模型来进行结构设置。对于完全冗余模型的设计思路，其主要是指基于CAN总线协议在各个功能模块下布置上两条系统总线，且每一个功能模块上都设置了两条独立的CAN通道，该通道当中，包含了CAN总线的收发器设备、控制器设备、DC-DC转换模块以及光电耦合电路等等，这些设施能够将差分线路连接，从而构成两条总线，由于其收发器设备都是相对独立，因此收发控制也是独立形式，在冗余管理方面则是由相应软件实现。这种设计方式的优势就在于其能够实现数据链路层、物理层以及物理介质等方面的全面性冗余，确保整体系统的安全性与可靠性都能够提升，同时其操作简便，不需要进行切换电路，也能够降低系统的故障率。

结论：

综上所述，飞机机电系统的数据采集与控制功能的设计，运用双余度CAN總线的结构能够充分提升数据采集、传输的可靠性，简化其线路结构，提升控制效果。由本文分析可知，在实际进行的技术设计上，主要是包括顶部控制板数字化技术、电源的智能化管理。双余度的CAN总线网络设计等几个部分。

参考文献：

[1]张伟业.飞机机电系统分布式仿真模型优化方法研究[D].中国民航大学，2020.

[2]杨阳，胡佳林.基于CAN的飞机机电系统数据采集与控制设计[C]. .2016航空试验测试技术学术交流会论文集.：中国航空学会，2016：162-164+179.