《自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)》課件24-1 FMC

1、飛行管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)CAUC-AMAEC 1Flight Management and Auto-Flight飛行管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)第二章 飛行管理計(jì)算機(jī)（FMC）第一節(jié) 飛行管理計(jì)算機(jī)第二節(jié) 數(shù)據(jù)庫第三節(jié) 導(dǎo)航功能第四節(jié) 性能計(jì)算功能第五節(jié) EFIS功能第六節(jié) 制導(dǎo)功能第一節(jié) 飛行管理計(jì)算機(jī)構(gòu)成FMCS的兩大部件是：FMC和CDU見下圖（a）（b） 飛行管理計(jì)算機(jī)FMC是FMS的關(guān)鍵部件。FMC除包含有本身的操作程序和數(shù)據(jù)庫外，還包含有用于自動(dòng)飛行控制和自動(dòng)油門系統(tǒng)的指令邏輯和其它軟件。飛機(jī)上的傳感器系統(tǒng)向計(jì)算機(jī)提供大氣數(shù)據(jù)、導(dǎo)航和性能等數(shù)據(jù)。FMC接收到這些數(shù)據(jù)以后，首先進(jìn)行檢查；然后用來進(jìn)行連

2、續(xù)的導(dǎo)航和性能信息更新；最后用于控制自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)、自動(dòng)油門系統(tǒng)和無線電導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)諧；飛行管理計(jì)算機(jī)我國民航飛機(jī)上使用的FMC均由兩家公司生產(chǎn)：利厄辛格勒（LEAR SIEGLER）公司霍尼韋爾斯貝萊（HONEYWELL SPERRY）公司。這兩家公司生產(chǎn)的FMC基本結(jié)構(gòu)類似，其功能基本相同。下面僅對(duì)由SIEGLER公司生產(chǎn)的一種FMC作一些概要說明。飛行管理系統(tǒng)的使用情況 SIEGLER公司生產(chǎn)的FMC是一個(gè)重小于25磅（12公斤）的長(zhǎng)方形盒。在它的前面板上有：一個(gè)失效液晶顯示器（LED）；ATE插座：用于車間內(nèi)測(cè)試、檢查和排故時(shí)使用；一個(gè)燈測(cè)試按鈕：用于對(duì)失效的液晶顯示器測(cè)試；一

3、個(gè)電源接通按鈕:用于起始FMC電源接通內(nèi)部測(cè)試。FMC使用：115伏、400赫茲單相交流電。FMC計(jì)算機(jī)內(nèi)部電子電路等在工作時(shí)要消耗多達(dá)300瓦的電能，這些電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，若不采取冷卻措施，計(jì)算機(jī)內(nèi)部溫度升高會(huì)引起電路工作不正常，甚至燒壞元件，因此需要采取冷卻散熱措施。計(jì)算機(jī)的冷卻也和其它電子設(shè)備一樣，采用強(qiáng)迫空氣通風(fēng)。飛行管理計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)飛行管理計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)飛行管理計(jì)算機(jī)中的硬件和軟件均按模塊 形式設(shè)計(jì)。一硬件飛行管理計(jì)算機(jī)是一計(jì)算機(jī)，它承擔(dān)著系統(tǒng)的協(xié)調(diào)管理、數(shù)據(jù)信息傳輸 及大量信息處理 等任務(wù)，為了承擔(dān)這些任務(wù)，飛行管理計(jì)算機(jī)當(dāng)時(shí)并沒有采用大規(guī)模集成電路或具有數(shù)學(xué)運(yùn)算速度的集中式計(jì)算機(jī)

4、，而是采用了多個(gè)微處理器 裝置構(gòu)成的，微處理器的數(shù)量取決于飛行管理的功能。飛行管理計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)例如：波音737-300的FMC中包含三個(gè)微處理器，其中兩個(gè)是完全相同的，能夠獨(dú)立的從計(jì)算機(jī)上拆卸。在這樣的結(jié)構(gòu)中，一般：一臺(tái)導(dǎo)航微處理器：由微處理器和它的存儲(chǔ)器組成。主要完成導(dǎo)航功能的任務(wù):執(zhí)行與導(dǎo)航計(jì)算、水平和垂直操作導(dǎo)引和CDU管理等有關(guān)功能。 其控制和協(xié)調(diào)所有導(dǎo)航部分的工作，它在系統(tǒng)的各部分有秩序地傳輸導(dǎo)航信息。一臺(tái)性能微處理器：也由微處理器和存儲(chǔ)器構(gòu)成,主要完成大部分與性能計(jì)算有關(guān)的功能，即：垂直操縱導(dǎo)引（跟蹤目標(biāo)速度）和飛行包絡(luò)保護(hù)。 ；一臺(tái)輸入輸出微處理器：除有微處理器、各種存儲(chǔ)器外，

5、還有混合輸入輸出裝置，ARINC接口，離散信號(hào)接口等組件。輸入/輸出處理器有規(guī)則地在計(jì)算機(jī)和飛機(jī)各設(shè)備之間傳輸信息。 飛行管理計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)把其他功能的實(shí)現(xiàn)分別安排在這些微處理器中來完成，它們各自獨(dú)立執(zhí)行自己的功能。計(jì)算機(jī)內(nèi)部的三個(gè)微處理器在工作中是互相獨(dú)立的。它們各自執(zhí)行自己的功能，每一個(gè)運(yùn)算裝置使用相同的并行地址數(shù)據(jù)總線。由于三個(gè)微處理器之間在電路和結(jié)構(gòu)上互相沒有聯(lián)系，所以一個(gè)部件喪失功能并不會(huì)影響到其他部件的工作。各計(jì)算機(jī)部件之間的通信是通過公共存儲(chǔ)器和內(nèi)部處理器中斷進(jìn)行的。 采用這樣的結(jié)構(gòu)形式，不僅能完成飛行管理所要求實(shí)現(xiàn)的功能，而且便于維修 和將來的擴(kuò)充。采用的微處理器一般也是通用的

6、，這樣可不必為研制硬件花費(fèi)更多的時(shí)間和才力，大大降低了成本。計(jì)算機(jī)內(nèi)電源系統(tǒng)有過流 和短路 保護(hù)，當(dāng)內(nèi)部溫度超過規(guī)定值時(shí)，由熱敏電路進(jìn)行熱敏關(guān)斷保護(hù)。 飛行管理計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)飛行管理計(jì)算機(jī)中的存儲(chǔ)裝置是根據(jù)其工作任務(wù)的不同分別選用不同類型的存儲(chǔ)器。在早期的飛行管理計(jì)算機(jī)中，采用磁盤作外存，因其存儲(chǔ)容量大，一般被用作導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫，內(nèi)存則采用可熔斷的PROM和RAM。后期則用磁泡存儲(chǔ)器替代磁盤，以提高其存取速度，而PROM改用EPROM，使之可擦可寫。B737-300FMC中有三種類型的存儲(chǔ)器：可擦除/可編程的只讀存儲(chǔ)器；非易失性隨機(jī)存儲(chǔ)器；高速易失性隨機(jī)存儲(chǔ)器。各種存儲(chǔ)器的功能如下：RAM用作工作

7、內(nèi)存。它被用于存儲(chǔ)飛機(jī)當(dāng)前的導(dǎo)航狀態(tài)和飛機(jī)的性能數(shù)據(jù)，以及實(shí)施和備用的飛行計(jì)劃。有些RAM在斷電后可由電容器來維持，以確保其連續(xù)的工作。EPROM是一種永久性的裝置，一般用作儲(chǔ)存各種工作程序和操作程序。磁泡存儲(chǔ)器是一種永久性的存儲(chǔ)器，并可重新給予裝載。它被用作導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫，儲(chǔ)存全部的導(dǎo)航數(shù)據(jù)及飛機(jī)/發(fā)動(dòng)機(jī)的性能數(shù)據(jù)。飛行管理計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)二、軟件飛行管理系統(tǒng)是用大量的軟件語言來實(shí)現(xiàn)的，軟件的研制是設(shè)計(jì)飛行管理系統(tǒng)的一個(gè)重要的過程。在飛行管理計(jì)算機(jī)內(nèi)，軟件的設(shè)計(jì)都是按其劃分的功能來進(jìn)行的，每個(gè)功能塊又劃分成功能更小的一些模塊，如:B767飛行管理計(jì)算機(jī)劃分為6個(gè)功能塊，即：CDU功能塊；性能功能塊

8、；導(dǎo)航功能塊；制導(dǎo)功能塊；EFIS功能塊；自檢與監(jiān)控功能塊。飛行管理計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)二、軟件(續(xù))每個(gè)功能塊又劃分為多個(gè)小模塊，例如：導(dǎo)航 功能塊分成5個(gè)小模塊：計(jì)算飛機(jī)位置；計(jì)算飛機(jī)速度；計(jì)算飛機(jī)高度；選擇和調(diào)諧導(dǎo)航臺(tái)；導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫管理等；飛行管理計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)二、軟件(續(xù))制導(dǎo)功能塊分成8個(gè)小模塊：計(jì)算飛機(jī)位置/速度誤差；控制水平導(dǎo)航/垂直導(dǎo)航方式；計(jì)算水平/垂直/推力操縱指令；制導(dǎo)緩沖器管理等。 其中水平制導(dǎo)3個(gè)小模塊，垂直制導(dǎo)分為5個(gè)小模塊。按照各模塊來分別設(shè)計(jì)，使軟件設(shè)計(jì)更為簡(jiǎn)單。模塊劃分得越小，與其它模塊的聯(lián)系也越少，這樣便于以后的修改和擴(kuò)充，在修改過程中，對(duì)其它模塊的影響將會(huì)越小，或

9、者不影響。飛行管理計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)二、軟件(續(xù))在FMC中軟件編程采用的語言，一般都采用高級(jí)語言，如：ADA、AED、PL/I、Pascal和Jovial等高級(jí)語言，而很少也不希望用匯編語言編程。因?yàn)楦呒?jí)語言的正確性和成本利益超過匯編語言是已得到證明了的。采用高級(jí)語言編程，不僅可以大大縮短編程的時(shí)間，也便于修改，并可大大節(jié)省成本。匯編語言一般用于I/O操作的編程。在具體的軟件編制過程中，由于各功能塊和模塊要求的處理速度和算法不同，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制的要求也不同。因此，為了適應(yīng)這些不同的要求，在軟件編程時(shí)，給計(jì)算分配優(yōu)化級(jí)。優(yōu)化級(jí)一般分配如下：讀指令；自動(dòng)駕駛儀與自動(dòng)油門系統(tǒng)的操作；某些顯示的特征字（例如：姿態(tài)）；修正CDU；導(dǎo)航無線電的調(diào)諧；飛機(jī)位置的估計(jì)；駕駛員通過CDU加入的輸入?yún)?shù)；最優(yōu)剖面的計(jì)算。前者優(yōu)先級(jí)最高，并依次遞減，最后的則優(yōu)先級(jí)最低。計(jì)算最優(yōu)剖面一般約5秒到幾分鐘不等。飛行管理計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)二、軟件(續(xù))在FMC的軟件編程時(shí)，為了能最有效地執(zhí)行整個(gè)程序，必須給不同算法的各部分分配可用的時(shí)間。因?yàn)橛?jì)算是循環(huán)進(jìn)行的，每個(gè)計(jì)算周期又是定時(shí)的，一般的算法往往很難在一個(gè)計(jì)算周期里，就能計(jì)算出一個(gè)結(jié)果。因此，有