一种基于有限状态机的辅助动力系统控制方法及电子控制器
阅读说明：本技术 一种基于有限状态机的辅助动力系统控制方法及电子控制器 (Auxiliary power system control method based on finite-state machine and electronic controller ) 是由 唐甜 王瑞 吕伟 谭琪璘 高博 马振华 于 2020-12-23 设计创作，主要内容包括：本发明属于航空动力控制领域,涉及一种基于有限状态机的辅助动力系统控制方法及电子控制器。能够根据辅助动力系统的不同起动模式,通过有限状态机的方式进行系统控制。本发明在传统控制策略基础上,设计了一种基于有限状态机的控制方法,通过一系列有限的状态描述被控对象的控制策略,可以对具有离散特征的系统进行再现,对被控对象的外在行为特征进行建模,可以准确把握整个系统的发展和变化规律,同时,通过这种图形化的形式对目标系统的内在逻辑进行可视化描述,也有助于在系统出现故障后的有效排故。(The invention belongs to the field of aviation power control, and relates to an auxiliary power system control method based on a finite-state machine and an electronic controller. The system control can be carried out in a finite state machine mode according to different starting modes of the auxiliary power system. The invention designs a control method based on a finite state machine on the basis of the traditional control strategy, can reproduce a system with discrete characteristics by describing the control strategy of a controlled object through a series of finite states, models the external behavior characteristics of the controlled object, can accurately grasp the development and change rules of the whole system, and simultaneously, visually describes the internal logic of a target system through the graphical form and is also beneficial to effective troubleshooting after the system fails.)
技术领域
本发明属于航空动力控制领域，涉及一种辅助动力系统控制方法。能够根据辅助动力系统的不同起动模式，通过有限状态机的方式，进行系统控制。
背景技术
辅助动力系统是独立于发动机的动力系统，用于向飞机提供辅助或应急能源、引气功率、液压功率和电功率，是保障飞机安全飞行的关键系统。
随着辅助动力系统为飞机提供的能源种类/功能越来越丰富，组成部分越来越多，控制逻辑越来越复杂，传统的控制逻辑已经不能满足功能和性能的要求，系统复杂度也越来越高，控制过程中产生故障后，现有数据也无法支撑排故内容，增加了定位故障的难度。
发明内容
本发明针对传统控制方法的弊端，公开一种基于有限状态机的辅助动力系统电子控制器控制方法。通过有限状态机的控制方法对辅助动力系统进行控制，这种具有有限个状态的闭环系统控制方法，不仅标识辅助动力系统的各个工作状态，还可以反应系统从开始到任意时刻的状态变化，在状态切换时，制定相应的控制策略，转换工作状态。通过本方法对辅助动力系统电子控制器进行控制，不但能够有效的监视控制状态，还能为排故提供了数据支撑，增加了系统的安全性、可靠性和实时性。
本发明的技术方案如下：
一种基于有限状态机的辅助动力系统电子控制器控制方法，其特殊之处在于，基于有限状态机的控制策略实现，包括以下步骤：
步骤1、确定基于有限状态机的控制策略中辅助动力系统的工作状态；
辅助动力系统的工作状态包括：待命态、开门态、APU起动态、APU稳态、EPU起动态、EPU稳态、EPU切换APU态、引气控制态、正常停车态、保护性停车态、关门态、其他起动态及提前起动态；
步骤2、确定基于有限状态机的控制策略中辅助动力系统各个工作状态之间的转化顺序与转化条件，实现辅助动力系统控制；
步骤2.1、当辅助动力系统处于待命态时，应完成上电自检，系统初始化的相关操作；
步骤2.1.1、当接收到起动命令时，应根据起动时刻具体工况判断进入状态；
步骤2.1.1.1、当系统检测到APU起动条件成立时，应进入开门态；
步骤2.1.1.2、当系统检测到EPU起动条件成立时，应进入EPU起动态；
步骤2.1.2、当接收到维护命令时，应进入其他起动态；
步骤2.1.3、当接收到引气命令时，应进入引气控制态；
步骤2.2、当辅助动力系统处于开门态时，应设计控制程序打开进气门和排气门；
步骤2.2.1、当发生保护性停车故障(PSD)时，应进入保护性停车态；
步骤2.2.2当接收到正常停车命令时，应进入正常停车态；
步骤2.2.3当进气门和排气门完全打开时，应进入APU起动态；
步骤2.3、当辅助动力系统处于APU起动态时，应设计控制程序起动APU；
步骤2.3.1、当发生保护性停车故障时，应进入保护性停车态；
步骤2.3.2当接收到正常停车命令时，应进入正常停车态；
步骤2.3.3当APU转速大于APU稳态转速时，应进入APU稳态；
步骤2.4、当辅助动力系统处于APU稳态时，应设计控制程序将APU转速稳定在稳态转速；
步骤2.4.1、当发生保护性停车故障时，应进入保护性停车态；
步骤2.4.2、当接收到正常停车命令时，应进入正常停车态；
步骤2.4.3、当接收到引气命令时，应进入引气控制态；
步骤2.5、当辅助动力系统处于EPU起动态时，应设计控制程序起动EPU；
步骤2.5.1、当发生保护性停车故障时，应进入保护性停车态；
步骤2.5.2、当接收到正常停车命令时，应进入正常停车态；
步骤2.5.3、当EPU转速大于EPU稳态转速时，应进入EPU稳态；
步骤2.6、当辅助动力系统处于EPU稳态时，应设计EPU稳态控制规律；
步骤2.6.1、当发生保护性停车故障时，应进入保护性停车态；
步骤2.6.2、当接收到正常停车命令时，应进入正常停车态；
步骤2.6.3、当接收到起动命令时，应进入EPU切换APU态；
步骤2.7、当辅助动力系统处于EPU切换APU态时，应设计控制程序将起动APU；
步骤2.7.1、当发生保护性停车故障时，应进入保护性停车态；
步骤2.7.2、当接收到正常停车命令时，应进入正常停车态；
步骤2.7.3、当APU转速大于稳态转速时，应进入APU稳态；
步骤2.8、当辅助动力系统处于引气控制态时，应设计控制程序进行环控引气控制或主发引气控制；
步骤2.8.1、当发生保护性停车故障时，应进入保护性停车态；
步骤2.8.2、当接收到正常停车命令时，应进入正常停车态；
步骤2.8.3、当引气结束时，应再次进入APU稳态；
步骤2.9、当辅助动力系统处于正常停车态时，应关闭全部负载，设计停车时序逐步关闭APU和EPU；
步骤2.9.1、当APU转速低于N％时，应进入关门态；
步骤2.9.2、当收到起动命令时，应根据APU转速判断进入状态：
步骤2.9.2.1、应在APU转速低于N％后，进入提前起动态；
步骤2.9.2.2、应在APU转速大于等于N％后，维持在本状态；
步骤2.10、当辅助动力系统处于保护性停车态时，应立即关闭全部作动机构；
步骤2.10.1、当保护性停车故障清除后，应再次进入待命态；
步骤2.11、当辅助动力系统处于关门态时，应设计控制程序关闭进气门和排气门；
步骤2.11.1、当发生保护性停车故障时，应进入保护性停车态；
步骤2.11.2、当进气门和排气门完全关闭时，应再次进入待命态；
步骤2.12、当辅助动力系统处于其他起动态时，应按照具体命令设置控制逻辑；
步骤2.12.1、当发生保护性停车故障时，应进入保护性停车态；
步骤2.12.2、当接收到正常停车命令时，应进入正常停车态；
步骤2.12.3、当起动结束时，应再次进入待命态；
步骤2.13、当辅助动力系统处于提前起动态时，应立即停止当前全部作动机构动作，并进行系统初始化；
步骤2.13.1、当发生保护性停车故障时，应进入保护性停车态。
步骤2.13.2、当系统初始化结束时，应直接进入开门态。
本发明还提供一种基于有限状态机的辅助动力系统电子控制器，其特殊之处在于：包括存储器及处理器，所述存储器内存储计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现以下方法：
步骤1、当辅助动力系统处于待命态时，完成上电自检，初始化的相关操作；
步骤1.1、当接收到起动命令时，检测起动时刻具体工况，根据起动时刻具体工况判断进入状态；
步骤1.1.1、当检测到APU起动条件成立时，进入开门态；
步骤1.1.2、当检测到EPU起动条件成立时，进入EPU起动态；
步骤1.2、当接收到维护命令时，应进入其他起动态；
步骤1.3、当接收到引气命令时，进入引气控制态；
步骤2、当辅助动力系统处于开门态时，设计控制程序打开进气门和排气门；
步骤2.1、当发生保护性停车故障时，进入保护性停车态；
步骤2.2、当接收到正常停车命令时，进入正常停车态；
步骤2.3、当进气门和排气门完全打开时，进入APU起动态；
步骤3、当辅助动力系统处于APU起动态时，设计控制程序起动APU；
步骤3.1、当发生保护性停车故障时，进入保护性停车态；
步骤3.2、当接收到正常停车命令时，进入正常停车态；
步骤3.3、当APU转速大于APU稳态转速时，进入APU稳态；
步骤4、当辅助动力系统处于APU稳态时，设计控制程序将APU转速稳定在稳态转速；
步骤4.1、当发生保护性停车故障时，进入保护性停车态；
步骤4.2、当接收到正常停车命令时，进入正常停车态；
步骤4.3、当接收到引气命令时，进入引气控制态；
步骤5、当辅助动力系统处于EPU起动态时，设计控制程序起动EPU；
步骤5.1、当发生保护性停车故障时，进入保护性停车态；
步骤5.2、当接收到正常停车命令时，进入正常停车态；
步骤5.3、当EPU转速大于EPU稳态转速时，进入EPU稳态；
步骤6、当辅助动力系统处于EPU稳态时，设计EPU稳态控制规律；
步骤6.1、当发生保护性停车故障时，进入保护性停车态；
步骤6.2、当接收到正常停车命令时，进入正常停车态；
步骤6.3、当接收到起动命令时，进入EPU切换APU态；
步骤7、当辅助动力系统处于EPU切换APU态时，设计控制程序将起动APU；
步骤7.1、当发生保护性停车故障时，进入保护性停车态；
步骤7.2、当接收到正常停车命令时，进入正常停车态；
步骤7.3、当APU转速大于稳态转速时，进入APU稳态；
步骤8、当辅助动力系统处于引气控制态时，设计控制程序进行环控引气控制或主发引气控制；
步骤8.1、当发生保护性停车故障时，进入保护性停车态；
步骤8.2、当接收到正常停车命令时，进入正常停车态；
步骤8.3、当引气结束时，再次进入APU稳态；
步骤9、当辅助动力系统处于正常停车态时，关闭全部负载，设计停车时序逐步关闭APU和EPU；
步骤9.1、当APU转速低于N％时，进入关门态；其中N为正数；
步骤9.2、当收到起动命令时，根据APU转速判断进入状态：
步骤9.2.1、在APU转速低于N％后，进入提前起动态，其中N为正数；
步骤9.2.2、在APU转速大于等于N％后，维持在本状态；
步骤10、当辅助动力系统处于保护性停车态时，应立即关闭全部作动机构；
步骤10.1、当保护性停车故障清除后，再次进入待命态；
步骤11、当辅助动力系统处于关门态时，设计控制程序关闭进气门和排气门；
步骤11.1、当发生保护性停车故障时，进入保护性停车态；
步骤11.2、当进气门和排气门完全关闭时，再次进入待命态；
步骤12、当辅助动力系统处于其他起动态时，按照具体命令设置控制逻辑；
步骤12.1、当发生保护性停车故障时，进入保护性停车态；
步骤12.2、当接收到正常停车命令时，进入正常停车态；
步骤12.3、当起动结束时，再次进入待命态；
步骤13、当辅助动力系统处于提前起动态时，立即停止当前全部作动机构动作，并进行系统初始化；
步骤13.1、当发生保护性停车故障时，进入保护性停车态。
步骤13.2、当系统初始化结束时，直接进入开门态。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特殊之处在于，该计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
步骤1、当辅助动力系统处于待命态时，完成上电自检，初始化的相关操作；
步骤1.1、当接收到起动命令时，检测起动时刻具体工况，根据起动时刻具体工况判断进入状态；
步骤1.1.1、当检测到APU起动条件成立时，进入开门态；
步骤1.1.2、当检测到EPU起动条件成立时，进入EPU起动态；
步骤1.2、当接收到维护命令时，应进入其他起动态；
步骤1.3、当接收到引气命令时，进入引气控制态；
步骤2、当辅助动力系统处于开门态时，设计控制程序打开进气门和排气门；
步骤2.1、当发生保护性停车故障时，进入保护性停车态；
步骤2.2、当接收到正常停车命令时，进入正常停车态；
步骤2.3、当进气门和排气门完全打开时，进入APU起动态；
步骤3、当辅助动力系统处于APU起动态时，设计控制程序起动APU；
步骤3.1、当发生保护性停车故障时，进入保护性停车态；
步骤3.2、当接收到正常停车命令时，进入正常停车态；
步骤3.3、当APU转速大于APU稳态转速时，进入APU稳态；
步骤4、当辅助动力系统处于APU稳态时，设计控制程序将APU转速稳定在稳态转速；
步骤4.1、当发生保护性停车故障时，进入保护性停车态；
步骤4.2、当接收到正常停车命令时，进入正常停车态；
步骤4.3、当接收到引气命令时，进入引气控制态；
步骤5、当辅助动力系统处于EPU起动态时，设计控制程序起动EPU；
步骤5.1、当发生保护性停车故障时，进入保护性停车态；
步骤5.2、当接收到正常停车命令时，进入正常停车态；
步骤5.3、当EPU转速大于EPU稳态转速时，进入EPU稳态；
步骤6、当辅助动力系统处于EPU稳态时，设计EPU稳态控制规律；
步骤6.1、当发生保护性停车故障时，进入保护性停车态；
步骤6.2、当接收到正常停车命令时，进入正常停车态；
步骤6.3、当接收到起动命令时，进入EPU切换APU态；
步骤7、当辅助动力系统处于EPU切换APU态时，设计控制程序将起动APU；
步骤7.1、当发生保护性停车故障时，进入保护性停车态；
步骤7.2、当接收到正常停车命令时，进入正常停车态；
步骤7.3、当APU转速大于稳态转速时，进入APU稳态；
步骤8、当辅助动力系统处于引气控制态时，设计控制程序进行环控引气控制或主发引气控制；
步骤8.1、当发生保护性停车故障时，进入保护性停车态；
步骤8.2、当接收到正常停车命令时，进入正常停车态；
步骤8.3、当引气结束时，再次进入APU稳态；
步骤9、当辅助动力系统处于正常停车态时，关闭全部负载，设计停车时序逐步关闭APU和EPU；
步骤9.1、当APU转速低于N％时，进入关门态；其中N为正数；
步骤9.2、当收到起动命令时，根据APU转速判断进入状态：
步骤9.2.1、在APU转速低于N％后，进入提前起动态；
步骤9.2.2、在APU转速大于等于N％后，维持在本状态；
步骤10、当辅助动力系统处于保护性停车态时，应立即关闭全部作动机构；
步骤10.1、当保护性停车故障清除后，再次进入待命态；
步骤11、当辅助动力系统处于关门态时，设计控制程序关闭进气门和排气门；
步骤11.1、当发生保护性停车故障时，进入保护性停车态；
步骤11.2、当进气门和排气门完全关闭时，再次进入待命态；
步骤12、当辅助动力系统处于其他起动态时，按照具体命令设置控制逻辑；
步骤12.1、当发生保护性停车故障时，进入保护性停车态；
步骤12.2、当接收到正常停车命令时，进入正常停车态；
步骤12.3、当起动结束时，再次进入待命态；
步骤13、当辅助动力系统处于提前起动态时，立即停止当前全部作动机构动作，并进行系统初始化；
步骤13.1、当发生保护性停车故障时，进入保护性停车态。
步骤13.2、当系统初始化结束时，直接进入开门态。
本发明的有益效果是：
1、本发明在传统控制策略基础上，设计了一种基于有限状态机的控制方法，通过一系列有限的状态描述被控对象的控制策略，可以对具有离散特征的系统进行再现，对被控对象的外在行为特征进行建模，可以准确把握整个系统的发展和变化规律，同时，通过这种图形化的形式对目标系统的内在逻辑进行可视化描述，也有助于在系统出现故障后的有效排故。
2、本发明控制方法能够通过起动组件的不同划分不同的阶段进行控制策略的设计。在正常停车态下，若接收到起动命令，能够立刻终止当前动作，直接开始起动APU/EPU。在保护性停车态下，可以通过清除故障的方式，再次进入待命态。
3、本发明控制方法设计了提前起动状态，使运行系统无需完全停车即可实现再次起动，节约了系统运行时间和能源消耗。
附图说明
图1为利用本发明电子控制器控制辅助动力系统的状态切换图；
图2为地面气源模式下，APU运行至稳态的截图；
图3为空中模式下，APU运行至稳态的截图。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步地描述。
如图1所示，本实施例基于有限状态机的控制策略中辅助动力系统的工作状态包括：待命态、开门态、APU起动态、APU稳态、EPU起动态、EPU稳态、EPU切换APU态、引气控制态、正常停车态、保护性停车态、关门态、其他起动态及提前起动态。
采用如下步骤完成整个控制流程：
1、当辅助动力系统处于待命态时，应完成上电自检，系统初始化的相关操作；
1.1、当接收到起动命令时，应根据起动时刻具体工况判断进入状态；
1.1.1、当系统检测到APU起动条件成立时，应进入开门态；
1.1.2、当系统检测到EPU起动条件成立时，应进入EPU起动态；
1.2、当接收到维护命令时，应进入其他起动态；
1.3、当接收到引气命令时，应进入引气控制态；
2、当辅助动力系统处于开门态时，应设计控制程序打开进气门和排气门；
2.1、当发生保护性停车故障(PSD)时，应进入保护性停车态；
2.2当接收到正常停车命令时，应进入正常停车态；
2.3当进气门和排气门完全打开时，应进入APU起动态；
3、当辅助动力系统处于APU起动态时，应设计控制程序起动APU；
3.1、当发生保护性停车故障时，应进入保护性停车态；
3.2当接收到正常停车命令时，应进入正常停车态；
3.3当APU转速大于APU稳态转速时，应进入APU稳态；
4、当辅助动力系统处于APU稳态时，应设计控制程序将APU转速稳定在稳态转速；
4.1、当发生保护性停车故障时，应进入保护性停车态；
4.2、当接收到正常停车命令时，应进入正常停车态；
4.3、当接收到引气命令时，应进入引气控制态；
5、当辅助动力系统处于EPU起动态时，应设计控制程序起动EPU；
5.1、当发生保护性停车故障时，应进入保护性停车态；
5.2、当接收到正常停车命令时，应进入正常停车态；
5.3、当EPU转速大于EPU稳态转速时，应进入EPU稳态；
6、当辅助动力系统处于EPU稳态时，应设计EPU稳态控制规律；
6.1、当发生保护性停车故障时，应进入保护性停车态；
6.2、当接收到正常停车命令时，应进入正常停车态；
6.3、当接收到起动命令时，应进入EPU切换APU态；
7、当辅助动力系统处于EPU切换APU态时，应设计控制程序将起动APU；
7.1、当发生保护性停车故障时，应进入保护性停车态；
7.2、当接收到正常停车命令时，应进入正常停车态；
7.3、当APU转速大于稳态转速时，应进入APU稳态；
8、当辅助动力系统处于引气控制态时，应设计控制程序进行环控引气控制或主发引气控制；
8.1、当发生保护性停车故障时，应进入保护性停车态；
8.2、当接收到正常停车命令时，应进入正常停车态；
8.3、当引气结束时，应再次进入APU稳态；
9、当辅助动力系统处于正常停车态时，应关闭全部负载，设计停车时序逐步关闭APU和EPU；
9.1、当APU转速低于N％时，应进入关门态；其中N为正数，根据APU转子对系统的影响动态调节。
9.2、当收到起动命令时，应根据APU转速判断进入状态：
9.2.1、应在APU转速低于N％后，进入提前起动态；
9.2.2、应在APU转速大于等于N％后，维持在本状态；
10、当辅助动力系统处于保护性停车态时，应立即关闭全部作动机构；
10.1、当保护性停车故障清除后，应再次进入待命态；
11、当辅助动力系统处于关门态时，应设计控制程序关闭进气门和排气门；
11.1、当发生保护性停车故障时，应进入保护性停车态；
11.2、当进气门和排气门完全关闭时，应再次进入待命态；
12、当辅助动力系统处于其他起动态时，应按照具体命令设置控制逻辑；
12.1、当发生保护性停车故障时，应进入保护性停车态；
12.2、当接收到正常停车命令时，应进入正常停车态；
12.3、当起动结束时，应再次进入待命态；
13、当辅助动力系统处于提前起动态时，应立即停止当前全部作动机构动作，并进行系统初始化；
13.1、当发生保护性停车故障时，应进入保护性停车态。
13.2、当系统初始化结束时，应直接进入开门态。
本实施例基于有限状态机的辅助动力系统电子控制器包括存储器及处理器，存储器内存储计算机程序，该计算机程序被处理器执行上述步骤1至步骤13。
上述计算机程序可以存储在计算机可读存储介质中，程序被执行时实现执行上述步骤1至步骤13。在一些可能的实施方式中，本发明还可以实现为一种程序产品的形式，其包括程序代码，当所述程序产品在终端设备上运行时，所述程序代码用于使所述终端设备执行本说明书上述方法部分中描述的根据本发明各种示例性实施方式的步骤。用于实现上述方法的程序产品，其可以采用便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)并包括程序代码，并可以在终端设备，例如个人电脑上运行。然而，本发明的程序产品不限于此，在本发明中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。程序产品可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以为但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。
以下通过仿真试验对本发明方法进行验证：
针对某型辅助动力系统电子控制器，采用上述方法进行控制，设置APU稳态转速为98％，EPU稳态转速为98％，N％设置为5％。在环境测试设备上对该控制方法进行功能性能可靠性验证，设置轮载信号为地面，地面气源信号设置为有效，通过环境测试设备正常起动APU。从图2中可以看出在地面起源起动APU的模式下，能够通过该方法正常起动APU。
针对某型辅助动力系统电子控制器，采用上述方法进行辅助动力系统电子控制器控制，设置APU稳态转速为98％，EPU稳态转速为98％，N％设置为5％。在环境测试设备上对该控制方法进行功能性能可靠性验证，设置轮载信号为空中，地面气源信号设置为无效，通过环境测试设备正常起动APU。从图3中可以看验在空中飞行高度为9km时，空中通过该方法能够正常起动APU。
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