四余度电传系统“两两表决”故障分析

郭佳

摘要：针对一列实际故障现象，阐述了固定周期表决系统时间分配，详细分析了四余度电传系统“两两表决”时周期特性和信号同步性对表决结果的影响，为分析和排除类似故障提供借鉴和思路。

关键词：电传系统；余度；表决；固定周期

Keywords：FBW system；redundancy；vote；fixed period

1 故障现象

典型的电传控制系统俯仰通道四余度表决采用均值运算原理，检查工艺卡中虽有通过主备空速管切换对电传系统“两两表决”的检查要求，但实际测试过程中经常出现“两两表决”故障现象，而检查电传计算机对应电路板件表决器输出信号限制、监控组件工作门限、故障信号装置工作逻辑功能均符合要求，这给系统调试和维护带来了较大的困难。

2 不表决原理

典型电传控制系统采用的是多通道增強互联余度系统。此类系统在子通道各运算模块之间采用串联模式，构成子通道运算的前向通道。余度运算模块之间两两互联的形成增强了互联连接，输出端设计信号表决运算面，各通道信号通过表决后传输到下一级运算模块，对未通过表决的通道则进行隔离，从而保证了电传系统的可靠性。

多通道交叉余度通过增加硬件余度的方法提高了系统的可靠性，但带来各余度信号的管理问题，主要涉及信号幅值管理和运算周期。信号幅值采用门限比较方式，信号幅值在大于表决运算值时被隔离。

采用固定运算周期方式，为保证各余度信号在同一个周期运算，表决周期必须大于本运算模块不同型号电子器件运算性能的差异和相同型号电子器件运算的时间差异。表决周期还必须满足两个条件，一是子通道各模块的运算周期之和小于子通道的运算周期，二是模块固定运算周期大于自身的实际运算时间。在此基础上，各子通道运算速度在时间上的同步是系统余度管理系统的核心，是表决运算、故障隔离和系统重构的基础。

典型电传系统中，由于系统组成部件和运算电路是确定的器件，余度管理采用了固定运算周期的方法，即系统的余度运算周期时间是固定不变的。固定时间周期算法余度系统中，如果各通道间因外部或自身影响造成各通道信号未在一个时间周期内到达，将影响表决的正确性。

3 故障分析和验证

电传计算机内部传动比计算板件用于综合动压、静压信号计算传动比系数。在电传控制系统内传动比计算机是四余度配置，在输出段设置了电路表决面，通过均值运算和跨表决器的比较监控器进行余度管理，如图1所示。各余度之间信息传输按多路增强传输方式进行。

在四余度均值表决器内，将表决器的输出与本通道的输入进行比较监控。正常情况下，表决器输出四个通道输入的均值，当某个余度子通道的输入与表决器输出之差大于规定的门限并超过预定时间时，监控器判断该信号故障，切除该余度子通道的输入，同时输出故障信号，表决器输出为剩余三个余度输入信号的均值。当两个通道同时发生故障时，将出现2对2表决的情况，俗称“两两表决”，这种情况下通道输出值先大于表决输出并超过预定时间的通道会在第一个运算周期被表决，剩余三个通道中第二个故障通道在第二个运算周期被表决。

全静压系统由主向备切换时，传动比计算板件的四个余度从4个通道同时正常工作转换为1、2通道正常工作，3、4通道非正常工作，3、4通道无静压信号输入出现“两两表决”的状况。

回归到操作层面，原“主备空速管切换”检查工艺中的“两两表决”虽然是一步操作，实际上是在两个表决周期内完成的，它利用各子通道之间运算时间的差异，在第一个周期内将先超出幅值门限的传动比计算机表决隔离，在第二个周期将剩余被切换通道传动比计算机隔离，完成“两两表决”。

但在实际工作中，某典型电传控制系统使用GAL逻辑芯片代替了原设计中的组合逻辑电路，使得系统各子通道信号时间一致性大大提高，如果两转换通道信号在同一个运算周期到达，在幅值均值运算上就会出现四个通道都不超过门限值的情况，从而出现表决无输出情况。

为验证故障分析结论，测量备用全静压系统工作状态下动压传感器输出值（见表1）和4个通道Ks系数输出值电压与表决值之差，1、2通道分别为0.14和-0.11，3、4通道分别为-1.32和-1.27，符合理论值要求，确定信号运算功能正常。

测量正常表决的电传系统中主备转换时3、4通道信号差约40 ms，不表决的电传系统中主备转换时3、4通道信号差约20 ms（见图2），从而验证了故障分析结论。

4总结

本故障涉及多余度模拟运算余度管理电路的均值运算和表决时间静态同步等理论知识，故障排除和定位存在较大的难度。通过对电传系统表决周期和表决运算允于时间进行阐述，着重分析了静态表决周期设计的电传系统出现表决失步的原理和可能原因，为今后分析和排除类似故障提供思路和借鉴。

参考文献

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