一种飞行控制系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种飞行控制系统及方法，所述系统包括：至少一个带有光位移传感器和电位移传感器的人员操纵部件、备份控制模块、电链路系统对应的作动器控制模块、光链路系统对应的作动器控制模块以及各作动器控制模块分别控制的作动器；所述备份控制模块用于根据接收到的来自所述光位移传感器或电位移传感器的相关信号产生控制指令；所述电链路系统对应的作动器控制模块和光链路系统对应的作动器控制模块用于根据接收到的控制指令驱动对应的作动器，以完成飞机舵面的控制。本发明实施例通过在飞行控制系统中采用光传输备份电传输信息，从而解决了基于电传输的飞行控制系统不满足非相似余度的问题，进一步提高了飞行控制系统的安全性。
【专利说明】一种飞行控制系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及飞行控制【技术领域】，尤其涉及一种飞行控制系统及方法。
【背景技术】
[0002]民用飞机飞行控制系统出于安全性的考虑，除了常用的正常模式、辅助模式、直接模式外，一般还设计有备份模式，即飞机在重要部件故障或损坏的情况下，飞机可以在最小操纵的情况下降落。随着飞行控制技术的发展，民用飞机飞行控制的备份系统由过去的纯机械备份发展到现在的电备份。个别机型在满足安全性的前提下，考虑到结构、重量等因素，去掉了备份系统的设计。
[0003]机械系统作为主飞行控制系统的备份系统，在结构类型的非相似余度上达到了一个很好的效果，但由于机械系统的重量和体积都比较大，因此随着电备份系统的发展，其逐渐被取代。电备份系统在重量和体积方面存在着较大的优势，但由于是电备份系统的设计没有很好地满足非相似设计的要求，如在遭遇到强雷击、闪电情况下，可能造成包括主飞行控制系统和电备份系统的整个瘫痪，因此电备份系统的方案的安全性还有待提高。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，本发明实施例提供了一种飞行控制系统及方法，以进一步提高飞行控制系统的安全性。
[0005]一方面，本发明实施例提供了一种飞行控制系统，所述系统包括:至少一个带有光位移传感器和电位移传感器的人员操纵部件、备份控制模块、电链路系统对应的作动器控制模块、光链路系统对应的作动器控制模块以及各作动器控制模块分别控制的作动器；其中，
[0006]每个光位移传感器用于测量对应人员操纵部件的位移量，并将测量结果以光信号的形式发送到所述备份控制模块；每个电位移传感器用于测量对应人员操纵部件的位移量，并将测量结果以电信号的形式发送到所述备份控制模块；
[0007]所述备份控制模块用于根据接收到的来自电位移传感器的电信号产生控制指令，将该控制指令以电信号的形式发送到电链路系统对应的作动器控制模块；以及，根据接收到的来自光位移传感器的光信号产生控制指令，将该控制指令以光信号的形式发送到光链路系统对应的作动器控制模块；
[0008]所述电链路系统对应的作动器控制模块用于根据接收到的来自所述备份控制模块的电信号驱动对应的作动器，以完成飞机舵面的控制；所述光链路系统对应的作动器控制模块用于根据接收到来自所述备份控制模块的光信号驱动对应的作动器，以完成飞机舵面的控制。
[0009]进一步的，所述人员操纵部件包括飞机侧杆和脚蹬。
[0010]进一步的，所述备份控制模块包括现场可编程逻辑门阵列FPGA接口，所述FPGA接口用于接收来自光位移传感器的光信号，根据接收到的光信号产生控制指令，将该控制指令以光信号的形式发送到光链路系统对应的作动器控制模块，以及接收来自电位移传感器的电信号，根据接收到的电信号产生控制指令，将该控制指令以电信号的形式发送到电链路系统对应的作动器控制模块。
[0011 ] 进一步的，所述光链路系统对应的作动器控制模块包括FPGA接口，所述FPGA接口用于接收到来自所述备份控制模块的光信号，将接收到的光信号转换为电信号。
[0012]进一步的，所述系统中电信号的传输链路和光信号的传输链路相互独立。
[0013]另一方面，本发明实施例还提供了一种基于上述飞行控制系统的飞行控制方法，包括:
[0014]光位移传感器测量对应人员操纵部件的位移量，并将测量结果以光信号的形式发送到所述备份控制模块；电位移传感器测量对应人员操纵部件的位移量，并将测量结果以电信号的形式发送到备份控制模块；
[0015]所述备份控制模块根据接收到的来自电位移传感器的电信号产生控制指令，将该控制指令以电信号的形式发送到电链路系统对应的作动器控制模块；以及，根据接收到的来自光位移传感器的光信号产生控制指令，将该控制指令以光信号的形式发送到光链路系统对应的作动器控制模块；
[0016]所述电链路系统对应的作动器控制模块根据接收到的来自所述备份控制模块的电信号驱动对应的作动器，以完成飞机舵面的控制；所述光链路系统对应的作动器控制模块根据接收到来自所述备份控制模块的光信号驱动对应的作动器，以完成飞机舵面的控制。
[0017]进一步的，所述备份控制模块采用现场可编程逻辑门阵列FPGA接口，所述FPGA接口接收来自光位移传感器的光信号，根据接收到的光信号产生控制指令，将该控制指令以光信号的形式发送到光链路系统对应的作动器控制模块，以及接收来自电位移传感器的电信号，根据接收到的电信号产生控制指令，将该控制指令以电信号的形式发送到电链路系统对应的作动器控制模块。
[0018]进一步的，所述光链路系统对应的作动器控制模块采用FPGA接口，所述FPGA接口接收到来自所述备份控制模块的光信号，将接收到的光信号转换为电信号。
[0019]进一步的，所述光链路系统对应的作动器控制模块根据接收到的来自所述备份控制模块的光信号驱动对应的作动器，以完成飞机舵面的控制，包括:
[0020]所述光链路系统对应的作动器控制模块通过所述FPGA接口将接收到的来自所述备份控制模块的光信号转换为电信号；
[0021]所述光链路系统对应的作动器控制模块根据所述电信号驱动对应的作动器，以完成飞机舵面的控制。
[0022]进一步的，所述方法中电信号的传输链路和光信号的传输链路相互独立。
[0023]本发明实施例提供的飞行控制系统及方法，通过在飞行控制系统中采用光传输备份电传输信息，从而解决了基于电传输的飞行控制系统不满足非相似余度的问题，进一步提高了飞行控制系统的安全性。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1是本发明实施例提供的飞行控制系统的示意图；
[0025]图2是本发明实施例提供的飞行控制系统中FPGA接口的示意图；
[0026]图3是本发明实施例提供的一种优选的飞行控制系统架构图；
[0027]图4是本发明实施例提供的飞行控制系统中一种优选的备份系统示意图；
[0028]图5是本发明实施例提供的飞行控制方法的流程图；
[0029]图6是本发明实施例提供的飞行控制方法中备份系统对应的作动器控制模块的工作流程图。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。
[0031]图1示出了本发明实施例提供的飞行控制系统的示意图，如图1所示，所述系统包括:至少一个带有光位移传感器和电位移传感器的人员操纵部件11、备份控制模块12、电链路系统对应的作动器控制模块13、光链路系统对应的作动器控制模块14以及各作动器控制模块分别控制的作动器15。其中，所述每个光位移传感器用于测量对应人员操纵部件11的位移量，并将测量结果以光信号的形式发送到所述备份控制模块12 ;每个电位移传感器用于测量对应人员操纵部件11的位移量，并将测量结果以电信号的形式发送到所述备份控制模块12 ;所述备份控制模块12用于根据接收到的来自电位移传感器的电信号产生控制指令，将该控制指令以电信号的形式发送到电链路系统对应的作动器控制模块13 ;以及，根据接收到的来自光位移传感器的光信号产生控制指令，将该控制指令以光信号的形式发送到光链路系统对应的作动器控制模块14 ;所述电链路系统对应的作动器控制模块13用于根据接收到的来自所述备份控制模块12的电信号驱动对应的作动器15，以完成飞机舵面的控制；所述光链路系统对应的作动器控制模块14用于根据接收到来自所述备份控制模块12的光信号驱动对应的作动器15，以完成飞机舵面的控制，所述飞机舵面的控制包括飞机外侧副翼、上侧升降舵、外侧升降舵和水平安定面的控制，或者飞机内侧副翼、下侧升降舵、内侧升降舵和水平安定面的控制。本实施例中，所述电链路系统和光链路系统可以分别完成一组飞机舵面的控制。
[0032]本发明实施例提供的飞行控制系统通过在飞行控制系统中采用光传输备份电传输信息，从而解决了基于电传输的飞行控制系统不满足非相似余度的问题，进一步提高了飞行控制系统的安全性。
[0033]上述实施例中，所述人员操纵部件11通常包括飞机侧杆和脚蹬，所述飞机侧杆可以包括主驾驶侧杆和副驾驶侧杆。所述飞机侧杆和脚蹬上均安装有光传感器和电传感器，飞行人员可灵活操作所述人员操纵部件11。所述光传感器可以根据所述飞行人员的操作，获得所述人员操纵部件11的位移量，并将所述位移量以光信号的形式发送到所述备份控制模块12，所述电传感器可以根据所述飞行人员的操作，获得所述人员操纵部件11的位移量，并将所述位移量以电信号的形式发送到所述备份控制模块12。
[0034]上述实施例中，所述备份控制模块12可包括FPGA(Field Programmable GateArray,现场可编程逻辑门阵列)接口，所述FPGA接口用于接收来自电位移传感器的电信号，并根据接收到的电信号产生控制指令，将该控制指令以电信号的形式发送到电链路系统对应的作动器控制模块13，以及所述FPGA接口用于接收来自光位移传感器的光信号，根据接收到的光信号产生控制指令，将该控制指令以光信号的形式发送到光链路系统对应的作动器控制模块14。所述FPGA是一种高度集成的芯片，可以直接进行电信号和光信号的传输，所述FPGA还可以对接收到的数据进行处理，如对接收到的数据进行解析、根据数据进行后续部件的状态判断、对数据进行运算等。
[0035]所述FPGA的接口如图2所示，包括FPGA光接口和FPGA电接口，所述FPGA光接口包括光接收接口 1、光发送接口 1、光接收接口 2和光发送接口 2，所述FPGA电接口包括电接收接口 1、电发送接口 1、电接收接口 2和电发送接口 2。其中，所述光接收接口 1、光发送接口 1、电接收接口 I和电发送接口 I为上位机接口，通过上位机接口可与上位机进行通信，所述光发送接口 2、光接收接口 2、电发送接口 2和电接收接口 2为下位机接口，通过下位机接口可与下位机进行通信。例如，对于备份控制模块，上位机接口可用于接收来光位移传感器的光信号和电信号，下位机接口可用于向光链路系统对应的作动器控制模块发送光信号，以及向电链路系统对应的作动器控制模块发送电信号。
[0036]上述实施例中，所述光链路系统对应的作动器控制模块14可包括FPGA接口，所述FPGA接口用于接收到来自所述备份控制模块12的光信号，将接收到的光信号转换为电信号。
[0037]另外，本发明实施例中，所述备份控制模块12、电链路系统对应的作动器控制模块
13、光链路系统对应的作动器控制模块14均可包括FPGA接口，所述FPGA接口包括FPGA电接口和FPGA光接口，当接收到的信号为电信号时，采用所述FPGA电接口进行接收和发送，当接收到的信号为光信号时，采用所述FPGA光接口进行接收和发送。
[0038]本实施例中采用FPGA进行光信号传输，减少了备份控制模块中器件的种类，如无需采用光电转换模块和电光转换模块进行信号的转换，从而降低了硬件设计的复杂性，提高了系统的可靠性。
[0039]上述实施例中，所述系统中电信号的传输链路和光信号的传输链路相互独立。任一传输链路出现故障并不会影响另一传输链路的正常工作。图3示出了一种优选的基于光电传输的飞行控制系统架构图，如图3所示，所述系统中电链路系统采用电信号传输，如图3中虚线箭头所示，光链路系统中采用光信号传输，如图3中实线箭头所示。如图3所示，位于人员操纵部件中的光位移传感器和电位移传感器测量所述人员操纵部件的位移量，并将所述位移量分别以光信号和电信号的形式发送到所述备份控制模块，所述备份控制模块根据接收到的电信号产生控制指令，发送到电链路系统对应的作动器控制模块，驱动相应作动器完成飞机舵面的控制；所述备份控制模块根据接收到的光信号产生控制指令，发送到光链路系统对应的作动器控制模块，驱动相应作动器完成飞机舵面的控制。其中，所述电链路系统对应的作动器控制模块包括外侧副翼作动器控制模块、下侧升降舵作动器控制模块、外侧升降舵作动器控制模块和水平安定面作动器控制模块，所述电链路系统可以完成外侧副翼、下侧升降舵、外侧升降舵和水平安定面的控制；所述光链路系统对应的作动器控制模块包括内侧副翼作动器控制模块、上侧升降舵作动器控制模块、内侧升降舵作动器控制模块和水平安定面作动器控制模块，所述光链路系统可以完成内侧副翼、上侧升降舵、内侧升降舵和水平安定面的控制。通常情况下，电链路系统和光链路系统可以同时进行信号的传输，当电链路系统的中的部件故障或电信号受阻时，可采用光链路系统控制飞机完成飞行工作。
[0040]图4示出了图3中一种优选的备份系统的示意图，如图4所示，主驾驶侧杆、副驾驶侧杆和脚蹬均为人员操纵部件，所述人员操作部件上均装有光位移传感器，所述光位移传感器输出的信息发送到备份控制模块，所述备份控制模块通过FPGA接口对接收到的信息进行处理后再发送到光链路系统对应的各作动器控制模块，各作动器控制模块可通过内部的FPGA接口驱动相应作动器完成飞机舵面的控制，其中，所述光链路系统对应的各作动器控制模块包括内侧左侧副翼控制模块、内侧右侧副翼控制模块、内侧左侧升降舵控制模块、内侧右侧升降舵控制模块、上侧升降舵控制模块和水平安定面控制模块，所述光链路系统对应的各作动器控制模块可完成内侧左侧副翼、内侧右侧副翼、内侧左侧升降舵、内侧右侧升降舵、上侧升降舵和水平安定面的控制。
[0041]本发明实施例中备份控制模块和光链路系统对应的作动器控制模块均采用集成式FPGA接口，实现了飞行控制光链路系统的全光链路，解决了系统中的非相似余度问题，进而提高了飞行控制系统的安全性。
[0042]图5示出了本发明实施例提供的飞行控制方法的流程图，所述方法由上述实施例提供的飞行控制系统来执行。如图4所示，所述流程详述如下:
[0043]步骤501、光位移传感器测量对应人员操纵部件的位移量，并将测量结果以光信号的形式发送到所述备份控制模块；电位移传感器测量对应人员操纵部件的位移量，并将测量结果以电信号的形式发送到备份控制模块。
[0044]步骤502、所述备份控制模块根据接收到的来自电位移传感器的电信号产生控制指令，将该控制指令以电信号的形式发送到电链路系统对应的作动器控制模块；以及，根据接收到的来自光位移传感器的光信号产生控制指令，将该控制指令以光信号的形式发送到光链路系统对应的作动器控制模块。
[0045]步骤503、所述电链路系统对应的作动器控制模块根据接收到的来自所述备份控制模块的电信号驱动对应的作动器，以完成飞机舵面的控制；所述光链路系统对应的作动器控制模块根据接收到来自所述备份控制模块的光信号驱动对应的作动器，以完成飞机舵面的控制。
[0046]本实施例中，所述备份控制模块采用现场可编程逻辑门阵列FPGA接口，所述FPGA接口可以接收来自光位移传感器的光信号，根据接收到的光信号产生控制指令，将该控制指令以光信号的形式发送到光链路系统对应的作动器控制模块，以及接收来自电位移传感器的电信号，根据接收到的电信号产生控制指令，将该控制指令以电信号的形式发送到电链路系统对应的作动器控制模块。
[0047]本实施例中，所述光链路系统对应的作动器控制模块采用FPGA接口，所述FPGA接口接收到来自所述备份控制模块的光信号，将接收到的光信号转换为电信号。
[0048]另外，本发明实施例中，所述备份控制模块、电链路系统对应的作动器控制模块、光链路系统对应的作动器控制模块均可包括FPGA接口，所述FPGA接口包括FPGA电接口和FPGA光接口，当接收到的信号为电信号时，采用所述FPGA电接口进行接收和发送，当接收到的信号为光信号时，采用所述FPGA光接口进行接收和发送。
[0049]本实施例中，所述光链路系统对应的作动器控制模块根据接收到的来自所述备份控制模块的光信号驱动对应的作动器，以完成飞机舵面的控制，包括图6所示的步骤:
[0050]步骤601、所述光链路系统对应的作动器控制模块通过所述FPGA接口将接收到的来自所述备份控制模块的光信号转换为电信号。
[0051]步骤602、所述光链路系统对应的作动器控制模块根据所述电信号驱动对应的作动器，以完成飞机舵面的控制。
[0052]本实施例中，电信号的传输链路和光信号的传输链路相互独立。
[0053]本发明实施例提供的飞行控制方法由上述实施例提供的飞行控制系统来执行，可达到与所述飞行控制系统相似的技术效果，在此不再赘述。
[0054]显然，本领域技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，他们可以用计算机装置可执行的程序代码来实现，从而可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。
[0055]以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种飞行控制系统，其特征在于，所述系统包括:至少一个带有光位移传感器和电位移传感器的人员操纵部件、备份控制模块、电链路系统对应的作动器控制模块、光链路系统对应的作动器控制模块以及各作动器控制模块分别控制的作动器；其中， 每个光位移传感器用于测量对应人员操纵部件的位移量，并将测量结果以光信号的形式发送到所述备份控制模块；每个电位移传感器用于测量对应人员操纵部件的位移量，并将测量结果以电信号的形式发送到所述备份控制模块； 所述备份控制模块用于根据接收到的来自电位移传感器的电信号产生控制指令，将该控制指令以电信号的形式发送到电链路系统对应的作动器控制模块；以及，根据接收到的来自光位移传感器的光信号产生控制指令，将该控制指令以光信号的形式发送到光链路系统对应的作动器控制模块； 所述电链路系统对应的作动器控制模块用于根据接收到的来自所述备份控制模块的电信号驱动对应的作动器，以完成飞机舵面的控制；所述光链路系统对应的作动器控制模块用于根据接收到来自所述备份控制模块的光信号驱动对应的作动器，以完成飞机舵面的控制。
2.根据权利要求1所述的飞行控制系统，其特征在于，所述人员操纵部件包括飞机侧杆和脚蹬。
3.根据权利要求1所述的飞行控制系统，其特征在于，所述备份控制模块包括现场可编程逻辑门阵列FPGA接口，所述FPGA接口用于接收来自光位移传感器的光信号，根据接收到的光信号产生控制指令，将该控制指令以光信号的形式发送到光链路系统对应的作动器控制模块，以及接收来自电位移传感器的电信号，根据接收到的电信号产生控制指令，将该控制指令以电信号的形式发送到电链路系统对应的作动器控制模块。
4.根据权利要求1所述的飞行控制系统，其特征在于，所述光链路系统对应的作动器控制模块包括FPGA接口，所述FPGA接口用于接收到来自所述备份控制模块的光信号，将接收到的光信号转换为电信号。
5.根据权利要求1所述的飞行控制系统，其特征在于，所述系统中电信号的传输链路和光信号的传输链路相互独立。
6.一种基于权利要求1-5中任一所述飞行控制系统的飞行控制方法,其特征在于,包括: 光位移传感器测量对应人员操纵部件的位移量，并将测量结果以光信号的形式发送到所述备份控制模块；电位移传感器测量对应人员操纵部件的位移量，并将测量结果以电信号的形式发送到备份控制模块； 所述备份控制模块根据接收到的来自电位移传感器的电信号产生控制指令，将该控制指令以电信号的形式发送到电链路系统对应的作动器控制模块；以及，根据接收到的来自光位移传感器的光信号产生控制指令，将该控制指令以光信号的形式发送到光链路系统对应的作动器控制模块； 所述电链路系统对应的作动器控制模块根据接收到的来自所述备份控制模块的电信号驱动对应的作动器，以完成飞机舵面的控制；所述光链路系统对应的作动器控制模块根据接收到来自所述备份控制模块的光信号驱动对应的作动器，以完成飞机舵面的控制。
7.根据权利要求6所述的飞行控制方法，其特征在于，所述备份控制模块采用现场可编程逻辑门阵列FPGA接口，所述FPGA接口接收来自光位移传感器的光信号，根据接收到的光信号产生控制指令，将该控制指令以光信号的形式发送到光链路系统对应的作动器控制模块，以及，接收来自电位移传感器的电信号，根据接收到的电信号产生控制指令，将该控制指令以电信号的形式发送到电链路系统对应的作动器控制模块。
8.根据权利要求6所述的飞行控制方法，其特征在于，所述光链路系统对应的作动器控制模块采用FPGA接口，所述FPGA接口接收到来自所述备份控制模块的光信号，将接收到的光信号转换为电信号。
9.根据权利要求8所述的飞行控制备份方法，其特征在于，所述光链路系统对应的作动器控制模块根据接收到的来自所述备份控制模块的光信号驱动对应的作动器，以完成飞机舵面的控制，包括: 所述光链路系统对应的作动器控制模块通过所述FPGA接口将接收到的来自所述备份控制模块的光信号转换为电信号； 所述光链路系统对应的作动器控制模块根据所述电信号驱动对应的作动器，以完成飞机舵面的控制。
10.根据权利要求6所述的飞行控制方法，其特征在于，所述方法中电信号的传输链路和光信号的传输链路相互独立。
【文档编号】B64C13/00GK104192300SQ201410162960
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年4月22日 优先权日:2014年4月22日
【发明者】白志强, 康元丽, 熊斯 申请人:中国商用飞机有限责任公司北京民用飞机技术研究中心, 中国商用飞机有限责任公司