一种全电飞机/多电飞机面向对象的动态配电管理方法

1.本发明涉及全电飞机/多电飞机(mea/aea)的动态配电技术，特别涉及一种全电飞机/多电飞机面向对象的动态配电管理方法。


背景技术：

2.在传统飞机中，主发电机的额定功率容量可以在所有飞行阶段为所有用电设备提供足够的电力。随着mea/aea技术的发展，环境控制系统(ecs)、防冰系统(ips)和伺服系统等变得电气化，另外，随着大功率设备的应用，如大功率雷达，电力推进设备和电磁脉冲武器的发展和应用，电力需求显著增加。最重要的是，许多用电负载不是同时运行的，有的只在很短的时间内工作，有的则只在瞬时间内工作，如果按照各负载额定功率总和来设计主发电机和电缆的额定功率容量，会增大电力系统各元件的体积和质量。为了更好地利用发电机有限的电力容量，在所有飞行阶段和运行条件下，通过自动监测、控制和保护，采用动态配电管理方法，自动地断开和接通用电设备，使系统具有重构的能力，从而保证飞行安全和保障尽可能多得高优先级任务关键设备的可靠供电，同时也为大功率设备尤其是大功率脉冲装备的推广应用提供了条件。


技术实现要素：

3.本发明目的在于提供一种全电飞机/多电飞机面向对象的动态配电管理方法，处理具有任意多优先级的负载动态配电管理问题，保证飞行安全和尽可能多得高优先级任务关键设备的可靠供电，保证大功率机载设备的供电安全。
4.为实现上述目的，本发明采用如下方案：
5.一种全电飞机/多电飞机面向对象的动态配电管理方法，包括以下步骤：
6.1)将飞机各飞行阶段、飞行阶段中所执行的各种操作任务、任务关键设备和电力系统中的主要器件分别抽象建模为类(class)，其中，飞行阶段类(fxjd)与任务类(mission)为聚合(aggregation)关系，而任务类与任务关键设备类(mload)为依赖(dependency)，在电力系统各主要器件对象中，使用不同的指针来定义电力系统器件之间的各种关系，其中包括连接和逻辑关系；根据飞行操作规范以及任务情况，对各飞行阶段可能执行的各种任务分别进行优先级排序；将直接执行飞行阶段任务的设备定义为任务关键设备；
7.2)在各飞行阶段中，依据所要执行具体任务的需要，动态地为相应任务关键设备进行供电；当执行多个任务或/和使用大功率设备时，依据各任务在该飞行阶段的优先级，逐个地为相应任务关键设备进行供电，如有必要采用网络重构和部分负载卸载等技术或手段，最大化地保障任务关键设备的供电。
8.进一步，步骤1)中飞机各飞行阶段分为六个阶段：地面、起飞、爬升、巡航、下降和着陆；对电力系统中的主要器件根据对飞机飞行安全的影响和贡献分为两类：飞机安全重要设备和飞机飞行安全无直接关系设备；飞机安全重要设备为保证飞机飞行安全所必需的
用电设备，在飞机飞行的所有阶段，首先要保证飞机安全重要设备的供电顺畅，即使是在飞机处于紧急情况下，也要保证这类设备的供电安全；飞机飞行安全无直接关系设备为除了飞机安全重要设备外的所有设备；
9.在对不同飞行阶段各种操作任务分析和调查的基础上，依据关乎飞机飞行安全的重要性，对不同飞行阶段可能执行的各种操作任务分别进行优先级排序，制定各飞行阶段的任务优先级排序表，重要飞行任务的优先级高,其优先级赋值小，非重要飞行任务的优先级低,其优先级赋值大。
10.进一步，所述2)中通过绘制mea/aea的任务、任务关键设备和电力系统的简化相互依赖模型图，在模型中使用uml中的依赖组件定义飞机的各种任务与其相应关键设备的信息和物理行为路径；然后参考模型图推演执行各飞行任务关键设备所需要的主供电路径和备用供电路径，保障任务关键设备的供电。
11.进一步，参照简化相互依赖模型逐一推演设计基于任务优先级的各任务关键设备主供电路径fpt
load
和备用供电路径alt
load
，并使用指针和链表来管理各供电路径上的器件。
12.本发明具有以下效果：
13.本发明全电飞机/多电飞机面向对象的动态配电管理方法，根据飞机发电容量的大小、供电系统的完好程度以及飞机不同飞行阶段自动地断开和接通用电设备，使系统具有重构的能力，从而保证飞行安全和尽可能多得高优先级任务关键设备的可靠供电，尤其保证大功率机载设备的供电安全。
14.由于本动态配电管理方法主要通过指针来搜索可行的供电线路，不需要复杂的数学计算，所以具有非常快的配电速度，同时，由于微机代替飞行员进行配电系统的管理工作，提高了整个飞机系统的自动化水平，在保障高优先级任务关键设备供电的前提下为尽可能多得任务关键设备供电，降低了飞行员的工作强度，增大了工作效率。
附图说明
15.图1全电飞机任务、负载和电力系统简化的相互依赖模型
16.图2类的继承图
17.图3为本发明面向对象的动态配电管理流程图
18.图4任务关键设备投入使用之前执行函数preparation()搜索可行供电线路流程图
具体实施方式
19.下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚和完整地描述。
20.本发明提供了一种mea/aea面向对象的动态配电管理方法，包括如下步骤：
21.将飞机飞行阶段分为地面、起飞、爬升、巡航、下降和着陆六个阶段。在设计初期，在对不同飞行阶段各具体任务分析和调查研究的基础上，依据对飞机飞行安全的贡献，对机载设备进行了分类：飞机安全重要设备和与飞机安全无直接关系设备。在各飞行阶段，飞机安全重要设备供电线路中的开关器件cb的默认状态为“闭合”状态，保证飞机安全重要设备供电始终畅通；然后，对各飞行阶段中可执行的各种操作任务(这些任务与飞机飞行及其安全无直接关系)分别进行优先级排序，创建各飞行阶段中各任务的优先级表，如表1所示
(所列数据为人为假设的优先级)。任务优先级越高，其优先级赋值越小，并将这些排序信息分别存储在相应数组中。
22.表1每个飞行阶段的任务优先级
[0023] 地面起飞爬升巡航下降着陆任务1132441任务2421213
………………
4任务n358676
[0024]
参照图1和表1，分别列写各任务关键设备loadi在各飞行阶段与其相关联供电路径的其它任务关键设备优先级次序表，表2为各飞行阶段与loadi的供电路径相关联的任务关键设备优先级排序表。
[0025]
表2各飞行阶段与loadi的供电路径相关联关键设备优先级表
[0026] 地面起飞爬升巡航下降着陆load1000000load 2121213
…………………
loadi000000
…………………
load n758676
[0027]
表中0表示该任务关键设备与loadi的供电路径无关或设备loadi自身。
[0028]
在mea/aea电力系统原理图基础上，绘制任务、任务关键设备和电力系统简化的相互依赖模型，如图1所示，其中，使用uml(统一建模语言)中的“依赖”组件对飞行任务与各任务关键设备之间的信息和物理行为进行建模，即使用带箭头的虚线表示任务与任务关键设备之间的信息和电能联系，箭头指向该任务关键设备，任务关键设备实质为电力系统的负载，这样飞行任务与电力系统就产生直接关系。
[0029]
参照图1，可推演出由开关器件cb和汇流条bus的跟踪次序迹构成的任务关键设备主供电线路如下：
[0030]
fpt
load1
＝cb1
→
b1
→
b3
→
cb15
→
b6
→
cb25
→
g2
[0031]
fpt
load2
＝cb2
→
b1
→
b3
→
cb15
→
b6
→
cb25
→
g2
[0032]
…
[0033]
fpt
load7
＝cb7
→
b3
→
cb15
→
b6
→
cb25
→
g2
[0034]
…
[0035]
fpt
load15
＝cb20
→
b8
→
cb26
→
g4
[0036]
同时，这些任务关键设备的备用供电路径上的开关器件cb和汇流条bus跟踪次序迹如下：
[0037]
alt
load1
＝cb1
→
b1
→
b3
→
cb9
→
b4
→
cb16
→
b7
[0038]
alt
load2
＝cb2
→
b1
→
b3
→
cb9
→
b4
→
cb16
→
b7
[0039]
alt
load7
＝cb7
→
b3
→
cb9
→
b4
→
cb16
→
b7
[0040]
alt
load15
＝cb20
→
b8
→
cb18
→
b7
→
b8
[0041]
将飞机电力系统中的器件(如汇流条、电源和断路器等)和任务关键设备抽象为类，即定义了一个基类component，如图2所示，电力系统中其它具体的组件类可从component类中派生。在component类中定义多个属性变量和成员函数，其中，属性变量主要用来表示该组件的物理性质和状态，成员函数主要用来与外部进行参数传递以及属性变量的设置，在此特别要强调的是，还定义了两个component类型的指针，用于管理组件之间的跟踪关系，基类component的具体定义如下：
[0042]
[0043][0044]
上面代码中展示的component类成员函数如下：
[0045]
[0046]
[0047][0048]
vector《vector《int》》arrayload(m，vector《int》(n))；/*声明一个mxn的二维向量，m，n为整数；元素为组件编码(整数)的二维数组，优先级越低，组件编码越排在前面；可根据表2中的任务关键设备loadi与其供电线路相关的其它loadj优先级表，对二维数组arrayload[m][n]赋值，注意：元素arrayload[i][j]的数值为比load优先级低的任务关键设备的开关器件cbk的编码，行数i为飞行阶段数，列数j为第j个比load优先级低的任务关键设备。*/
[0049]
[0050][0051]
在设计动态配电管理系统程序时，将各飞行阶段及其过程中所执行的任务可以分别抽象为类：飞行阶段类(fxjd)和任务类(mission)，fxjd与mission为聚合(aggregation)关系。设置这些类的各种属性和行为函数，其中包括阶段标识码属性phid和任务标识码属性mnid。通过类可生成具体的飞行阶段和飞行任务对象，并对这些飞行阶段对象进行编号，并将phid和各开关的状态作为对象的属性，各任务在该飞行阶段的优先级信息。对于执行飞行阶段的某一任务，飞行阶段类与任务类是聚合关系，任务类与任务关键设备类为依赖关系。
[0052]
是一个能够存放任意类型的动态数组，能够增加和压缩数据。vector型二维动态数组
[0053]
利用map型关联容器cmpcbmap来存放开关器件编码***及其对象的地址，其中开关器件编码***及其对象地址组合而成键值对；
[0054]
[0055]
[0056][0057]
而这些任务的执行，是由一个或多个负载(设备)来执行的，这样电力系统中的任务关键设备、汇流条、变压整流器、接触器或sspc等设备也可以抽象为对象，其属性包括组件顺序、组件类型、组件代码、电路顺序、电压、电流、潮流、安装年份等。
[0058]
参考图3和图4，在飞机启动后，所设计的全电飞机一种面向对象的动态配电管理方法步骤如下：(为了便于书写和阅读，该算法用一种形式化的建模语言ocl[object constraint language]语言表示，与具体的编程语言无关，在工程实现时，可采用具体的编程语言来实现，如c，c++或java等)：
[0059]
s01.动态配电管理系统程序运行，利用程序中的存储信息，将电力系统上的开关器件设置为默认状态，要使得飞机安全重要设备供电线路的接通；
[0060][0061]
boolcbarray[n]＝{0，1，
…
}//向飞机电力系统各开关器件cb的默认状态值数组赋值，其中所赋的值必须保证重要设备供电线路上的各开关器件接通，0：断开；1：接通
[0062]
void setinitial_state(cbarray[n])；//设置飞机电力系统各开关器件的默认状态值
[0063]
component*pcmp，*ptr_b，*ptr_lin；
[0064]
typedef map《int，component*》cmpcbmap；//定义开关器件标识码与其对象地址的关联容器
[0065]
dlgmission()；//用于接收飞行任务命令
[0066]
//创建任务关键设备loadi的对象并为该对象设置拓扑指针
[0067]
pcmp＝new mload(pe，
…
)；
[0068]
component::setstart(pcmp)；
[0069]
pcmp
→
setback(null)；
[0070]
ptr_b＝pcmp；
[0071]
//创建任务关键设备loadi的开关器件cbj对象并设置拓扑指针
[0072]
pcmp＝new cb()；
[0073]
component::setstart(pcmp)；
[0074]
pcmp
→
setback(ptr_b)；
[0075]
ptr_b
→
setfpp(pcmp)；//设置任务关键设备loadi的指向其开关器件cbj对象的指针
[0076]
ptr_b＝pcmp；
[0077]
ptr_lin＝pcmp；//如果该开关器件充当左右两侧电力系统的汇流条之间的联络开关才进行赋值
[0078]
//创建汇流条对象并设置拓扑指针
[0079]
pcmp＝new bus()；
[0080]
pcmp
→
setback(ptr_b)；
[0081]
pcmp
→
setadj(ptr_lin)；//设置指向汇流条之间联络开关对象的指针；根据该汇流条有无联络开关而定
[0082]
ptr_b
→
setfpp(pcmp)；
[0083]
ptr_b＝pcmp；
[0084]
…
[0085]
//创建发电机对象并设置拓扑指针
[0086]
pcmp＝new sourcege()
[0087]
component::setend(pcmp)；
[0088]
pcmp
→
setback(ptr_b)；
[0089]
ptr_b
→
setfpp(pcmp)；
[0090]
pcmp
→
setfpp(null)；//设置组件跟踪末端标记
[0091]
void preparation()//任务关键设备供电路径搜索
[0092]
…
[0093]
}
[0094]
s02.动态配电管理系统程序根据接收到的操作命令，确定飞机的飞行阶段，在此飞行阶段内，还可接收所要执行的任务命令，其中，如果是涉及飞机飞行和安全的任务，由于执行这类任务的关键设备供电一直通畅，则其任务关键设备直接工作；
[0095]
s03、当执行任务m时，首先从该任务m的任务关键设备loadi开始，沿其供电线路关键组件指针ptr_fp的指向，检查其主供电路径的可行性，直到遇到有电的汇流条或电源为止，实现的代码如下：
[0096][0097]
如果主供电路径可行，即主供电路径上的器件或设备无故障，以及汇流条或电源的可用功率足够，转到s05，否则转到s09；如果执行任务m依赖多个任务关键设备(例如，使用导弹攻击空中目标，需要导弹发射装置和雷达配合工作)，则从相关任务关键设备开始，分别沿其供电线路组件指针ptr_fp的指向，进行配电准备工作。
[0098]
s05、然后从距离汇流条或电源最近的开关器件cbi开始，顺着主(备)供电线路方向，即按照后向供电线路关键组件指针ptr_fpb的指向，逐个闭合该供电线路中的开关器件cbi，这样任务关键设备的供电线路接通；
[0099]
s06、再从设备loadi开始，再沿着主(备)供电线路fpt
loadi
(alt
loadi
)方向，逐个检查是否破坏了相关器件的安全约束条件，直到发电机为止。如果满足相关器件的安全约束条件，该设备配电检查工作结束，设备loadi配电成功，否则转到s08。
[0100]
s07、如果主供电路径fpt
loadi
不可行，即主供电路径上的器件或设备存在故障，或汇流条或电源的可用功率不足，则可以通过汇流条对象的邻指针ptr-adj指向，搜索备用供电路径alt
loadi
的可行性，如果可行，即备用供电路径上相关器件不存在故障，以及备用供电路径上的汇流条的可用功率足够或与主供电路径上的汇流条的可用功率之和足够，转到s05。
[0101]
s08、对该任务关键设备loadi所涉及区域的其它任务关键设备，从低优先级开始进行卸载或降低功率需求，具体操作
[0102]
ptr＝cmpcbmap[arrayloadi[mi][ni]]；//arrayloadi[mi][ni]为比任务关键设备loadi优先级低的其他任务关键设备开关器件cbj的编码，ptr为该开关器件对象地址
[0103]
if(ptr
→
op＝＝yes)
[0104]
{cbj::setoff(ptr)}
[0105]
转到s06。
[0106]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。