本发明提供一种民用飞机飞控系统作动回路故障诊断系统及诊断方法，该系统包括信号采集模块、作动回路动态特性辨识模块、作动回路故障判断模块。本发明的故障诊断系统可以实现作动回路的故障预测和故障定位。本发明的故障诊断系统及诊断方法可以为航空提前备货提供参考，节约维修换件时间。另外，通过故障定位为LRU返厂维修提供参考，可提高维修效率。同时，因其具有故障预测预警功能，可提现前发现比较隐蔽的早期故障，提前提醒更换相关部件，进而增强民用飞机运行的安全性。
1.一种民用飞机飞控系统作动回路故障诊断系统，其特征在于，其包括：信号采集模块，用于周期性的连续获得作动器的位置信号、作动器的压力信号、以及对应的远程控制单元的控制信号；
作动回路动态特性辨识模块，用于根据多个采样周期作动器的位置信号、对应的远程控制单元的控制信号，辨识出作动回路的动态特性；并采用分离方法对作动回路的动态特征进行分离，分离出作动回路的无阻尼自然频率和作动回路的阻尼比；
作动回路故障判断模块，用于将分离出的作动回路的无阻尼自然频率与预设在作动回路故障判断模块中的作动回路无阻尼自然频率阈值进行比对，当超过作动回路无阻尼自然频率阈值时，输出作动回路故障；
作动器的速度与电液伺服阀的输出流量计算模块，用于根据作动器的位置信号和作动器的压力信号采用最佳估计方法计算作动器的速度和电液伺服阀的输出流量；
电液伺服阀的输出流量的曲线方程拟合模块，用于根据多个采样周期计算出的电液伺服阀的输出流量、对应的远程控制单元的控制信号，拟合出电液伺服阀的流量增益，以及电液伺服阀的输出流量与远程控制单元的控制信号之间的曲线方程；并根据该曲线方程，计算出电液伺服阀零流量时对应的远程控制单元的控制信号；
电液伺服阀故障判断模块，用于将计算出电液伺服阀零流量时对应的远程控制单元的控制信号与预设在电液伺服阀故障判断模块中的电液伺服阀零流量信号阈值进行比对，当超过电液伺服阀零流量信号阈值时，输出电液伺服阀零位漂移超限。
2.根据权利要求1所述的一种民用飞机飞控系统作动回路故障诊断系统，其特征在于，所述电液伺服阀的输出流量的曲线方程拟合模块采用二分法计算出电液伺服阀零流量时对应的远程控制单元的控制信号。
3.根据权利要求1所述的一种民用飞机飞控系统作动回路故障诊断系统，其特征在于，其还包括电液伺服阀动态特性辨识模块；
所述电液伺服阀动态特性辨识模块，用于根据多个采样周期计算出的电液伺服阀的输出流量、对应的远程控制单元的控制信号，辨识出电液伺服阀的动态特性；采用分离方法对电液伺服阀的动态特性进行分离，分离出电液伺服阀的无阻尼自然频率和电液伺服阀的阻尼比；
所述电液伺服阀故障判断模块，还用于将分离出的电液伺服阀的无阻尼自然频率与预设在电液伺服阀故障判断模块中的电液伺服阀无阻尼自然频率阈值进行比对，当超过电液伺服阀无阻尼自然频率阈值时，输出电液伺服阀卡滞。
4.根据权利要求1所述的一种民用飞机飞控系统作动回路故障诊断系统，其特征在于，其还包括电液伺服阀动态特性辨识模块；
所述电液伺服阀动态特性辨识模块，用于根据多个采样周期计算出的电液伺服阀的输出流量、对应的远程控制单元的控制信号，辨识出电液伺服阀的动态特性；采用分离方法对电液伺服阀的动态特性进行分离，分离出电液伺服阀的无阻尼自然频率和电液伺服阀的阻尼比；
所述电液伺服阀故障判断模块，还用于将分离出的电液伺服阀的无阻尼自然频率与预设在电液伺服阀故障判断模块中的电液伺服阀无阻尼自然频率阈值进行比对，当超过电液伺服阀无阻尼自然频率阈值时，输出电液伺服阀卡滞；将分离出的电液伺服阀的阻尼比与预设在电液伺服阀故障判断模块中的电液伺服阀阻尼比阈值进行比对，当超过电液伺服阀阻尼比阈值时，输出电液伺服阀卡滞。
5.根据权利要求4所述的一种民用飞机飞控系统作动回路故障诊断系统，其特征在于，其还包括：作动器故障判断模块，用于当动回路故障判断模块输出作动回路故障，且电液伺服阀故障判断模块未输出电液伺服阀零位漂移超限、未输出电液伺服阀卡滞时，输出作动器卡滞。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的一种民用飞机飞控系统作动回路故障诊断系统，其特征在于，该民用飞机飞控系统作动回路故障诊断系统内置在作动回路的远程控制单元内。
7.一种民用飞机飞控系统作动回路故障诊断方法，其特征在于，其包括以下依序步骤：步骤一、通过位置传感器周期性的连续采集作动器的位置信号，通过压力传感器对应周期性的连续采集作动器的压力信号，以及获取对应的远程控制单元的控制信号；
步骤二、根据多个采样周期作动器的位置信号、对应的远程控制单元的控制信号，辨识出作动回路的动态特性；采用分离方法对作动回路的动态特征进行分离，分离出作动回路的无阻尼自然频率和作动回路的阻尼比；
步骤三、将分离出的作动回路的无阻尼自然频率、分离出的作动回路的阻尼比分别与出厂标定的作动回路的无阻尼自然频率、出厂标定的作动回路的阻尼比进行比对，得出作动回路的健康状况；
步骤四、根据作动器的位置信号和作动器的压力信号采用最佳估计方法计算作动器的速度和电液伺服阀的输出流量；
步骤五、根据多个采样周期计算出的电液伺服阀的输出流量、对应的远程控制单元的控制信号，拟合出电液伺服阀的流量增益，以及电液伺服阀的输出流量与远程控制单元的控制信号之间的曲线方程；根据该曲线方程，计算出电液伺服阀零流量时对应的远程控制单元的控制信号；
步骤六、将计算出的电液伺服阀零流量时对应的远程控制单元的控制信号与出厂标定的电液伺服阀零流量信号进行比对，得出电液伺服阀的健康状况。
8.根据权利要求7所述的一种民用飞机飞控系统作动回路故障诊断方法，其特征在于，所述步骤五中，计算出电液伺服阀零流量时对应的远程控制单元的控制信号采用的方法为二分法。
9.根据权利要求7所述的一种民用飞机飞控系统作动回路故障诊断方法，其特征在于，步骤三中，得出作动回路的健康状况具体过程为：当分离出的作动回路的无阻尼自然频率与出厂标定的作动回路的无阻尼自然频率之间的值变化超出40%或者当分离出的作动回路的阻尼比与出厂标定的作动回路的阻尼比之间的值变化超出40%时，得出作动回路故障。
10.根据权利要求9所述的一种民用飞机飞控系统作动回路故障诊断方法，其特征在于，步骤六中，得出电液伺服阀的健康状况具体过程为：当计算出的电液伺服阀零流量时对应的远程控制单元的控制信号与出厂标定的电液伺服阀零流量信号之间的值变化超出10%时，得出电液伺服阀零位漂移超限。
11.根据权利要求10所述的一种民用飞机飞控系统作动回路故障诊断方法，其特征在于，所述步骤二中，辨识出作动回路的动态特性的表达如下：其中， 为作动回路的无阻尼自然频率， 为作动回路的阻尼比， 为作动器的位置信号的拉氏变换， 为远程控制单元的控制信号的拉氏变换， 为拉普拉斯算子；
分离方法采用Z域到S域的逆变换分离出作动回路的无阻尼自然频率 和作动回路的阻尼比 。
12.根据权利要求11所述的一种民用飞机飞控系统作动回路故障诊断方法，其特征在于，所述步骤二中，采用Z域到S域的逆变换分离出作动回路的无阻尼自然频率 和作动回路的阻尼比 的具体过程如下：首先，求解作动回路的动态特性对应的离散方程根Z；
再将离散方程根Z转化为连续域根S，其中转化公式为：
最后，通过连续域根S即可求得作动回路的无阻尼自然频率 和作动回路的阻尼比。
13.根据权利要求12所述的一种民用飞机飞控系统作动回路故障诊断方法，其特征在于，所述步骤二中，作动回路的动态特性对应的离散方程为：其中， 为采样周期序号； 为需要辨识的系数； 为极点个数；
为零点个数； 为延迟拍数； 代表作动器的位置信号， 为第 个采样周期对应的作动器的位置信号， 为第 个采样周期对应的作动器的位置信号，以此类推；代表对应的远程控制单元的控制信号， 为第 个采样周期对应的远程控制单元的控制信号，以此类推， 为第 个采样周期对应的远程控制单元的控制信号。
14.根据权利要求13所述的一种民用飞机飞控系统作动回路故障诊断方法，其特征在于，所述步骤四中采用的最佳估计方法为修正系数的卡尔曼滤波法，计算作动器的速度和电液伺服阀的输出流量，具体过程如下：首先，电液伺服阀的流量公式如下：
其中， 为电液伺服阀的正向输出流量， 为流量系数； 为液体密度； 为供油压力， 为电液伺服阀的正向输出压力， 为作动器的有杆腔面积， 为作动器的速度；
其中， 为电液伺服阀的负向输出流量， 为流量系数； 为液体密度； 为供油压力， 为电液伺服阀的负向输出压力， 为作动器的无杆腔面积， 为作动器的速度；
其次，利用泰勒公式将上述电液伺服阀的流量公式线性化，可得：电液伺服阀的正向输出流量：
其中， 为正向流量增益， 为远程控制单元的控制信号的增量形式， 为正向压力增益， 为电液伺服阀的正向输出压力的增量形式； 为负向流量增益， 为负向压力增益， 电液伺服阀的负向输出压力的增量形式；
其中， 为油液体积弹性模量， 为作动器的无杆腔体积， 为作动器的有杆腔体积， 为作动器的位置信号， 为作动器无杆腔泄漏系数, 为作动器有杆腔泄漏系数,为采样周期， 为 关于时间的一阶导数；
其中， 代表作动器中运动件的质量， 代表作动器中运动件的运动阻尼系数， 代表作动器中运动件的弹性系数；
其中， 为 关于时间的一阶导数， 为 关于时间的一阶导数， 为 关于时间的一阶导数；
为远程控制单元的控制信号；卡尔曼滤波中观察矩阵为 ；
最后，设置卡尔曼滤波中预测过程噪声协方差矩阵和测量过程协方差矩阵后，得到完整的卡尔曼滤波模型，实现卡尔曼滤波，从而计算作动器的速度和电液伺服阀的输出流量。
15.根据权利要求14所述的一种民用飞机飞控系统作动回路故障诊断方法，其特征在于，所述步骤五中根据多个采样周期计算出的电液伺服阀的输出流量、对应的远程控制单元的控制信号，拟合出电液伺服阀的流量增益，以及电液伺服阀的输出流量与远程控制单元的控制信号之间的曲线方程为采用最小二乘法，具体的曲线方程如下：其中， 为电液伺服阀的输出流量，为远程控制单元的控制信号， 为电液伺服阀的流量增益， 为常数。
16.一种民用飞机飞控系统作动回路故障诊断方法，其特征在于，其依序包括以下顺序的步骤：步骤一、通过位置传感器周期性的连续采集作动器的位置信号，通过压力传感器对应周期性的连续采集作动器的压力信号，以及获取对应的远程控制单元的控制信号；
步骤二、根据多个采样周期作动器的位置信号、对应的远程控制单元的控制信号，辨识出作动回路的动态特性；采用分离方法对作动回路的动态特征进行分离，分离出作动回路的无阻尼自然频率和作动回路的阻尼比；
步骤三、将分离出的作动回路的无阻尼自然频率、分离出的作动回路的阻尼比分别与出厂标定的作动回路的无阻尼自然频率、出厂标定的作动回路的阻尼比进行比对，得出作动回路的健康状况；
步骤四、根据作动器的位置信号和作动器的压力信号采用最佳估计方法计算作动器的速度和电液伺服阀的输出流量；
步骤五、根据多个采样周期计算出的电液伺服阀的输出流量、对应的远程控制单元的控制信号，拟合出电液伺服阀的流量增益，以及电液伺服阀的输出流量与远程控制单元的控制信号之间的曲线方程；根据该曲线方程，计算出电液伺服阀零流量时对应的远程控制单元的控制信号；
步骤六、根据多个采样周期计算出的电液伺服阀的输出流量、对应的远程控制单元的控制信号，辨识出电液伺服阀的动态特性；采用分离方法对电液伺服阀的动态特性进行分离，分离出电液伺服阀的无阻尼自然频率和电液伺服阀的阻尼比；
步骤七、将计算出的电液伺服阀零流量时对应的远程控制单元的控制信号、分离出的电液伺服阀的无阻尼自然频率、分离出的电液伺服阀的阻尼比分别与出厂标定的电液伺服阀零流量信号、出厂标定的电液伺服阀的无阻尼自然频率、出厂标定的电液伺服阀的阻尼比进行比对，得出电液伺服阀的健康状况。
17.根据权利要求16所述的一种民用飞机飞控系统作动回路故障诊断方法，其特征在于，步骤七中，得出电液伺服阀的健康状况具体过程为：当计算出的电液伺服阀零流量时对应的远程控制单元的控制信号与出厂标定的电液伺服阀零流量信号之间的值变化超出10%时，得出电液伺服阀零位漂移超限；
当分离出的电液伺服阀的无阻尼自然频率与出厂标定的电液伺服阀的无阻尼自然频率之间的值变化超出40%时，得出电液伺服阀卡滞；
当分离出的电液伺服阀的阻尼比与出厂标定的电液伺服阀的阻尼比之间的值变化超出40%时，得出电液伺服阀卡滞。
18.根据权利要求17所述的一种民用飞机飞控系统作动回路故障诊断方法，其特征在于，在步骤七之后，其还包括以下步骤：步骤八：当步骤三中得出动作回路故障，且步骤七中未得出电液伺服零位漂移超限、未得出电液伺服阀卡滞，则得出作动器卡滞。
19.根据权利要求18所述的一种民用飞机飞控系统作动回路故障诊断方法，其特征在于，所述步骤二中，辨识出作动回路的动态特性的表达如下：其中， 为作动回路的无阻尼自然频率， 为作动回路的阻尼比， 为作动器的位置信号的拉氏变换， 为远程控制单元的控制信号的拉氏变换， 为拉普拉斯算子；
分离方法采用Z域到S域的逆变换分离出作动回路的无阻尼自然频率 和作动回路的阻尼比 。
20.根据权利要求19所述的一种民用飞机飞控系统作动回路故障诊断方法，其特征在于，所述步骤二中，分离出作动回路的无阻尼自然频率 和作动回路的阻尼比 的具体过程如下：首先，求解作动回路的动态特性对应的离散方程根Z；
再将离散方程根Z转化为连续域根S，其中转化公式为：
最后，通过连续域根S即可求得作动回路的无阻尼自然频率 和作动回路的阻尼比。
21.根据权利要求20所述的一种民用飞机飞控系统作动回路故障诊断方法，其特征在于，所述步骤二中，作动回路的动态特性对应的离散方程为：其中， 为采样周期序号； 为需要辨识的系数； 为极点个数；
为零点个数； 为延迟拍数； 代表作动器的位置信号， 为第 个采样周期对应的作动器的位置信号， 为第 个采样周期对应的作动器的位置信号，以此类推；代表对应的远程控制单元的控制信号， 为第 个采样周期对应的远程控制单元的控制信号，以此类推， 为第 个采样周期对应的远程控制单元的控制信号。
22.根据权利要求21所述的一种民用飞机飞控系统作动回路故障诊断方法，其特征在于，所述步骤四中采用的最佳估计方法为修正系数的卡尔曼滤波法，计算作动器的速度和电液伺服阀的输出流量，具体过程如下：首先，电液伺服阀的流量公式如下：
其中， 为电液伺服阀的正向输出流量， 为流量系数； 为液体密度； 为供油压力， 为电液伺服阀的正向输出压力， 为作动器的有杆腔面积， 为作动器的速度；
其中， 为电液伺服阀的负向输出流量， 为流量系数； 为液体密度； 为供油压力， 为电液伺服阀的负向输出压力， 为作动器的无杆腔面积， 为作动器的速度；
其次，利用泰勒公式将上述电液伺服阀的流量公式线性化，可得：电液伺服阀的正向输出流量：
其中， 为正向流量增益， 为远程控制单元的控制信号的增量形式， 为正向压力增益， 为电液伺服阀的正向输出压力的增量形式； 为负向流量增益， 为负向压力增益， 电液伺服阀的负向输出压力的增量形式；
其中， 为油液体积弹性模量， 为作动器的无杆腔体积， 为作动器的有杆腔体积， 为作动器的位置信号， 为作动器无杆腔泄漏系数, 为作动器有杆腔泄漏系数,为采样周期， 为 关于时间的一阶导数；
其中， 代表作动器中运动件的质量， 代表作动器中运动件的运动阻尼系数， 代表作动器中运动件的弹性系数；
其中， 为 关于时间的一阶导数， 为 关于时间的一阶导数， 为 关于时间的一阶导数；
为远程控制单元的控制信号；卡尔曼滤波中观察矩阵为 ；
最后，设置卡尔曼滤波中预测过程噪声协方差矩阵和测量过程协方差矩阵后，得到完整的卡尔曼滤波模型，实现卡尔曼滤波，从而计算作动器的速度和电液伺服阀的输出流量。
23.根据权利要求22所述的一种民用飞机飞控系统作动回路故障诊断方法，其特征在于，所述步骤五中根据多个采样周期计算出的电液伺服阀的输出流量、对应的远程控制单元的控制信号，拟合出电液伺服阀的流量增益，以及电液伺服阀的输出流量与远程控制单元的控制信号之间的曲线方程为采用最小二乘法，具体的曲线方程如下：其中， 为电液伺服阀的输出流量，为远程控制单元的控制信号， 为电液伺服阀的流量增益， 为常数。
24.根据权利要求23所述的一种民用飞机飞控系统作动回路故障诊断方法，其特征在于，所述步骤六中，辨识出电液伺服阀的动态特性的表达如下：其中， 为电液伺服阀的无阻尼自然频率， 为电液伺服阀的阻尼比， 为电液伺服阀的输出流量的拉氏变换， 为远程控制单元的控制信号的拉氏变换， 为拉普拉斯算子；
分离方法采用Z域到S域的逆变换分离出电液伺服阀的无阻尼自然频率 和电液伺服阀的阻尼比 。
25.根据权利要求24所述的一种民用飞机飞控系统作动回路故障诊断方法，其特征在于，所述步骤六中，分离出电液伺服阀的无阻尼自然频率 和电液伺服阀的阻尼比 的具体过程如下：首先，求解电液伺服阀的动态特性对应的离散方程根Z；
再将离散方程根Z转化为连续域根S，其中转化公式为：
最后，通过连续域根S即可求得电液伺服阀的无阻尼自然频率 和电液伺服阀的阻尼比 。
26.根据权利要求25所述的一种民用飞机飞控系统作动回路故障诊断方法，其特征在于，所述步骤六中，电液伺服阀的动态特性对应的离散方程为：其中， 为采样周期序号； 为需要辨识的系数； 为极点个数；
为零点个数； 为延迟拍数； 代表作动器的位置信号， 为第 个采样周期对应的作动器的位置信号， 为第 个采样周期对应的作动器的位置信号，以此类推；代表对应的远程控制单元的控制信号， 为第 个采样周期对应的远程控制单元的控制信号，以此类推， 为第 个采样周期对应的远程控制单元的控制信号。
27.一种民用飞机飞控系统作动回路故障诊断方法，其特征在于，其依序包括以下顺序的步骤：步骤一、通过位置传感器周期性的连续采集作动器的位置信号，通过压力传感器对应周期性的连续采集作动器的压力信号，以及获取对应的远程控制单元的控制信号；
步骤二、根据作动器的位置信号和作动器的压力信号采用最佳估计方法计算作动器的速度和电液伺服阀的输出流量；
步骤三、根据多个采样周期计算出的电液伺服阀的输出流量、对应的远程控制单元的控制信号，拟合出电液伺服阀的流量增益，以及电液伺服阀的输出流量与远程控制单元的控制信号之间的曲线方程；根据该曲线方程，计算出电液伺服阀零流量时对应的远程控制单元的控制信号；
步骤四、根据多个采样周期计算出的电液伺服阀的输出流量、对应的远程控制单元的控制信号，辨识出电液伺服阀的动态特性；采用分离方法对电液伺服阀的动态特性进行分离，分离出电液伺服阀的无阻尼自然频率和电液伺服阀的阻尼比；
步骤五、将计算出电液伺服阀零流量时对应的远程控制单元的控制信号、分离出的电液伺服阀的无阻尼自然频率、分离出的电液伺服阀的阻尼比分别与出厂标定的电液伺服阀零流量信号、出厂标定的电液伺服阀的无阻尼自然频率、出厂标定的电液伺服阀的阻尼比进行比对，得出电液伺服阀的健康状况。
28.根据权利要求27所述的一种民用飞机飞控系统作动回路故障诊断方法，其特征在于，步骤五中，得出电液伺服阀的健康状况具体过程为：当计算出的电液伺服阀零流量时对应的远程控制单元的控制信号与出厂标定的电液伺服阀零流量信号之间的值变化超出10%时，得出电液伺服阀零位漂移超限；
当分离出的电液伺服阀的无阻尼自然频率与出厂标定的电液伺服阀的无阻尼自然频率之间的值变化超出40%时，得出电液伺服阀卡滞；
当分离出的电液伺服阀的阻尼比与出厂标定的电液伺服阀的阻尼比之间的值变化超出40%时，得出电液伺服阀卡滞。
29.根据权利要求28所述的一种民用飞机飞控系统作动回路故障诊断方法，其特征在于，在所述步骤五之后，其还包括以下顺序的步骤：步骤六、根据多个采样周期作动器的位置信号、对应的远程控制单元的控制信号，辨识出作动回路的动态特性；采用分离方法对作动回路的动态特征进行分离，分离出作动回路的无阻尼自然频率和作动回路的阻尼比；
步骤七、将分离出的作动回路的无阻尼自然频率、分离出的作动回路的阻尼比分别与出厂标定的作动回路的无阻尼自然频率、出厂标定的作动回路的阻尼比进行比对，得出作动回路的健康状况。
30.根据权利要求29所述的一种民用飞机飞控系统作动回路故障诊断方法，其特征在于，步骤七中，得出作动回路的健康状况具体过程为：当分离出的作动回路的无阻尼自然频率与出厂标定的作动回路的无阻尼自然频率之间的值变化超出40%或者当分离出的作动回路的阻尼比与出厂标定的作动回路的阻尼比之间的值变化超出40%时，得出作动回路故障。
31.根据权利要求30所述的一种民用飞机飞控系统作动回路故障诊断方法，其特征在于，在所述步骤七之后，其还包括以下步骤：步骤八，当步骤五未得出电液伺服零位漂移超限、未得出电液伺服阀卡滞，且步骤七中得出作动回路故障时，则得出作动器卡滞。
32.根据权利要求31所述的一种民用飞机飞控系统作动回路故障诊断方法，其特征在于，所述步骤二中采用的最佳估计方法为修正系数的卡尔曼滤波法，计算作动器的速度和电液伺服阀的输出流量，具体过程如下：首先，电液伺服阀的流量公式如下：
其中， 为电液伺服阀的正向输出流量， 为流量系数； 为液体密度； 为供油压力， 为电液伺服阀的正向输出压力， 为作动器的有杆腔面积， 为作动器的速度；
其中， 为电液伺服阀的负向输出流量， 为流量系数； 为液体密度； 为供油压力， 为电液伺服阀的负向输出压力， 为作动器的无杆腔面积， 为作动器的速度；
其次，利用泰勒公式将上述电液伺服阀的流量公式线性化，可得：电液伺服阀的正向输出流量：
其中， 为正向流量增益， 为远程控制单元的控制信号的增量形式， 为正向压力增益， 为电液伺服阀的正向输出压力的增量形式； 为负向流量增益， 为负向压力增益， 电液伺服阀的负向输出压力的增量形式；
其中， 为油液体积弹性模量， 为作动器的无杆腔体积， 为作动器的有杆腔体积， 为作动器的位置信号， 为作动器无杆腔泄漏系数, 为作动器有杆腔泄漏系数,为采样周期， 为 关于时间的一阶导数；
其中， 代表作动器中运动件的质量， 代表作动器中运动件的运动阻尼系数， 代表作动器中运动件的弹性系数；
其中， 为 关于时间的一阶导数， 为 关于时间的一阶导数， 为 关于时间的一阶导数；
为远程控制单元的控制信号；卡尔曼滤波中观察矩阵为 ；
最后，设置卡尔曼滤波中预测过程噪声协方差矩阵和测量过程协方差矩阵后，得到完整的卡尔曼滤波模型，实现卡尔曼滤波，从而计算作动器的速度和电液伺服阀的输出流量。
33.根据权利要求32所述的一种民用飞机飞控系统作动回路故障诊断方法，其特征在于，所述步骤三中根据多个采样周期计算出的电液伺服阀的输出流量、对应的远程控制单元的控制信号，拟合出电液伺服阀的流量增益，以及电液伺服阀的输出流量与远程控制单元的控制信号之间的曲线方程为采用最小二乘法，具体的曲线方程如下：其中， 为电液伺服阀的输出流量，为远程控制单元的控制信号， 为电液伺服阀的流量增益， 为常数。
34.据权利要求33所述的一种民用飞机飞控系统作动回路故障诊断方法，其特征在于，所述步骤四中，辨识出电液伺服阀的动态特性的表达如下：其中， 为电液伺服阀的无阻尼自然频率， 为电液伺服阀的阻尼比， 为电液伺服阀的输出流量的拉氏变换， 为远程控制单元的控制信号的拉氏变换， 为拉普拉斯算子；
分离方法采用Z域到S域的逆变换分离出电液伺服阀的无阻尼自然频率 和电液伺服阀的阻尼比 。
35.根据权利要求34所述的一种民用飞机飞控系统作动回路故障诊断方法，其特征在于，所述步骤四中，采用Z域到S域的逆变换分离出电液伺服阀的无阻尼自然频率 和电液伺服阀的阻尼比 的具体过程如下：首先，求解电液伺服阀的动态特性对应的离散方程根Z；
再将离散方程根Z转化为连续域根S，其中转化公式为：
最后，通过连续域根S即可求得电液伺服阀的无阻尼自然频率 和电液伺服阀的阻尼比 。
36.根据权利要求35所述的一种民用飞机飞控系统作动回路故障诊断方法，其特征在于，所述步骤四中，电液伺服阀的动态特性对应的离散方程为：其中， 为采样周期序号； 为需要辨识的系数； 为极点个数；
为零点个数； 为延迟拍数； 代表作动器的位置信号， 为第 个采样周期对应的作动器的位置信号， 为第 个采样周期对应的作动器的位置信号，以此类推；代表对应的远程控制单元的控制信号， 为第 个采样周期对应的远程控制单元的控制信号，以此类推， 为第 个采样周期对应的远程控制单元的控制信号。
37.根据权利要求36所述的一种民用飞机飞控系统作动回路故障诊断方法，其特征在于，所述步骤六中，辨识出作动回路的动态特性的表达如下：其中， 为作动回路的无阻尼自然频率， 为作动回路的阻尼比， 为作动器的位置信号的拉氏变换， 为远程控制单元的控制信号的拉氏变换， 为拉普拉斯算子；
分离方法采用Z域到S域的逆变换分离出作动回路的无阻尼自然频率 和作动回路的阻尼比 。
38.根据权利要求37所述的一种民用飞机飞控系统作动回路故障诊断方法，其特征在于，所述步骤六中，采用Z域到S域的逆变换分离出作动回路的无阻尼自然频率 和作动回路的阻尼比 的具体过程如下：首先，求解作动回路的动态特性对应的离散方程根Z；
再将离散方程根Z转化为连续域根S，其中转化公式为：
最后，通过连续域根S即可求得作动回路的无阻尼自然频率 和作动回路的阻尼比。
39.根据权利要求38所述的一种民用飞机飞控系统作动回路故障诊断方法，其特征在于，所述步骤六中，作动回路的动态特性对应的离散方程为：其中， 为采样周期序号； 为需要辨识的系数； 为极点个数；
为零点个数； 为延迟拍数； 代表作动器的位置信号， 为第 个采样周期对应的作动器的位置信号， 为第 个采样周期对应的作动器的位置信号，以此类推；代表对应的远程控制单元的控制信号， 为第 个采样周期对应的远程控制单元的控制信号，以此类推， 为第 个采样周期对应的远程控制单元的控制信号。
一种民用飞机飞控系统作动回路故障诊断系统及诊断方法
技术领域
[0001] 本发明涉及民用飞机故障诊断技术领域，尤其是涉及一种民用飞机飞控系统作动回路故障诊断系统及诊断方法。
背景技术
[0002] 目前大型民用飞机飞行控制系统中大量采用电液控制实现飞机舵面的操纵，例如方向舵、左右副翼、左右升降舵、多功能扰流板、地面扰流板等十多路电液控制回路。电液控制回路又称为作动回路，主要包括远程控制单元（Remote Electronic Unit，简称REU）、电液伺服阀（Electric Hydraulic Servo Valve，简称EHSV）、作动器、以及位置传感器（Linear Variable Displacement Transducer，简称LVDT）。
[0003] REU、EHSV、作动器等部件作为航线可更换件（Line Replaceble Unit，简称LRU），在飞机航线期间，若出现故障后可进行更换。目前可更换部件的故障判断方法主要包括目视诊断、REU根据LVDT反馈位置诊断作动器执行不到位、REU机内自检、EHSV工作电流漂移等方式。
[0004] 当前使用的故障诊断系统以及对其故障诊断方法，虽然可以满足飞机运行的基本故障诊断要求，但仍有以下几方面缺陷：
[0005] 首先，目前的飞控电液伺服作动回路故障诊断方法主要是诊断已经出现的故障，并不能诊断故障征兆，即预测先期故障。
[0006] 其次，即使已经出现故障，针对故障现象也不能给出可能的具体故障原因。例如作动器执行不到位故障，导致该故障的原因可能是作动器本身，也可能是EHSV，若只判断LVDT反馈位置与指令不同是无法定位到故障的具体部件，且在出现作动器执行不到位故障前一般有比较隐蔽的早期故障，如EHSV机械磨损等，采用现有技术的诊断方法是无法进行提前诊断的。
[0007] 为此，需要提出一种可以实现故障预测（即故障发生之前提示相关部件已经出现问题）和实现故障定位（即通过故障表现可给出可能的故障原因）的民用飞机飞控系统作动回路故障诊断系统及其诊断方法。
发明内容
[0008] 为解决现有技术中的问题，本发明提供了一种民用飞机飞控系统作动回路故障诊断系统及诊断方法，其可以实现作动回路的故障预测和故障定位。通过故障预测可提前获得LRU使用状况，为航空提前备货提供参考，节约维修换件时间。另外，通过故障定位为LRU返厂维修提供参考，可提高维修效率。同时，因其具有故障预测预警功能，可提现前发现比较隐蔽的早期故障，提前提醒更换相关部件，进而增强民用飞机运行的安全性。
[0009] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种民用飞机飞控系统作动回路故障诊断系统，包括：
[0010] 信号采集模块，用于周期性的连续获得作动器的位置信号、作动器的压力信号、以及对应的远程控制单元的控制信号；
[0011] 作动回路动态特性辨识模块，用于根据多个采样周期作动器的位置信号、对应的远程控制单元的控制信号，辨识出作动回路的动态特性；并采用分离方法对作动回路的动态特征进行分离，分离出作动回路的无阻尼自然频率和作动回路的阻尼比；
[0012] 作动回路故障判断模块，用于将分离出的作动回路的无阻尼自然频率与预设在作动回路故障判断模块中的作动回路无阻尼自然频率阈值进行比对，当超过作动回路无阻尼自然频率阈值时，输出作动回路故障。
[0013] 优选的技术方案，该民用飞机飞控系统作动回路故障诊断系统还包括：
[0014] 作动器的速度与电液伺服阀的输出流量计算模块，用于根据作动器的位置信号和作动器的压力信号采用最佳估计方法计算作动器的速度和电液伺服阀的输出流量；
[0015] 电液伺服阀的输出流量的曲线方程拟合模块，用于根据多个采样周期计算出的电液伺服阀的输出流量、对应的远程控制单元的控制信号，拟合出电液伺服阀的流量增益，以及电液伺服阀的输出流量与远程控制单元的控制信号之间的曲线方程；并根据该曲线方程，计算出电液伺服阀零流量时对应的远程控制单元的控制信号；
[0016] 电液伺服阀故障判断模块，用于将计算出电液伺服阀零流量时对应的远程控制单元的控制信号与预设在电液伺服阀故障判断模块中的电液伺服阀零流量信号阈值进行比对，当超过电液伺服阀零流量信号阈值时，输出电液伺服阀零位漂移超限。
[0017] 优选的技术方案，该民用飞机飞控系统作动回路故障诊断系统还包括：
[0018] 作动器的速度与电液伺服阀的输出流量计算模块，用于根据作动器的位置信号和作动器的压力信号采用最佳估计方法计算作动器的速度和电液伺服阀的输出流量；
[0019] 电液伺服阀的输出流量的曲线方程拟合模块，用于根据多个采样周期计算出的电液伺服阀的输出流量、对应的远程控制单元的控制信号，拟合出电液伺服阀的流量增益，以及电液伺服阀的输出流量与远程控制单元的控制信号之间的曲线方程；并根据该曲线方程，计算出电液伺服阀零流量时对应的远程控制单元的控制信号；
[0020] 电液伺服阀动态特性辨识模块，用于根据多个采样周期计算出的电液伺服阀的输出流量、对应的远程控制单元的控制信号，辨识出电液伺服阀的动态特性；采用分离方法对电液伺服阀的动态特性进行分离，分离出电液伺服阀的无阻尼自然频率和电液伺服阀的阻尼比；
[0021] 电液伺服阀故障判断模块，用于将计算出电液伺服阀零流量时对应的远程控制单元的控制信号与预设在电液伺服阀故障判断模块中的电液伺服阀零流量信号阈值进行比对，当超过电液伺服阀零流量信号阈值时，输出电液伺服阀零位漂移超限；将分离出的电液伺服阀的无阻尼自然频率与预设在电液伺服阀故障判断模块中的电液伺服阀无阻尼自然频率阈值进行比对，当超过电液伺服阀无阻尼自然频率阈值时，输出电液伺服阀卡滞。
[0022] 优选的技术方案，该民用飞机飞控系统作动回路故障诊断系统还包括：
[0023] 作动器的速度与电液伺服阀的输出流量计算模块，用于根据作动器的位置信号和作动器的压力信号采用最佳估计方法计算作动器的速度和电液伺服阀的输出流量；
[0024] 电液伺服阀的输出流量的曲线方程拟合模块，用于根据多个采样周期计算出的电液伺服阀的输出流量、对应的远程控制单元的控制信号，拟合出电液伺服阀的流量增益，以及电液伺服阀的输出流量与远程控制单元的控制信号之间的曲线方程；并根据该曲线方程，计算出电液伺服阀零流量时对应的远程控制单元的控制信号；
[0025] 电液伺服阀动态特性辨识模块，用于根据多个采样周期计算出的电液伺服阀的输出流量、对应的远程控制单元的控制信号，辨识出电液伺服阀的动态特性；采用分离方法对电液伺服阀的动态特性进行分离，分离出电液伺服阀的无阻尼自然频率和电液伺服阀的阻尼比；
[0026] 电液伺服阀故障判断模块，用于将计算出电液伺服阀零流量时对应的远程控制单元的控制信号与预设在电液伺服阀故障判断模块中的电液伺服阀零流量信号阈值进行比对，当超过电液伺服阀零流量信号阈值时，输出电液伺服阀零位漂移超限；将分离出的电液伺服阀的无阻尼自然频率与预设在电液伺服阀故障判断模块中的电液伺服阀无阻尼自然频率阈值进行比对，当超过电液伺服阀无阻尼自然频率阈值时，输出电液伺服阀卡滞；将分离出的电液伺服阀的阻尼比与预设在电液伺服阀故障判断模块中的电液伺服阀阻尼比阈值进行比对，当超过电液伺服阀阻尼比阈值时，输出电液伺服阀卡滞。
[0027] 优选的技术方案，该民用飞机飞控系统作动回路故障诊断系统还包括：
[0028] 作动器故障判断模块，用于当动回路故障判断模块输出作动回路故障，且电液伺服阀故障判断模块未输出电液伺服阀零位漂移超限、未输出电液伺服阀卡滞时，输出作动器卡滞。
[0029] 优选的技术方案，该民用飞机飞控系统作动回路故障诊断系统内置在作动回路的远程控制单元内。
[0030] 本发明的再一目的是提供一种民用飞机飞控系统作动回路故障诊断方法，其包括具有先后顺序的以下步骤：
[0031] 步骤一、通过位置传感器周期性的连续采集作动器的位置信号，通过压力传感器对应周期性的连续采集作动器的压力信号，以及获取对应的远程控制单元的控制信号；
[0032] 步骤二、根据多个采样周期作动器的位置信号、对应的远程控制单元的控制信号，辨识出作动回路的动态特性；采用分离方法对作动回路的动态特征进行分离，分离出作动回路的无阻尼自然频率和作动回路的阻尼比；
[0033] 步骤三、将分离出的作动回路的无阻尼自然频率、分离出的作动回路的阻尼比分别与出厂标定的作动回路的无阻尼自然频率、出厂标定的作动回路的阻尼比进行比对，得出作动回路的健康状况。
[0034] 优选的技术方案，上述步骤三中，得出作动回路的健康状况具体过程为：
[0035] 当分离出的作动回路的无阻尼自然频率与出厂标定的作动回路的无阻尼自然频率之间的值变化超出40%或者当分离出的作动回路的阻尼比与出厂标定的作动回路的阻尼比之间的值变化超出40%时，得出作动回路故障。
[0036] 优选的技术方案，在步骤三之后，其还包括具有先后顺序的以下步骤：
[0037] 步骤四、根据作动器的位置信号和作动器的压力信号采用最佳估计方法计算作动器的速度和电液伺服阀的输出流量；
[0038] 步骤五、根据多个采样周期计算出的电液伺服阀的输出流量、对应的远程控制单元的控制信号，拟合出电液伺服阀的流量增益，以及电液伺服阀的输出流量与远程控制单元的控制信号之间的曲线方程；根据该曲线方程，采用二分法计算出电液伺服阀零流量时对应的远程控制单元的控制信号；
[0039] 步骤六、将计算出的电液伺服阀零流量时对应的远程控制单元的控制信号与出厂标定的电液伺服阀零流量信号进行比对，得出电液伺服阀的健康状况。
[0040] 优选的技术方案，上述步骤六中，得出电液伺服阀的健康状况具体过程为：
[0041] 当计算出的电液伺服阀零流量时对应的远程控制单元的控制信号与出厂标定的电液伺服阀零流量信号之间的值变化超出10%时，得出电液伺服阀零位漂移超限。
[0042] 优选的技术方案，所述步骤二中，
[0043] 根据多个采样周期作动器的位置信号、对应的远程控制单元的控制信号，辨识出作动回路的动态特性的表达如下：
[0044]
[0045] 其中， 为作动回路的无阻尼自然频率， 为作动回路的阻尼比， 为作动器的位置信号的拉氏变换， 为远程控制单元的控制信号的拉氏变换， 为拉普拉斯算子；
[0046] 分离方法采用Z域到S域的逆变换分离出作动回路的无阻尼自然频率 和作动回路的阻尼比 。
[0047] 优选的技术方案，所述步骤二中，采用Z域到S域的逆变换分离出作动回路的无阻尼自然频率 和作动回路的阻尼比 的具体过程如下：
[0048] 首先，求解作动回路的动态特性
[0049]
[0050] 对应的离散方程根Z；
[0051] 再将离散方程根Z转化为连续域根S，其中转化公式为：
[0052] ；
[0053] 其中，T为采样周期之间的采样间隔；
[0054] 最后，通过连续域根S即可求得作动回路的无阻尼自然频率 和作动回路的阻尼比 。
[0055] 优选的技术方案，所述步骤二中，作动回路的动态特性
[0056]
[0057] 对应的离散方程为：
[0058]
[0059] 其中， 为采样周期序号； 为需要辨识的系数； 为极点个数； 为零点个数； 为延迟拍数； 代表作动器的位置信号， 为第 个采样周期对应的作动器的位置信号， 为第 个采样周期对应的作动器的位置信号，以此类推；代表对应的远程控制单元的控制信号， 为第 个采样周期对应的远程控制单元的控制信号，以此类推， 为第 个采样周期对应的远程控制单
元的控制信号。
[0060] 优选的技术方案，所述步骤四中采用的最佳估计方法为修正系数的卡尔曼滤波法，计算作动器的速度和电液伺服阀的输出流量，具体过程如下：
[0061] 首先，电液伺服阀的流量公式如下：
[0062] 电液伺服阀的正向输出流量为：
[0063]
[0064] 其中， 为电液伺服阀的正向输出流量， 为流量系数； 为液体密度； 为供油压力， 为电液伺服阀的正向输出压力， 为作动器的有杆腔面积， 为作动器的速度；
[0065] 电液伺服阀的负向输出流量为：
[0066]
[0067] 其中， 为电液伺服阀的负向输出流量， 为流量系数； 为液体密度； 为供油压力， 为电液伺服阀的负向输出压力， 为作动器的无杆腔面积， 为作动器的速度；
[0068] 其次，利用泰勒公式将上述电液伺服阀的流量公式线性化，可得：
[0069] 电液伺服阀的正向输出流量：
[0070] 电液伺服阀的负向输出流量：
[0071] 其中， 为正向流量增益， 为远程控制单元的控制信号的增量形式， 为正向压力增益， 为电液伺服阀的正向输出压力的增量形式； 为负向流量增益， 为负向压力增益， 电液伺服阀的负向输出压力的增量形式；
[0072] 再次，根据作动器压力模型可得：
[0073]
[0074] 其中， 为油液体积弹性模量， 为作动器的无杆腔体积， 为作动器的有杆腔体积， 为作动器的位置信号， 为作动器无杆腔泄漏系数, 为作动器有杆腔泄漏系数, 为采样周期， 为 关于时间的一阶导数；
[0075] 建立作动器的运动模型如下：
[0076]
[0077] 其中， 代表作动器中运动件的质量， 代表作动器中运动件的运动阻尼系数，代表作动器中运动件的弹性系数；
[0078] 建立作动回路的状态空间模型如下：
[0079]
[0080] 其中， 为 关于时间的一阶导数， 为 关于时间的一阶导数， 为 关于时间的一阶导数， 为 关于时间的一阶导数；
[0081] 为卡尔曼滤波中状态转移矩阵；
[0082] 为卡尔曼滤波中输入控制矩阵；
[0083] 为卡尔曼滤波中观察矩阵；为远程控制单元的控制信号；
[0084] 最后，设置卡尔曼滤波中预测过程噪声协方差矩阵和测量过程协方差矩阵后，得到完整的卡尔曼滤波模型，实现卡尔曼滤波，从而计算作动器的速度和电液伺服阀的输出流量。
[0085] 优选的技术方案，所述步骤五中根据多个采样周期计算出的电液伺服阀的输出流量、对应的远程控制单元的控制信号，拟合出电液伺服阀的流量增益，以及电液伺服阀的输出流量与远程控制单元的控制信号之间的曲线方程为采用最小二乘法，具体的曲线方程如下：
[0086]
[0087] 其中， 为电液伺服阀的输出流量，为远程控制单元的控制信号， 为电液伺服阀的流量增益， 为常数。
[0088] 本发明的再一目的是提供一种民用飞机飞控系统作动回路故障诊断方法，其包括以下步骤：
[0089] 步骤四、根据作动器的位置信号和作动器的压力信号采用最佳估计方法计算作动器的速度和电液伺服阀的输出流量；
[0090] 步骤五、根据多个采样周期计算出的电液伺服阀的输出流量、对应的远程控制单元的控制信号，拟合出电液伺服阀的流量增益，以及电液伺服阀的输出流量与远程控制单元的控制信号之间的曲线方程；根据该曲线方程，计算出电液伺服阀零流量时对应的远程控制单元的控制信号；
[0091] 步骤六、根据多个采样周期计算出的电液伺服阀的输出流量、对应的远程控制单元的控制信号，辨识出电液伺服阀的动态特性；采用分离方法对电液伺服阀的动态特性进行分离，分离出电液伺服阀的无阻尼自然频率和电液伺服阀的阻尼比；
[0092] 步骤七、将计算出的电液伺服阀零流量时对应的远程控制单元的控制信号、分离出的电液伺服阀的无阻尼自然频率、分离出的电液伺服阀的阻尼比分别与出厂标定的电液伺服阀零流量信号、出厂标定的电液伺服阀的无阻尼自然频率、出厂标定的电液伺服阀的阻尼比进行比对，得出电液伺服阀的健康状况。
[0093] 优选的技术方案，上述步骤七中，得出电液伺服阀的健康状况具体过程为：
[0094] 当计算出的电液伺服阀零流量时对应的远程控制单元的控制信号与出厂标定的电液伺服阀零流量信号之间的值变化超出10%时，得出电液伺服阀零位漂移超限；
[0095] 当分离出的电液伺服阀的无阻尼自然频率与出厂标定的电液伺服阀的无阻尼自然频率之间的值变化超出40%时，得出电液伺服阀卡滞；
[0096] 当分离出的电液伺服阀的阻尼比与出厂标定的电液伺服阀的阻尼比之间的值变化超出40%时，得出电液伺服阀卡滞。
[0097] 优选的技术方案，其还包括以下步骤：
[0098] 步骤八：当步骤三中得出动作回路故障，且步骤七中未得出电液伺服零位漂移超限、未得出电液伺服阀卡滞，则得出作动器卡滞。
[0099] 优选的技术方案，所述步骤二中，
[0100] 根据多个采样周期作动器的位置信号、对应的远程控制单元的控制信号，辨识出作动回路的动态特性的表达如下：
[0101]
[0102] 其中， 为作动回路的无阻尼自然频率， 为作动回路的阻尼比， 为作动器的位置信号的拉氏变换， 为远程控制单元的控制信号的拉氏变换， 为拉普拉斯算子；
[0103] 分离方法采用Z域到S域的逆变换分离出作动回路的无阻尼自然频率 和作动回路的阻尼比 。
[0104] 优选的技术方案，所述步骤二中，采用Z域到S域的逆变换分离出作动回路的无阻尼自然频率 和作动回路的阻尼比 的具体过程如下：
[0105] 首先，求解作动回路的动态特性
[0106]
[0107] 对应的离散方程根Z；
[0108] 再将离散方程根Z转化为连续域根S，其中转化公式为：
[0109] ；
[0110] 其中，T为采样周期之间的采样间隔；
[0111] 最后，通过连续域根S即可求得作动回路的无阻尼自然频率 和作动回路的阻尼比 。
[0112] 优选的技术方案，所述步骤二中，作动回路的动态特性
[0113]
[0114] 对应的离散方程为：
[0115]
[0116] 其中， 为采样周期序号； 为需要辨识的系数； 为极点个数； 为零点个数； 为延迟拍数； 代表作动器的位置信号， 为第 个采样周期对应的作动器的位置信号， 为第 个采样周期对应的作动器的位置信号，以此类推；代表对应的远程控制单元的控制信号， 为第 个采样周期对应的远程控制单元的控制信号，以此类推， 为第 个采样周期对应的远程控制单
元的控制信号。
[0117] 优选的技术方案，所述步骤四中采用的最佳估计方法为修正系数的卡尔曼滤波法，计算作动器的速度和电液伺服阀的输出流量，具体过程如下：
[0118] 首先，电液伺服阀的流量公式如下：
[0119] 电液伺服阀的正向输出流量为：
[0120]
[0121] 其中， 为电液伺服阀的正向输出流量， 为流量系数； 为液体密度； 为供油压力， 为电液伺服阀的正向输出压力， 为作动器的有杆腔面积， 为作动器的速度；
[0122] 电液伺服阀的负向输出流量为：
[0123]
[0124] 其中， 为电液伺服阀的负向输出流量， 为流量系数； 为液体密度； 为供油压力， 为电液伺服阀的负向输出压力， 为作动器的无杆腔面积， 为作动器的速度；
[0125] 其次，利用泰勒公式将上述电液伺服阀的流量公式线性化，可得：
[0126] 电液伺服阀的正向输出流量：
[0127] 电液伺服阀的负向输出流量：
[0128] 其中， 为正向流量增益， 为远程控制单元的控制信号的增量形式， 为正向压力增益， 为电液伺服阀的正向输出压力的增量形式； 为负向流量增益， 为负向压力增益， 电液伺服阀的负向输出压力的增量形式；
[0129] 再次，根据作动器压力模型可得：
[0130]
[0131] 其中， 为油液体积弹性模量， 为作动器的无杆腔体积， 为作动器的有杆腔体积， 为作动器的位置信号， 为作动器无杆腔泄漏系数, 为作动器有杆腔泄漏系数, 为采样周期， 为 关于时间的一阶导数；
[0132] 建立作动器的运动模型如下：
[0133]
[0134] 其中， 代表作动器中运动件的质量， 代表作动器中运动件的运动阻尼系数，代表作动器中运动件的弹性系数；
[0135] 建立作动回路的状态空间模型如下：
[0136]
[0137] 其中， 为 关于时间的一阶导数， 为 关于时间的一阶导数， 为 关于时间的一阶导数， 为 关于时间的一阶导数；
[0138] 为卡尔曼滤波中状态转移矩阵；
[0139] 为卡尔曼滤波中输入控制矩阵；
[0140] 为卡尔曼滤波中观察矩阵；为远程控制单元的控制信号；
[0141] 最后，设置卡尔曼滤波中预测过程噪声协方差矩阵和测量过程协方差矩阵后，得到完整的卡尔曼滤波模型，实现卡尔曼滤波，从而计算作动器的速度和电液伺服阀的输出流量。
[0142] 优选的技术方案，所述步骤五中根据多个采样周期计算出的电液伺服阀的输出流量、对应的远程控制单元的控制信号，拟合出电液伺服阀的流量增益，以及电液伺服阀的输出流量与远程控制单元的控制信号之间的曲线方程为采用最小二乘法，具体的曲线方程如下：
[0143]
[0144] 其中， 为电液伺服阀的输出流量，为远程控制单元的控制信号， 为电液伺服阀的流量增益， 为常数。
[0145] 优选的技术方案，所述步骤六中，根据多个采样周期计算出的电液伺服阀的输出流量、对应的远程控制单元的控制信号，辨识出电液伺服阀的动态特性的表达如下：
[0146]
[0147] 其中， 为电液伺服阀的无阻尼自然频率， 为电液伺服阀的阻尼比， 为电液伺服阀的输出流量的拉氏变换， 为远程控制单元的控制信号的拉氏变换， 为拉普拉斯算子；
[0148] 分离方法采用Z域到S域的逆变换分离出电液伺服阀的无阻尼自然频率 和电液伺服阀的阻尼比 。
[0149] 优选的技术方案，所述步骤六中，采用Z域到S域的逆变换分离出电液伺服阀的无阻尼自然频率 和电液伺服阀的阻尼比 的具体过程如下：
[0150] 首先，求解电液伺服阀的动态特性
[0151]
[0152] 对应的离散方程根Z；
[0153] 再将离散方程根Z转化为连续域根S，其中转化公式为：
[0154] ；
[0155] 其中，T为采样周期之间的采样间隔；
[0156] 最后，通过连续域根S即可求得电液伺服阀的无阻尼自然频率 和电液伺服阀的阻尼比 。
[0157] 优选的技术方案，所述步骤六中，电液伺服阀的动态特性
[0158]
[0159] 对应的离散方程为：
[0160]
[0161] 其中， 为采样周期序号； 为需要辨识的系数； 为极点个数； 为零点个数； 为延迟拍数； 代表作动器的位置信号， 为第 个采样周期对应的作动器的位置信号， 为第 个采样周期对应的作动器的位置信号，以此类推；代表对应的远程控制单元的控制信号， 为第 个采样周期对应的远程控制单元的控制信号，以此类推， 为第 个采样周期对应的远程控制单
元的控制信号。
[0162] 本发明的还一目的是提供一种民用飞机飞控系统作动回路故障诊断方法，其包括以下步骤：
[0163] 步骤一、通过位置传感器周期性的连续采集作动器的位置信号，通过压力传感器对应周期性的连续采集作动器的压力信号，以及获取对应的远程控制单元的控制信号；
[0164] 步骤二、根据作动器的位置信号和作动器的压力信号采用最佳估计方法计算作动器的速度和电液伺服阀的输出流量；
[0165] 步骤三、根据多个采样周期计算出的电液伺服阀的输出流量、对应的远程控制单元的控制信号，拟合出电液伺服阀的流量增益，以及电液伺服阀的输出流量与远程控制单元的控制信号之间的曲线方程；根据该曲线方程，计算出电液伺服阀零流量时对应的远程控制单元的控制信号；
[0166] 步骤四、根据多个采样周期计算出的电液伺服阀的输出流量、对应的远程控制单元的控制信号，辨识出电液伺服阀的动态特性；采用分离方法对电液伺服阀的动态特性进行分离，分离出电液伺服阀的无阻尼自然频率和电液伺服阀的阻尼比；
[0167] 步骤五、将计算出电液伺服阀零流量时对应的远程控制单元的控制信号、分离出的电液伺服阀的无阻尼自然频率、分离出的电液伺服阀的阻尼比分别与出厂标定的电液伺服阀零流量信号、出厂标定的电液伺服阀的无阻尼自然频率、出厂标定的电液伺服阀的阻尼比进行比对，得出电液伺服阀的健康状况。
[0168] 优选的技术方案，上述步骤五中，得出电液伺服阀的健康状况具体过程为：
[0169] 当计算出的电液伺服阀零流量时对应的远程控制单元的控制信号与出厂标定的电液伺服阀零流量信号之间的值变化超出10%时，得出电液伺服阀零位漂移超限；
[0170] 当分离出的电液伺服阀的无阻尼自然频率与出厂标定的电液伺服阀的无阻尼自然频率之间的值变化超出40%时，得出电液伺服阀卡滞；
[0171] 当分离出的电液伺服阀的阻尼比与出厂标定的电液伺服阀的阻尼比之间的值变化超出40%时，得出电液伺服阀卡滞。
[0172] 优选的技术方案，其还包括以下步骤：
[0173] 步骤六、根据多个采样周期作动器的位置信号、对应的远程控制单元的控制信号，辨识出作动回路的动态特性；采用分离方法对作动回路的动态特征进行分离，分离出作动回路的无阻尼自然频率和作动回路的阻尼比；
[0174] 步骤七、将分离出的作动回路的无阻尼自然频率、分离出的作动回路的阻尼比分别与出厂标定的作动回路的无阻尼自然频率、出厂标定的作动回路的阻尼比进行比对，得出作动回路的健康状况。
[0175] 优选的技术方案，步骤七中，得出作动回路的健康状况具体过程为：
[0176] 当分离出的作动回路的无阻尼自然频率与出厂标定的作动回路的无阻尼自然频率之间的值变化超出40%或者当分离出的作动回路的阻尼比与出厂标定的作动回路的阻尼比之间的值变化超出40%时，得出作动回路故障。
[0177] 优选的技术方案，其还包括以下步骤：
[0178] 步骤八，当步骤五未得出电液伺服零位漂移超限、未得出电液伺服阀卡滞，且步骤七中得出作动回路故障时，则得出作动器卡滞。
[0179] 优选的技术方案，所述步骤二中采用的最佳估计方法为修正系数的卡尔曼滤波法，计算作动器的速度和电液伺服阀的输出流量，具体过程如下：
[0180] 首先，电液伺服阀的流量公式如下：
[0181] 电液伺服阀的正向输出流量为：
[0182]
[0183] 其中， 为电液伺服阀的正向输出流量， 为流量系数； 为液体密度； 为供油压力， 为电液伺服阀的正向输出压力， 为作动器的有杆腔面积， 为作动器的速度；
[0184] 电液伺服阀的负向输出流量为：
[0185]
[0186] 其中， 为电液伺服阀的负向输出流量， 为流量系数； 为液体密度； 为供油压力， 为电液伺服阀的负向输出压力， 为作动器的无杆腔面积， 为作动器的速度；
[0187] 其次，利用泰勒公式将上述电液伺服阀的流量公式线性化，可得：
[0188] 电液伺服阀的正向输出流量：
[0189] 电液伺服阀的负向输出流量：
[0190] 其中， 为正向流量增益， 为远程控制单元的控制信号的增量形式， 为正向压力增益， 为电液伺服阀的正向输出压力的增量形式； 为负向流量增益， 为负向压力增益， 电液伺服阀的负向输出压力的增量形式；
[0191] 再次，根据作动器压力模型可得：
[0192]
[0193] 其中， 为油液体积弹性模量， 为作动器的无杆腔体积， 为作动器的有杆腔体积， 为作动器的位置信号， 为作动器无杆腔泄漏系数, 为作动器有杆腔泄漏系数, 为采样周期， 为 关于时间的一阶导数；
[0194] 建立作动器的运动模型如下：
[0195]
[0196] 其中， 代表作动器中运动件的质量， 代表作动器中运动件的运动阻尼系数，代表作动器中运动件的弹性系数；
[0197] 建立作动回路的状态空间模型如下：
[0198]
[0199] 其中， 为 关于时间的一阶导数， 为 关于时间的一阶导数， 为 关于时间的一阶导数， 为 关于时间的一阶导数；
[0200] 为卡尔曼滤波中状态转移矩阵；
[0201] 为卡尔曼滤波中输入控制矩阵；
[0202] 为卡尔曼滤波中观察矩阵；为远程控制单元的控制信号；
[0203] 最后，设置卡尔曼滤波中预测过程噪声协方差矩阵和测量过程协方差矩阵后，得到完整的卡尔曼滤波模型，实现卡尔曼滤波，从而计算作动器的速度和电液伺服阀的输出流量。
[0204] 优选的技术方案，所述步骤三中根据多个采样周期计算出的电液伺服阀的输出流量、对应的远程控制单元的控制信号，拟合出电液伺服阀的流量增益，以及电液伺服阀的输出流量与远程控制单元的控制信号之间的曲线方程为采用最小二乘法，具体的曲线方程如下：
[0205]
[0206] 其中， 为电液伺服阀的输出流量，为远程控制单元的控制信号， 为电液伺服阀的流量增益， 为常数。
[0207] 优选的技术方案，所述步骤四中，根据多个采样周期计算出的电液伺服阀的输出流量、对应的远程控制单元的控制信号，辨识出电液伺服阀的动态特性的表达如下：
[0208]
[0209] 其中， 为电液伺服阀的无阻尼自然频率， 为电液伺服阀的阻尼比， 为电液伺服阀的输出流量的拉氏变换， 为远程控制单元的控制信号的拉氏变换， 为拉普拉斯算子；
[0210] 分离方法采用Z域到S域的逆变换分离出电液伺服阀的无阻尼自然频率 和电液伺服阀的阻尼比 。
[0211] 优选的技术方案，所述步骤四中，采用Z域到S域的逆变换分离出电液伺服阀的无阻尼自然频率 和电液伺服阀的阻尼比 的具体过程如下：
[0212] 首先，求解电液伺服阀的动态特性
[0213]
[0214] 对应的离散方程根Z；
[0215] 再将离散方程根Z转化为连续域根S，其中转化公式为：
[0216] ；
[0217] 其中，T为采样周期之间的采样间隔；
[0218] 最后，通过连续域根S即可求得电液伺服阀的无阻尼自然频率 和电液伺服阀的阻尼比 。
[0219] 优选的技术方案，所述步骤四中，电液伺服阀的动态特性
[0220]
[0221] 对应的离散方程为：
[0222]
[0223] 其中， 为采样周期序号； 为需要辨识的系数； 为极点个数； 为零点个数； 为延迟拍数； 代表作动器的位置信号， 为第 个采样周期对应的作动器的位置信号， 为第 个采样周期对应的作动器的位置信号，以此类推；代表对应的远程控制单元的控制信号， 为第 个采样周期对应的远程控制单元的控制信号，以此类推， 为第 个采样周期对应的远程控制单
元的控制信号。
[0224] 优选的技术方案，所述步骤六中，根据多个采样周期作动器的位置信号、对应的远程控制单元的控制信号，辨识出作动回路的动态特性的表达如下：
[0225]
[0226] 其中， 为作动回路的无阻尼自然频率， 为作动回路的阻尼比， 为作动器的位置信号的拉氏变换， 为远程控制单元的控制信号的拉氏变换， 为拉普拉斯算子；
[0227] 分离方法采用Z域到S域的逆变换分离出作动回路的无阻尼自然频率 和作动回路的阻尼比 。
[0228] 优选的技术方案，所述步骤六中，采用Z域到S域的逆变换分离出作动回路的无阻尼自然频率 和作动回路的阻尼比 的具体过程如下：
[0229] 首先，求解作动回路的动态特性
[0230]
[0231] 对应的离散方程根Z；
[0232] 再将离散方程根Z转化为连续域根S，其中转化公式为：
[0233] ；
[0234] 其中，T为采样周期之间的采样间隔；
[0235] 最后，通过连续域根S即可求得作动回路的无阻尼自然频率 和作动回路的阻尼比 。
[0236] 优选的技术方案，所述步骤六中，作动回路的动态特性
[0237]
[0238] 对应的离散方程为：
[0239]
[0240] 其中， 为采样周期序号； 为需要辨识的系数； 为极点个数； 为零点个数； 为延迟拍数； 代表作动器的位置信号， 为第 个采样周期对应的作动器的位置信号， 为第 个采样周期对应的作动器的位置信号，以此类推；代表对应的远程控制单元的控制信号， 为第 个采样周期对应的远程控制单元的控制信号，以此类推， 为第 个采样周期对应的远程控制单
元的控制信号。
[0241] 与现有技术相比，本发明一种民用飞机飞控系统作动回路故障诊断系统及诊断方法的有益效果是：
[0242] 1、本发明在不改变现有飞控系统作动回路结构的情况下，可以实现作动回路的故障预测和故障定位。
[0243] 2、本发明通过作动回路现有的位置传感器、远程控制单元的控制信号、压力传感器，根据液体连续性原理，通过作动器的速度与液体流量之间的关系，建立作动器的运动模型，利用修正系数的卡尔曼滤波模型，采用最佳估计方法相互印证求解作动器的速度与电液伺服阀的输出流量。能够保证作动器速度的求解精度，以及电液伺服阀的输出流量计算精度，进而保证拟合出来的曲线方程、流量增益、计算出的零流量对应的控制信号的准确度，确保故障诊断的准确性。
[0244] 3、通过故障预测可提前获得LRU使用状况，为航空提前备货提供参考，节约维修换件时间。
[0245] 4、本发明具有故障定位功能，可通过故障定位为LRU返厂维修提供参考，可提高维修效率。
[0246] 5、本发明通过连续周期的监测，可提现前发现比较隐蔽的早期故障，提前提醒更换相关部件，进而增强民用飞机运行的安全性。
[0247] 6、该民用飞机飞控系统作动回路故障诊断系统内置在作动回路的远程控制单元内。采用内置在作动回路的远程控制单元内的形式，利用作动回路自身的位置传感器、压力传感器，就可以实现在不改变现有飞控系统作动回路结构的情况下，可以实现作动回路的故障预测和故障定位。
[0248] 7、首先可利用位置传感器和控制信号之间的关系，建立作动回路的动态特性，判断作动回路的健康状况。如作动回路出现问题，可继续定位判断是否是电液伺服阀出现了故障。当然，如果作动回路判断无问题，还可继续判断电液伺服阀是否存在隐蔽隐患，如可能存在零位漂移超限的情况（即使此时作动回路没有判断出故障，但如果出现零位漂移超限），则可及时提醒相关人员准备检修电液伺服阀，甚至及时准备备件进行更换。本发明能够发现潜在的隐患，大大增加了飞机航运的安全性。
[0249] 8、本发明不但可以及时发现作动回路的各种故障隐患，还可以对其各个故障隐患进行分类提醒，提高检修人员的作业效率。
附图说明
[0250] 图1为本发明的作动回路的整体原理架构图；
[0251] 图2为本发明一种民用飞机飞控系统作动回路故障诊断系统的系统架构原理图；
[0252] 图3为本发明中电液伺服阀的输出流量与远程控制单元的控制信号之间的曲线方程拟合示意图；
[0253] 图4为本发明实施例1的一种民用飞机飞控系统作动回路故障诊断系统的工作原理图；
[0254] 图5为本发明实施例2的一种民用飞机飞控系统作动回路故障诊断系统的工作原理图；
[0255] 图6为本发明实施例3的一种民用飞机飞控系统作动回路故障诊断系统的工作原理图。实施方式
[0256] 如图1所示，民用飞机飞控系统作动回路包括：远程控制单元（Remote Electronic Unit，简称REU）、电液伺服阀（Electric Hydraulic Servo Valve，简称EHSV）、作动器、以及位置传感器（Linear Variable Displacement Transducer，简称LVDT）。远程控制单元REU将控制信号 发送至电液伺服阀EHSV，电液伺服阀EHSV将供油压力 转化为控制作动器的驱动力，位置传感器LVDT将作动器的位置信号 传输至远程控制单元REU，压力传感器分别将作动器的无杆腔压力P1和有杆腔压力P2发送至远程控制单元REU，远程控制单元REU再输出控制信号 实时修正作动器的位置，形成闭环控制。
[0257] 如图2所示，本发明一种民用飞机飞控系统作动回路故障诊断系统包括：
[0258] 信号采集模块，用于周期性的连续获得作动器的位置信号、作动器的压力信号、以及对应的远程控制单元的控制信号；
[0259] 作动回路动态特性辨识模块，用于根据多个采样周期作动器的位置信号、对应的远程控制单元的控制信号，辨识出作动回路的动态特性；并采用分离方法对作动回路的动态特征进行分离，分离出作动回路的无阻尼自然频率和作动回路的阻尼比；
[0260] 作动回路故障判断模块，用于将分离出的作动回路的无阻尼自然频率与预设在作动回路故障判断模块中的作动回路无阻尼自然频率阈值进行比对，当超过作动回路无阻尼自然频率阈值时，输出作动回路故障；
[0261] 作动器的速度与电液伺服阀的输出流量计算模块，用于根据作动器的位置信号和作动器的压力信号采用最佳估计方法计算作动器的速度和电液伺服阀的输出流量；
[0262] 电液伺服阀的输出流量的曲线方程拟合模块，用于根据多个采样周期计算出的电液伺服阀的输出流量、对应的远程控制单元的控制信号，拟合出电液伺服阀的流量增益，以及电液伺服阀的输出流量与远程控制单元的控制信号之间的曲线方程；并根据该曲线方程，采用二分法计算出电液伺服阀零流量时对应的远程控制单元的控制信号；
[0263] 电液伺服阀动态特性辨识模块，用于根据多个采样周期计算出的电液伺服阀的输出流量、对应的远程控制单元的控制信号，辨识出电液伺服阀的动态特性；采用分离方法对电液伺服阀的动态特性进行分离，分离出电液伺服阀的无阻尼自然频率和电液伺服阀的阻尼比；
[0264] 电液伺服阀故障判断模块，用于将计算出电液伺服阀零流量时对应的远程控制单元的控制信号与预设在电液伺服阀故障判断模块中的电液伺服阀零流量信号阈值进行比对，当超过电液伺服阀零流量信号阈值时，输出电液伺服阀零位漂移超限；将分离出的电液伺服阀的无阻尼自然频率与预设在电液伺服阀故障判断模块中的电液伺服阀无阻尼自然频率阈值进行比对，当超过电液伺服阀无阻尼自然频率阈值时，输出电液伺服阀卡滞；将分离出的电液伺服阀的阻尼比与预设在电液伺服阀故障判断模块中的电液伺服阀阻尼比阈值进行比对，当超过电液伺服阀阻尼比阈值时，输出电液伺服阀卡滞；
[0265] 作动器故障判断模块，用于当动回路故障判断模块输出作动回路故障，且电液伺服阀故障判断模块未输出电液伺服阀零位漂移超限、未输出电液伺服阀卡滞时，输出作动器卡滞。
[0266] 该民用飞机飞控系统作动回路故障诊断系统内置在作动回路的远程控制单元内。
[0267] 该民用飞机飞控系统作动回路故障诊断系统内置在作动回路的远程控制单元内。采用内置在作动回路的远程控制单元内的形式，利用作动回路自身的位置传感器、压力传感器，就可以实现在不改变现有飞控系统作动回路结构的情况下，可以实现作动回路的故障预测和故障定位。
[0268] 实施例1，如图1、图3和图4所示，一种民用飞机飞控系统作动回路故障诊断方法，包括以下具有先后顺序的步骤：
[0269] 步骤一、通过位置传感器周期性的连续采集作动器的位置信号，通过压力传感器对应周期性的连续采集作动器的压力信号，以及获取对应的远程控制单元的控制信号。
[0270] 步骤二、根据多个采样周期作动器的位置信号、对应的远程控制单元的控制信号，辨识出作动回路的动态特性；采用分离方法对作动回路的动态特征进行分离，分离出作动回路的无阻尼自然频率和作动回路的阻尼比。
[0271] 根据多个采样周期作动器的位置信号、对应的远程控制单元的控制信号，辨识出作动回路的动态特性的表达如下：
[0272]
[0273] 其中， 为作动回路的无阻尼自然频率， 为作动回路的阻尼比， 为作动器的位置信号的拉氏变换， 为远程控制单元的控制信号的拉氏变换， 为拉普拉斯算子；
[0274] 分离方法采用Z域到S域的逆变换分离出作动回路的无阻尼自然频率 和作动回路的阻尼比 。采用Z域到S域的逆变换分离出作动回路的无阻尼自然频率 和作动回路的阻尼比 的具体过程如下：
[0275] 首先，求解作动回路的动态特性
[0276]
[0277] 对应的离散方程根Z；
[0278] 再将离散方程根Z转化为连续域根S，其中转化公式为：
[0279] ；
[0280] 其中，T为采样周期之间的采样间隔；
[0281] 最后，通过连续域根S即可求得作动回路的无阻尼自然频率 和作动回路的阻尼比 。
[0282] 上述作动回路的动态特性
[0283]
[0284] 对应的离散方程为：
[0285]
[0286] 其中， 为采样周期序号； 为需要辨识的系数； 为极点个数； 为零点个数； 为延迟拍数； 代表作动器的位置信号， 为第 个采样周期对应的作动器的位置信号， 为第 个采样周期对应的作动器的位置信号，以此类推；代表对应的远程控制单元的控制信号， 为第 个采样周期对应的远程控制单元的控制信号，以此类推， 为第 个采样周期对应的远程控制单
元的控制信号。
[0287] 步骤三、将分离出的作动回路的无阻尼自然频率、分离出的作动回路的阻尼比分别与出厂标定的作动回路的无阻尼自然频率、出厂标定的作动回路的阻尼比进行比对，得出作动回路的健康状况。当分离出的作动回路的无阻尼自然频率与出厂标定的作动回路的无阻尼自然频率之间的值变化超出40%或者当分离出的作动回路的阻尼比与出厂标定的作动回路的阻尼比之间的值变化超出40%时，得出作动回路故障。
[0288] 步骤四、根据作动器的位置信号和作动器的压力信号采用最佳估计方法计算作动器的速度和电液伺服阀的输出流量。
[0289] 步骤四中采用的最佳估计方法为修正系数的卡尔曼滤波法，计算作动器的速度和电液伺服阀的输出流量，具体过程如下：
[0290] 首先，电液伺服阀的流量公式如下：
[0291] 电液伺服阀的正向输出流量为：
[0292]
[0293] 其中， 为电液伺服阀的正向输出流量， 为流量系数； 为液体密度； 为供油压力， 为电液伺服阀的正向输出压力， 为作动器的有杆腔面积， 为作动器的速度；
[0294] 电液伺服阀的负向输出流量为：
[0295]
[0296] 其中， 为电液伺服阀的负向输出流量， 为流量系数； 为液体密度； 为供油压力， 为电液伺服阀的负向输出压力， 为作动器的无杆腔面积， 为作动器的速度；
[0297] 其次，利用泰勒公式将上述电液伺服阀的流量公式线性化，可得：
[0298] 电液伺服阀的正向输出流量：
[0299] 电液伺服阀的负向输出流量：
[0300] 其中， 为正向流量增益， 为远程控制单元的控制信号的增量形式， 为正向压力增益， 为电液伺服阀的正向输出压力的增量形式； 为负向流量增益， 为负向压力增益， 电液伺服阀的负向输出压力的增量形式；
[0301] 再次，根据作动器压力模型可得：
[0302]
[0303] 其中， 为油液体积弹性模量， 为作动器的无杆腔体积， 为作动器的有杆腔体积， 为作动器的位置信号， 为作动器无杆腔泄漏系数, 为作动器有杆腔泄漏系数, 为采样周期， 为 关于时间的一阶导数；；
[0304] 建立作动器的运动模型如下：
[0305]
[0306] 其中， 代表作动器中运动件的质量， 代表作动器中运动件的运动阻尼系数，代表作动器中运动件的弹性系数；
[0307] 建立作动回路的状态空间模型如下：
[0308]
[0309] 其中， 为 关于时间的一阶导数， 为 关于时间的一阶导数， 为 关于时间的一阶导数， 为 关于时间的一阶导数；
[0310] 为卡尔曼滤波中状态转移矩阵；
[0311] 为卡尔曼滤波中输入控制矩阵；
[0312] 为卡尔曼滤波中观察矩阵；为远程控制单元的控制信号；
[0313] 最后，设置卡尔曼滤波中预测过程噪声协方差矩阵和测量过程协方差矩阵后，得到完整的卡尔曼滤波模型，实现卡尔曼滤波，从而计算出作动器的速度和电液伺服阀的输出流量。
[0314] 步骤五、根据多个采样周期计算出的电液伺服阀的输出流量、对应的远程控制单元的控制信号，拟合出电液伺服阀的流量增益，以及电液伺服阀的输出流量与远程控制单元的控制信号之间的曲线方程；根据该曲线方程，采用二分法计算出电液伺服阀零流量时对应的远程控制单元的控制信号。
[0315] 本步骤中根据多个采样周期计算出的电液伺服阀的输出流量、对应的远程控制单元的控制信号，拟合出电液伺服阀的流量增益，以及电液伺服阀的输出流量与远程控制单元的控制信号之间的曲线方程为采用最小二乘法，具体的曲线方程如下：
[0316]
[0317] 其中， 为电液伺服阀的输出流量，为远程控制单元的控制信号， 为电液伺服阀的流量增益， 为常数。
[0318] 步骤六、将计算出的电液伺服阀零流量时对应的远程控制单元的控制信号与出厂标定的电液伺服阀零流量信号进行比对，得出电液伺服阀的健康状况。当计算出的电液伺服阀零流量时对应的远程控制单元的控制信号与出厂标定的电液伺服阀零流量信号之间的值变化超出10%时，得出电液伺服阀零位漂移超限。
[0319] 本实施例首先利用位置传感器和控制信号之间的关系，建立作动回路的动态特性，判断作动回路的健康状况。如作动回路出现问题，可继续定位判断是否是电液伺服阀出现了故障。当然，如果作动回路判断无问题，还可继续判断电液伺服阀是否存在隐蔽隐患，如可能存在零位漂移超限的情况（即使此时作动回路没有判断出故障，但如果出现零位漂移超限），则可及时提醒相关人员准备检修电液伺服阀，甚至及时准备备件进行更换。本发明能够发现潜在的隐患，大大增加了飞机航运的安全性。
[0320] 实施例2，如图1、图3和图5所示，一种民用飞机飞控系统作动回路故障诊断方法，包括以下具有先后顺序的步骤：
[0321] 步骤一、通过位置传感器周期性的连续采集作动器的位置信号，通过压力传感器对应周期性的连续采集作动器的压力信号，以及获取对应的远程控制单元的控制信号；
[0322] 步骤二、根据多个采样周期作动器的位置信号、对应的远程控制单元的控制信号，辨识出作动回路的动态特性；采用分离方法对作动回路的动态特征进行分离，分离出作动回路的无阻尼自然频率和作动回路的阻尼比。
[0323] 本步骤中根据多个采样周期作动器的位置信号、对应的远程控制单元的控制信号，辨识出作动回路的动态特性的表达如下：
[0324]
[0325] 其中， 为作动回路的无阻尼自然频率， 为作动回路的阻尼比， 为作动器的位置信号的拉氏变换， 为远程控制单元的控制信号的拉氏变换， 为拉普拉斯算子；
[0326] 分离方法采用Z域到S域的逆变换分离出作动回路的无阻尼自然频率 和作动回路的阻尼比 。采用Z域到S域的逆变换分离出作动回路的无阻尼自然频率 和作动回路的阻尼比 的具体过程如下：
[0327] 首先，求解作动回路的动态特性
[0328]
[0329] 对应的离散方程根Z；
[0330] 再将离散方程根Z转化为连续域根S，其中转化公式为：
[0331] ；
[0332] 其中，T为采样周期之间的采样间隔；
[0333] 最后，通过连续域根S即可求得作动回路的无阻尼自然频率 和作动回路的阻尼比 。
[0334] 上述作动回路的动态特性
[0335]
[0336] 对应的离散方程为：
[0337]
[0338] 其中， 为采样周期序号； 为需要辨识的系数； 为极点个数； 为零点个数； 为延迟拍数； 代表作动器的位置信号， 为第 个采样周期对应的作动器的位置信号， 为第 个采样周期对应的作动器的位置信号，以此类推；代表对应的远程控制单元的控制信号， 为第 个采样周期对应的远程控制单元的控制信号，以此类推， 为第 个采样周期对应的远程控制单
元的控制信号。
[0339] 步骤三、将分离出的作动回路的无阻尼自然频率、分离出的作动回路的阻尼比分别与出厂标定的作动回路的无阻尼自然频率、出厂标定的作动回路的阻尼比进行比对，得出作动回路的健康状况。当分离出的作动回路的无阻尼自然频率与出厂标定的作动回路的无阻尼自然频率之间的值变化超出40%或者当分离出的作动回路的阻尼比与出厂标定的作动回路的阻尼比之间的值变化超出40%时，得出作动回路故障。
[0340] 步骤四、根据作动器的位置信号和作动器的压力信号采用最佳估计方法计算作动器的速度和电液伺服阀的输出流量。
[0341] 步骤四中采用的最佳估计方法为修正系数的卡尔曼滤波法，计算作动器的速度和电液伺服阀的输出流量，具体过程如下：
[0342] 首先，电液伺服阀的流量公式如下：
[0343] 电液伺服阀的正向输出流量为：
[0344]
[0345] 其中， 为电液伺服阀的正向输出流量， 为流量系数； 为液体密度； 为供油压力， 为电液伺服阀的正向输出压力， 为作动器的有杆腔面积， 为作动器的速度；
[0346] 电液伺服阀的负向输出流量为：
[0347]
[0348] 其中， 为电液伺服阀的负向输出流量， 为流量系数； 为液体密度； 为供油压力， 为电液伺服阀的负向输出压力， 为作动器的无杆腔面积， 为作动器的速度；
[0349] 其次，利用泰勒公式将上述电液伺服阀的流量公式线性化，可得：
[0350] 电液伺服阀的正向输出流量：
[0351] 电液伺服阀的负向输出流量：
[0352] 其中， 为正向流量增益， 为远程控制单元的控制信号的增量形式， 为正向压力增益， 为电液伺服阀的正向输出压力的增量形式； 为负向流量增益， 为负向压力增益， 电液伺服阀的负向输出压力的增量形式；
[0353] 再次，根据作动器压力模型可得：
[0354]
[0355] 其中， 为油液体积弹性模量， 为作动器的无杆腔体积， 为作动器的有杆腔体积， 为作动器的位置信号， 为作动器无杆腔泄漏系数, 为作动器有杆腔泄漏系数, 为采样周期， 为 关于时间的一阶导数；
[0356] 建立作动器的运动模型如下：
[0357]
[0358] 其中， 代表作动器中运动件的质量， 代表作动器中运动件的运动阻尼系数，代表作动器中运动件的弹性系数；
[0359] 建立作动回路的状态空间模型如下：
[0360]
[0361] 其中， 为 关于时间的一阶导数， 为 关于时间的一阶导数， 为 关于时间的一阶导数， 为 关于时间的一阶导数；
[0362] 为卡尔曼滤波中状态转移矩阵；
[0363] 为卡尔曼滤波中输入控制矩阵；
[0364] 为卡尔曼滤波中观察矩阵；为远程控制单元的控制信号；
[0365] 最后，设置卡尔曼滤波中预测过程噪声协方差矩阵和测量过程协方差矩阵后，得到完整的卡尔曼滤波模型，实现卡尔曼滤波，从而计算出作动器的速度和电液伺服阀的输出流量。
[0366] 步骤五、根据多个采样周期计算出的电液伺服阀的输出流量、对应的远程控制单元的控制信号，拟合出电液伺服阀的流量增益，以及电液伺服阀的输出流量与远程控制单元的控制信号之间的曲线方程；根据该曲线方程，采用二分法计算出电液伺服阀零流量时对应的远程控制单元的控制信号。
[0367] 本步骤中根据多个采样周期计算出的电液伺服阀的输出流量、对应的远程控制单元的控制信号，拟合出电液伺服阀的流量增益，以及电液伺服阀的输出流量与远程控制单元的控制信号之间的曲线方程为采用最小二乘法，具体的曲线方程如下：
[0368]
[0369] 其中， 为电液伺服阀的输出流量，为远程控制单元的控制信号， 为电液伺服阀的流量增益， 为常数。
[0370] 步骤六、根据多个采样周期计算出的电液伺服阀的输出流量、对应的远程控制单元的控制信号，辨识出电液伺服阀的动态特性；采用分离方法对电液伺服阀的动态特性进行分离，分离出电液伺服阀的无阻尼自然频率和电液伺服阀的阻尼比。
[0371] 本步骤中根据多个采样周期计算出的电液伺服阀的输出流量、对应的远程控制单元的控制信号，辨识出电液伺服阀的动态特性的表达如下：
[0372]
[0373] 其中， 为电液伺服阀的无阻尼自然频率， 为电液伺服阀的阻尼比， 为电液伺服阀的输出流量的拉氏变换， 为远程控制单元的控制信号的拉氏变换， 为拉普拉斯算子；
[0374] 分离方法采用Z域到S域的逆变换分离出电液伺服阀的无阻尼自然频率 和电液伺服阀的阻尼比 。
[0375] 上述采用Z域到S域的逆变换分离出电液伺服阀的无阻尼自然频率 和电液伺服阀的阻尼比 的具体过程如下：
[0376] 首先，求解电液伺服阀的动态特性
[0377]
[0378] 对应的离散方程根Z；
[0379] 再将离散方程根Z转化为连续域根S，其中转化公式为：
[0380] ；
[0381] 其中，T为采样周期之间的采样间隔；
[0382] 最后，通过连续域根S即可求得电液伺服阀的无阻尼自然频率 和电液伺服阀的阻尼比 。
[0383] 其中，电液伺服阀的动态特性
[0384]
[0385] 对应的离散方程为：
[0386]
[0387] 其中， 为采样周期序号； 为需要辨识的系数； 为极点个数； 为零点个数； 为延迟拍数； 代表作动器的位置信号， 为第 个采样周期对应的作动器的位置信号， 为第 个采样周期对应的作动器的位置信号，以此类推；代表对应的远程控制单元的控制信号， 为第 个采样周期对应的远程控制单元的控制信号，以此类推， 为第 个采样周期对应的远程控制单
元的控制信号。
[0388] 步骤七、将计算出的电液伺服阀零流量时对应的远程控制单元的控制信号、分离出的电液伺服阀的无阻尼自然频率、分离出的电液伺服阀的阻尼比分别与出厂标定的电液伺服阀零流量信号、出厂标定的电液伺服阀的无阻尼自然频率、出厂标定的电液伺服阀的阻尼比进行比对，得出电液伺服阀的健康状况。当计算出的电液伺服阀零流量时对应的远程控制单元的控制信号与出厂标定的电液伺服阀零流量信号之间的值变化超出10%时，得出电液伺服阀零位漂移超限；当分离出的电液伺服阀的无阻尼自然频率与出厂标定的电液伺服阀的无阻尼自然频率之间的值变化超出40%时，得出电液伺服阀卡滞；当分离出的电液伺服阀的阻尼比与出厂标定的电液伺服阀的阻尼比之间的值变化超出40%时，得出电液伺服阀卡滞。
[0389] 步骤八：当步骤三中得出动作回路故障，且步骤七中未得出电液伺服零位漂移超限、未得出电液伺服阀卡滞，则得出作动器卡滞。
[0390] 本实施例不但可以及时发现作动回路的各种故障隐患，还可以对其各个故障隐患进行分类提醒，提高检修人员的作业效率。
[0391] 实施例3，如图1、图3和图6所示，一种民用飞机飞控系统作动回路故障诊断方法，包括以下具有先后顺序的步骤：
[0392] 步骤一、通过位置传感器周期性的连续采集作动器的位置信号，通过压力传感器对应周期性的连续采集作动器的压力信号，以及获取对应的远程控制单元的控制信号；
[0393] 步骤二、根据作动器的位置信号和作动器的压力信号采用最佳估计方法计算作动器的速度和电液伺服阀的输出流量。
[0394] 本实施例采用的最佳估计方法为修正系数的卡尔曼滤波法，计算作动器的速度和电液伺服阀的输出流量，具体过程如下：
[0395] 首先，电液伺服阀的流量公式如下：
[0396] 电液伺服阀的正向输出流量为：
[0397]
[0398] 其中， 为电液伺服阀的正向输出流量， 为流量系数； 为液体密度； 为供油压力， 为电液伺服阀的正向输出压力， 为作动器的有杆腔面积， 为作动器的速度；
[0399] 电液伺服阀的负向输出流量为：
[0400]
[0401] 其中， 为电液伺服阀的负向输出流量， 为流量系数； 为液体密度； 为供油压力， 为电液伺服阀的负向输出压力， 为作动器的无杆腔面积， 为作动器的速度；
[0402] 其次，利用泰勒公式将上述电液伺服阀的流量公式线性化，可得：
[0403] 电液伺服阀的正向输出流量：
[0404] 电液伺服阀的负向输出流量：
[0405] 其中， 为正向流量增益， 为远程控制单元的控制信号的增量形式， 为正向压力增益， 为电液伺服阀的正向输出压力的增量形式； 为负向流量增益， 为负向压力增益， 电液伺服阀的负向输出压力的增量形式；
[0406] 再次，根据作动器压力模型可得：
[0407]
[0408] 其中， 为油液体积弹性模量， 为作动器的无杆腔体积， 为作动器的有杆腔体积， 为作动器的位置信号， 为作动器无杆腔泄漏系数, 为作动器有杆腔泄漏系数, 为采样周期， 为 关于时间的一阶导数；
[0409] 建立作动器的运动模型如下：
[0410]
[0411] 其中， 代表作动器中运动件的质量， 代表作动器中运动件的运动阻尼系数，代表作动器中运动件的弹性系数；
[0412] 建立作动回路的状态空间模型如下：
[0413]
[0414] 其中， 为 关于时间的一阶导数， 为 关于时间的一阶导数， 为 关于时间的一阶导数， 为 关于时间的一阶导数；
[0415] 为卡尔曼滤波中状态转移矩阵；
[0416] 为卡尔曼滤波中输入控制矩阵；
[0417] 为卡尔曼滤波中观察矩阵；为远程控制单元的控制信号；
[0418] 最后，设置卡尔曼滤波中预测过程噪声协方差矩阵和测量过程协方差矩阵后，得到完整的卡尔曼滤波模型，实现卡尔曼滤波，从而计算出作动器的速度和电液伺服阀的输出流量。
[0419] 步骤三、根据多个采样周期计算出的电液伺服阀的输出流量、对应的远程控制单元的控制信号，拟合出电液伺服阀的流量增益，以及电液伺服阀的输出流量与远程控制单元的控制信号之间的曲线方程；根据该曲线方程，采用二分法计算出电液伺服阀零流量时对应的远程控制单元的控制信号。
[0420] 上述根据多个采样周期计算出的电液伺服阀的输出流量、对应的远程控制单元的控制信号，拟合出电液伺服阀的流量增益，以及电液伺服阀的输出流量与远程控制单元的控制信号之间的曲线方程为采用最小二乘法，具体的曲线方程如下：
[0421]
[0422] 其中， 为电液伺服阀的输出流量，为远程控制单元的控制信号， 为电液伺服阀的流量增益， 为常数。
[0423] 步骤四、根据多个采样周期计算出的电液伺服阀的输出流量、对应的远程控制单元的控制信号，辨识出电液伺服阀的动态特性；采用分离方法对电液伺服阀的动态特性进行分离，分离出电液伺服阀的无阻尼自然频率和电液伺服阀的阻尼比。
[0424] 本步骤根据多个采样周期计算出的电液伺服阀的输出流量、对应的远程控制单元的控制信号，辨识出电液伺服阀的动态特性的表达如下：
[0425]
[0426] 其中， 为电液伺服阀的无阻尼自然频率， 为电液伺服阀的阻尼比， 为电液伺服阀的输出流量的拉氏变换， 为远程控制单元的控制信号的拉氏变换， 为拉普拉斯算子；
[0427] 分离方法采用Z域到S域的逆变换分离出电液伺服阀的无阻尼自然频率 和电液伺服阀的阻尼比 。
[0428] 上述采用Z域到S域的逆变换分离出电液伺服阀的无阻尼自然频率 和电液伺服阀的阻尼比 的具体过程如下：
[0429] 首先，求解电液伺服阀的动态特性
[0430]
[0431] 对应的离散方程根Z；
[0432] 再将离散方程根Z转化为连续域根S，其中转化公式为：
[0433] ；
[0434] 其中，T为采样周期之间的采样间隔；
[0435] 最后，通过连续域根S即可求得电液伺服阀的无阻尼自然频率 和电液伺服阀的阻尼比 。
[0436] 其中，电液伺服阀的动态特性
[0437]
[0438] 对应的离散方程为：
[0439]
[0440] 其中， 为采样周期序号； 为需要辨识的系数； 为极点个数； 为零点个数； 为延迟拍数； 代表作动器的位置信号， 为第 个采样周期对应的作动器的位置信号， 为第 个采样周期对应的作动器的位置信号，以此类推；代表对应的远程控制单元的控制信号， 为第 个采样周期对应的远程控制单元的控制信号，以此类推， 为第 个采样周期对应的远程控制单
元的控制信号。
[0441] 步骤五、将计算出电液伺服阀零流量时对应的远程控制单元的控制信号、分离出的电液伺服阀的无阻尼自然频率、分离出的电液伺服阀的阻尼比分别与出厂标定的电液伺服阀零流量信号、出厂标定的电液伺服阀的无阻尼自然频率、出厂标定的电液伺服阀的阻尼比进行比对，得出电液伺服阀的健康状况。当计算出的电液伺服阀零流量时对应的远程控制单元的控制信号与出厂标定的电液伺服阀零流量信号之间的值变化超出10%时，得出电液伺服阀零位漂移超限；当分离出的电液伺服阀的无阻尼自然频率与出厂标定的电液伺服阀的无阻尼自然频率之间的值变化超出40%时，得出电液伺服阀卡滞；当分离出的电液伺服阀的阻尼比与出厂标定的电液伺服阀的阻尼比之间的值变化超出40%时，得出电液伺服阀卡滞。
[0442] 步骤六、根据多个采样周期作动器的位置信号、对应的远程控制单元的控制信号，辨识出作动回路的动态特性；采用分离方法对作动回路的动态特征进行分离，分离出作动回路的无阻尼自然频率和作动回路的阻尼比。
[0443] 本步骤中根据多个采样周期作动器的位置信号、对应的远程控制单元的控制信号，辨识出作动回路的动态特性的表达如下：
[0444]
[0445] 其中， 为作动回路的无阻尼自然频率， 为作动回路的阻尼比， 为作动器的位置信号的拉氏变换， 为远程控制单元的控制信号的拉氏变换， 为拉普拉斯算子；
[0446] 分离方法采用Z域到S域的逆变换分离出作动回路的无阻尼自然频率 和作动回路的阻尼比 。
[0447] 在本实施例中，采用Z域到S域的逆变换分离出作动回路的无阻尼自然频率 和作动回路的阻尼比 的具体过程如下：
[0448] 首先，求解作动回路的动态特性
[0449]
[0450] 对应的离散方程根Z；
[0451] 再将离散方程根Z转化为连续域根S，其中转化公式为：
[0452] ；
[0453] 其中，T为采样周期之间的采样间隔；
[0454] 最后，通过连续域根S即可求得作动回路的无阻尼自然频率 和作动回路的阻尼比 。
[0455] 上述作动回路的动态特性
[0456]
[0457] 对应的离散方程为：
[0458]
[0459] 其中， 为采样周期序号； 为需要辨识的系数； 为极点个数； 为零点个数； 为延迟拍数； 代表作动器的位置信号， 为第 个采样周期对应的作动器的位置信号， 为第 个采样周期对应的作动器的位置信号，以此类推；代表对应的远程控制单元的控制信号， 为第 个采样周期对应的远程控制单元的控制信号，以此类推， 为第 个采样周期对应的远程控制单
元的控制信号。
[0460] 步骤七、将分离出的作动回路的无阻尼自然频率、分离出的作动回路的阻尼比分别与出厂标定的作动回路的无阻尼自然频率、出厂标定的作动回路的阻尼比进行比对，得出作动回路的健康状况。当分离出的作动回路的无阻尼自然频率与出厂标定的作动回路的无阻尼自然频率之间的值变化超出40%或者当分离出的作动回路的阻尼比与出厂标定的作动回路的阻尼比之间的值变化超出40%时，得出作动回路故障。
[0461] 步骤八，当步骤五未得出电液伺服零位漂移超限、未得出电液伺服阀卡滞，且步骤七中得出作动回路故障时，则得出作动器卡滞。
[0462] 本实施例的方案在故障诊断过程中，优先考虑易损件电液伺服阀的故障健康情况，再判断整个动作回路的故障健康情况，进而定位作动回路产生故障的具体原因，能够实现故障隔离和快速定位分析，也有利于提前发现电液伺服阀的一些隐患故障。本实施例诊断方法可以为航空提前备货提供参考，节约维修换件时间。通过故障定位可为LRU返厂维修提供参考，可提高维修效率。同时，因其具有故障预测预警功能，可提现前发现比较隐蔽的早期故障，提前提醒更换相关部件，进而增强民用飞机运行的安全性。
[0463] 以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，应当指出的是，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
