CN109426675A - 基于Stateflow的机载机电综合管理***余度管理方法 - Google Patents

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Abstract

针对传统的机电综合管理***余度管理功能开发的缺陷，采用Simulink的Stateflow工具，提出了基于Stateflow的机载机电综合管理***余度管理方法，建立机载机电综合管理***体系结构模型，设计机电综合管理计算机的状态机模型；设计基于真值表的余度管理逻辑。本方法可以在机电综合管理***开发早期，设计机载机电综合管理***余度管理方法，可以提前发现***故障，提高开发效率，节省开发成本，可以降低机载机电综合管理***设计的复杂程度，模型的易理解程度远远高于文档和代码，减轻需求、设计、实现相关工程师的沟通困难。

Description

基于Stateflow的机载机电综合管理***余度管理方法
技术领域
本发明涉及一种余度管理方法，更特别地说是基于Stateflow的机载机电综合管理***余度管理方法。
背景技术
机载机电***，是指飞机上保障飞控、航空电子等***正常工作以及机上人员安全的设备。机载机电***包括供电***、燃油***、液压***、环控***、刹车***、起落架***、发动机***、辅助动力***等十几个***。国内外航空工业部门引入了机电综合管理***，改变机电***从传统的联合式架构到综合化乃至深度综合化架构。
当前机载机电综合管理***的余度管理功能主要依靠C语言代码实现，随着机电综合管理***综合化程度越来越高，***开发人员通过代码和文档沟通困难，设计的复杂程度越来越大，代码的可移植性也越来越差。改变上述情况迫在眉睫。
Stateflow是Matlab/Simulink系列产品中一种图形化的设计开发工具，是有限状态机的图形实现工具。主要用于Simulink中控制和检测逻辑关系的表示。用户可以在进行Simulink仿真时，使用这种图形化的工具实现各个状态之间的转换，解决复杂的监控逻辑问题。可以实现对基于有限状态机理论的复杂***进行图形化建模和仿真，设计开发确定的、检测的控制***，更容易在设计的不同阶段修改设计、评估结果和验证***的性能。现有技术情况。
发明内容
本发明的目的：
机载机电综合管理***在获得巨大收益的同时，也带来了一系列问题，包括***规模增长引入的开发、设计和综合困难、可靠性失效引起的“多米诺骨牌效应”、从松耦合到紧耦合带来的安全性重新评估。
航空工业部门急需采用一种先进的、科学的方法建立机载机电综合管理***。其中建模与仿真技术是一种有效的手段，第一通过建模/仿真可以降低机载机电综合管理***设计的复杂程度，模型的易理解程度远远高于文档和代码，减轻需求、设计、实现相关工程师的沟通困难；第二通过建模/仿真可以在产品开发早期发现***的设计缺陷，减少高昂的返修成本，加快产品交付周期；第三通过建模/仿真，形成针对机载机电综合管理***设计的标准体系，规范设计流程，指导机电***设计人员。
本发明的技术方案：
为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：基于Stateflow的机载机电综合管理***余度管理方法。
基于Stateflow的机载机电综合管理***余度管理方法分为三步：建立机载机电综合管理***体系结构模型；设计机电综合管理计算机的状态机模型；设计基于真值表的余度管理逻辑。
步骤1.建立机载机电综合管理***体系结构模型
根据机电***实际情况，使用Stateflow的Chart，建立机载机电***故障检测和处理的体系结构模型。每一个状态表示一个机电综合管理计算机，所有机电综合管理计算机的优先级关系是上>下，左>右。
步骤2.设计机电综合管理计算机的状态机模型
在步骤1的基础上，设计机电综合管理计算机的状态机模型。Stateflow中的每一状态表示一个机电综合管理计算机,每一个机电综合管理计算机由5个子状态组成，Passive、Active、Standby、Off、Isolated,这5个子状态分别表示机电综合管理计算机所处于的不同模态。
a.Passive：表示机电综合管理计算机上电后进入周期任务的初始化状态；
b.Active：表示机电综合管理计算机处于激活状态，即这个IEMC处于主控制；
c.Standby:表示机电综合管理计算机处于备份状态，机电综合管理计算机不做指令输出；
d.Off:表示机电综合管理计算机故障状态，一旦出现机电综合管理计算机检测到瞬时故障进入测状态；
e.Isolated表示隔离状态，依据***的具体逻辑，当瞬时故障到达一定阀值，进入隔离状态，***采取安全措施。
步骤3.设计基于真值表的余度管理逻辑
在步骤2的基础上，首先建立每个父状态中的子状态的迁移关系，包括从初始状态到Passive状态，Passive状态到Active或者Standby状态，Standby状态到Active状态。Off状态到Isolated状态。IEMSC的Passive/Standby状态到Active状态的条件是IEMSC当前处于Passive状态。IEMSC的Passive/Active/Standby状态到Off状态的条件是go_off(即***检测到故障)。IEMSC的Off状态到Isolated状态的条件是[fails>＝n],即故障累计达到n次。IEMSC的Off到Off状态的条件是go_off[fails<n],即连续故障次数小于n时，IEMSC1仍然处于Off状态。
采用Stateflow的真值表根据机载机电综合管理***的监控结果作为输入，实现机载机电管理计算机的余度管理逻辑。真值表包括条件表和动作表。条件表中，Condition(条件)列中的每个条件先要判断监信号是有效(T)或失效(F)。每个Decision(决策)列隐含着各个条件的“与”操作。表中的最后一个决策称为缺省决策，它包含着除了前面列举的决策外的所有其他决策。动作(Action)表示决策的结果。动作表是条件表的动作的具体，动作需要具体表示监控信号有效值得数目。如表1、2。
表1机载机电综合管理***故障处理条件表
描述 条件 D1(决策1) D2 D3 …… DM(缺省决策)
1 Validity[1] T T F …… -
2 Validity[2] F T F …… -
3 Validity[3] F T F …… -
…… …… …… …… …… …… …… ……
N Validity[N] …… -
动作 1 2 3 …… X
表2机载机电综合管理***动作表
描述 动作
1 num＝1
2
…… …… ……
X num＝x
附图说明
图1机载机电***故障检测和处理的体系结构模型
图2机载机电综合管理计算机状态机模型
具体实施方式
本专利以起落架收放控制***为案例，RIU(远程接口单元)收到飞行员的操作指令(收/放/应急放)，RIU控制起落架***中不同类型的阀，同时双余度的IEMSC(机电综合管理计算机)接受RIU采集的起落架开关信号，IEMSC对多余度的开关信号进行表决，并监控开关信号的有效性，并把表决值和监控结果发给RIU，继续控制起落架机械装置。下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。
1.建立机载机电综合管理***体系结构模型
由于案例中的机电综合管理***是双余度，使用Stateflow的Chart，建立机载机电***故障检测和处理的体系结构模型，共有两个状态IEMSC1和IEMSC2。每一个状态表示一个机电综合管理计算机，如图1所示，IEMSC1在IEMSC2的左上方，也就是说IEMSC1作为主节点，IEMSC2作为从节点。
2.设计机电综合管理计算机的状态机模型
设计机电综合管理计算机的状态机模型。Stateflow中的每一状态表示一个机电综合管理计算机,每一个机电综合管理计算机由5个子状态组成，Passive Active StandbyOff Isolated,这5个子状态分别表示机电综合管理计算机所处于的不同状态。
3.设计基于真值表的余度管理逻辑
建立每个父状态IEMSC中的子状态的迁移关系，包括从初始状态到Passive状态，Passive状态到Active或者Standby状态，Standby状态到Active状态。Off状态到Isolated状态。具体迁移关系表1所示。
表3详细描述了本案例中不同状态的迁移关系。IEMSC1的Passive/Standby状态到Active状态的条件是IEMSC2当前处于Passive状态。IEMSC1的Passive/Active/Standby状态到Off状态的条件是go_off(即***检测到故障)。IEMSC1的Off状态到Isolated状态的条件是[fails>＝3],即故障累计达到3次。IEMSC1的Off到Off状态的条件是go_off[fails<3],即连续故障次数小于3时，IEMSC1仍然处于Off状态。
采用Stateflow的真值表，以双余度的RIU的输入，实现机载机电管理计算机的余度管理逻辑。真值表包括条件表和动作表。条件表表4中，前起舱门放下到位终点开关1(Front_Door_Deploy_State1)和前起舱门放下到位终点开关2(Front_Door_Deploy_State2)作为输入。当Front_Door_Deploy_State1为真并且Front_Door_Deploy_State2为真时，触发动作1。当Front_Door_Deploy_State1为假并且Front_Door_Deploy_State2为真时，触发动作2。当Front_Door_Deploy_State1为真并且Front_Door_Deploy_State2为假时，触发动作3。当Front_Door_Deploy_State1为假并且Front_Door_Deploy_State2为假时，触发动作4。在表5动作表中，动作1是默认动作，为空。动作2表示机载机电综合管理计算机1出现瞬时故障，send(go_off,IEMSC.IEMSC1)；动作3表示机载机电综合管理计算机2出现瞬时故障，send(go_off,IEMSC.IEMSC2)；动作4表示机载机电综合管理计算机1、2都出现瞬时故障，send(go_off,IEMSC.IEMSC1)，send(go_off,IEMSC.IEMSC2)。
表3机电综合管理计算机状态关系
初始状态 Passive Active Standby Off Isolated
初始状态 \ 自动 \ \ go_off[！in(off)] \
Passive \ \ ！IEMSC2_act() IEMSC2_act() go_off[！in(off)] 、
Active \ \ \ IEMSC2_act() go_off[！in(off)] \
Standby \ \ ！IEMSC2_act() \ go_off[！in(off)] \
Off [validity1] \ \ \ go_off[fails<3] [fails>＝3]
Isolated \ \ \ \ \ \
表4面向起落架收放的机载机电综合管理***故障处理条件表
描述 条件 D1 D2 D3 D4
1 前起舱门放下到位终点开关1 Front_Door_Deploy_State1 T F T F
F 前起舱门放下到位终点开关2 Front_Door_Deploy_State2 T T F F
动作 1 2 3 4
表5面向起落架收放的机载机电综合管理***故障处理动作表

Claims (2)

1.一种基于Stateflow的机载机电综合管理***余度管理方法，其特征是：分为三步：建立机载机电综合管理***体系结构模型；设计机电综合管理计算机的状态机模型；设计基于真值表的余度管理逻辑；具体步骤如下：
步骤1：建立机载机电综合管理***体系结构模型
根据机电***实际情况，使用Stateflow的Chart，建立机载机电综合管理***故障检测和处理的体系结构模型；每一个状态表示一个机电综合管理计算机，所有机电综合管理计算机的优先级关系是上>下，左>右；
步骤2：设计机电综合管理计算机的状态机模型
在步骤1的基础上，设计机电综合管理计算机的状态机模型；Stateflow中的每一状态表示一个机电综合管理计算机,每一个机电综合管理计算机由5个子状态组成，PassiveActive Standby Off Isolated,这5个子状态分别表示机电综合管理计算机所处于的不同模态；
所述Passive：表示机电综合管理计算机上电后进入周期任务的初始化状态；
所述Active：表示机电综合管理计算机处于激活状态，即这个IEMC处于主控制；
所述Standby:表示机电综合管理计算机处于备份状态，机电综合管理计算机不做指令输出；
所述Off:表示机电综合管理计算机故障状态，一旦出现机电综合管理计算机检测到瞬时故障进入测状态；
所述Isolated表示隔离状态，依据***的具体逻辑，当瞬时故障到达一定阀值，进入隔离状态，***采取安全措施；
步骤3：设计基于真值表的余度管理逻辑
在步骤2的基础上，首先建立每个父状态中的子状态的迁移关系，包括从初始状态到Passive状态，Passive状态到Active或者Standby状态，Standby状态到Active状态；Off状态到Isolated状态；IEMSC的Passive/Standby状态到Active状态的条件是IEMSC当前处于Passive状态；IEMSC的Passive/Active/Standby状态到Off状态的条件是go_off，即***检测到故障；IEMSC的Off状态到Isolated状态的条件是[fails>＝n],即故障累计达到n次；IEMSC的Off到Off状态的条件是go_off[fails<n],即连续故障次数小于n时，IEMSC1仍然处于Off状态；
采用Stateflow的真值表根据机载机电综合管理***的监控结果作为输入，实现机载机电管理计算机的余度管理逻辑。
2.根据权利要求1所述的一种基于Stateflow的机载机电综合管理***余度管理方法，其特征是：所述真值表包括条件表和动作表；条件表中，Condition(条件)列中的每个条件先要判断监信号是有效(T)或失效(F)；每个Decision(决策)列隐含着各个条件的“与”操作；表中的最后一个决策称为缺省决策，它包含着除了前面列举的决策外的所有其他决策；动作(Action)表示决策的结果；动作表是条件表的动作的具体，动作需要具体表示监控信号有效值得数目。
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