随着我国航空航天事业的不断发展，对于发动机控制的研究也达到了新的高度。就现阶段而言，大多数航空发动机的控制系统都是通过全权限数字电子控制器（FADEC）实现对总线的触发，这种通过“点对点”的方式实现的控制系统，面对海量采集信息的冲击，总线方触发机制往往会受到负载的影响而出现延时，为此，设计更具机动性的触发机制成为提高发动机运行效率的关键。以总线为基础的分布式通信系统作为未来控制领域发展的主要趋势，关键就是要控制多节点数据在竞争过程中所产生的网络诱导延迟，对其进行约束。在不同的总线触发机制条件下，网络诱导延迟的情况也会存在明显的差异，这种差异性会对系统的实时性、可靠性都会产生影响。在航空发动机分布式控制尚未成熟的背景下，总线触发机制的研究具有十分重要的现实价值。在现有方法中，基于事件触发机制的直流微电网多混合储能系统分层协调控制方法是以事件触发为依据，对混合系统的分层控制方式进行研究，并实现了对时延的有效控制，但当系统负载较高时，其效果并不理想；还有对一类不确定非线性系统的动态事件触发输出反馈镇定问题进行的研究，通过提高系统对事件的自适应能力，是总线面对不同的动态事件可以实现稳定的输出反馈，该机制可以在一定程度上将系统延时约束在阈值范围内，但仍存在提升空间。在上述基础上，本文对航空发动机分布式控制系统的总线触发机制进行深入设计与研究，对设计系统进行性能测试，在仿真实验下验证本文系统在反馈延时方面具有较好的实用性。通过本文的研究，以期为提高发动机的运行效率提供有价值的参考。
1.分布式系统总线触发机制研究
1.1CAN协议的仲裁
对分布式控制系统而言，触发机制的制定主要是合理解决总线发生冲突时的线路资源分配问题。为了确保分配结果的合理性，首先要计算出CAN总线对报文标识符的影响，以此实现CAN协议的仲裁。为此，本文采用非破坏性逐位仲裁（Non-DestructiveBitwiseArbitration）的方法实现对冲突双方的评价。首先，在报文发送前，利用CAN控制器计算出控制系统传输报文标识符的优先级，为了降低不同标识形式对计算结果的影响，本文将报文二进制数值的大小作为评价分配优先级的依据，将二进制值越小的标识符设置为高等级的有效级别。通过这样的方式实现仲裁。在控制网络对报文进行传输时，CAN总线传输媒介仲裁规则的制定是多个报文产生冲突时对总线的占用量为基础进行。当远程帧的报文出现线路资源竞争时，依赖于远程请求位（RemoteTransferRequest，RTR）中表现出的标识符特征，对其进行仲裁。其中仲裁方式如图1所示。通过图1，实现对总线竞争的仲裁。
1.2CAN协议的分配
将“0”设置为CAN总线上显性电平值，将“1”设置为CAN总线上隐性电平值，CAN总线在进行非破坏仲裁时，统计标识符二进制中“逻辑与”，如果有存在2个及以上节点同时进行报文发送，CAN总线按照逐位仲裁原则，向各节点的两端分别发送电平，当出现“逻辑与”时，自动返回到总线，当未出现“逻辑与”时，则继续发送到下一位，直至遍历所有发送报文。此时的标识符为0的报文优先级，标识符为1的报文优先级最低。以此为基础，对线路资源进行分配。其流程如图2所示。通过这样的方式，完成总线资源的合理分配，提高触发机制的时效性。
2.仿真分析
为了测试本文设计的总线触发机制在分布式控制系统中的实际应用效果，进行了仿真测试，测试环境中引用的工具为基于MATLAB的网络控制仿真工具箱TrueTime，以此为基础，将基于事件触发机制的直流微电网多混合储能系统分层协调控制方法（方法1）和非线性系统的动态事件触发（方法2）机制作为对照组，分别搭载在实验测试的仿真环境中，测试三种方法的反馈效果。
2.1仿真环境搭建
在本次测试中，选取可以同时进行网络控制与实时调度的仿真平台TrueTime进行测试。为了使测试环境最大限度接近实际的航空发动机运行条件，利用计算机模块可以对分布式控制系统中的不同智能单元和控制器（EEC）进行了分步模拟，并在每个模块中搭载了相同的A/D转换装置、总线对于数据的收发效率为100M/s，在M文件编程作用下，可以实现对数据的多样化转换，满足系统中不同单元的信息读取需求；网络通信模块的DPS模拟分布式控制系统中总线，并以此为基础搭建了通信网络。CAN总线的数据传输性能主要受系统中的3个节点影响，分别是智能转速传感器节点的信息采集以及传输效率、智能执行机构的命令转化和实施效率、控制器节点的信号分析和计算效率。本文测试中对控制器节点的设计采用的是数字式的PID，对于转子的控制主要受发动机燃油装置流量影响。在系统中添加了1个网络干扰节点，以此模拟不同网络负载情况下，触发机制的反馈效果。分布式系统的示意图如图3所示。在图3所示的环境下，设置相同的PID参数，分别采用三种触发机制对系统的数据输入进行反馈，对总线的采样周期设为10ms，设置系统的最大延时为0.5ms，统计其反馈的时间。
2.2测试结果
在上述基础上，对比三种方法的测试结果，以总线触发的试验为统计指标，得到的结果如表1所示。从表1中可以看出，方法1和方法2的平均时延均在负载达到30%时超过了系统的额定最大时延。且通过分析最大时延可以看出，方法1的稳定性相对较差，而本文触发机制下，总线反馈的延时均值始终在0.5ms以内，符合系统的设置要求，同时当系统负载达到40%时，其最大时延也仅为0.457ms，未出现反馈超时的情况。这就说明本文设计的总线触发机制可以实现高效的信息反馈。
3.结束语
与其他类型的控制系统相比，分布式控制系统的运行机制是通过不同控制层级之间的联动装置实现的，通过单个触点发射出的反馈信号，在控制系统网络内实现迅速传递，最终触发总线的反馈机制。为了进一步提高总线触发的效率，缩短信号传递的时延，最大限度降低由于信号传递带来的系统控制效率问题，本文对航空发动机分布式控制系统总线触发机制进行设计与研究，并实现了对总线触发时间的有效控制，最终将其反馈时间约束在系统允许的最大时延范围内。通过本文的研究，以期为提高分布式控制系统的反应效率，降低航空发动机的运行时差提供参考价值。
作者：夏迩豪 计自飞 单位：中国航发沈阳发动机研究所
