一种基于有限状态机的氧气调节器控制器控制方法与流程

1.本技术涉及机载氧气调节器控制的领域，尤其是涉及一种基于有限状态机的氧气调节器控制器控制方法。


背景技术：

2.氧气调节器控制器应用于飞机供氧系统。飞机供氧系统用于向飞行员高空飞行提供连续供氧，防止低气压效应对飞行员造成危害。飞机供氧系统主要由飞机氧源、氧气调节器控制器和呼吸腔组成。
3.氧气调节器控制器作为飞机供氧系统的核心智能控制部件，通过识别外部环境信息、飞机不同飞行状态和飞行员的呼吸状态，通过控制计算来调节呼吸腔的压力变化，保证飞行员的正常呼吸。
4.现有的设计方法，在不同工况下控制策略的耦合性较强，控制状态的独立性较差。氧气调节器控制器在整个供氧控制系统中占据关键地位，控制策略的设计在整个控制系统的设计中占据主导地位，好的设计方法对于提高控制系统的可靠性和精确度至关重要。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本技术提供一种基于有限状态机的氧气调节器控制器控制方法，解决了现有技术中的问题，提高了控制模块间的独立性，能够有效应对不同工况下的控制需求。
6.本技术提供的一种基于有限状态机的氧气调节器控制器控制方法采用如下的技术方案：
7.一种基于有限状态机的氧气调节器控制器控制方法，所述方法应用于供氧调节器控制系统，所述方法包括：设计两级有限状态机，在一级状态下，再进行二级状态判断，在每一种状态下，设计对应的控制策略。
8.可选的，定义一级控制状态，设计一级状态之间的状态转换条件。
9.可选的，定义一级状态切换的优先级顺序，在进入条件同时满足时，根据优先级顺序进行选择。
10.可选的，定义二级控制状态，并在一级状态下，对二级状态进行分配。
11.可选的，在二级状态下，设计各个状态之间的切换逻辑。
12.可选的，在二级状态切换逻辑设计时，采用滞环设计，用于减少在临界区域状态之间的频繁切换。
13.可选的，在每一种控制状态下，设计对应的控制策略，根据状态对控制过程进行离散化设计。
14.可选的，在不同控制状态下，独立控制目标的计算。
15.综上所述，本技术包括以下有益技术效果：
16.本技术方法将供氧控制系统的整个工作过程根据不同工况划分为独立的状态，在每个状态下，设计对应的控制策略，通过在不同的控制状态下，选择不同的控制策略，进行
控制计算，将最终控制输出到控制执行机构，实现目标控制。采用基于有限状态机的控制方法，按照分级的设计思想，通过定义不同控制状态，减少了不同工况下控制策略的耦合性，提高了控制模块间的独立性，能够有效应对不同工况下的控制需求，具有很好的实用价值。
附图说明
17.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
18.图1为本技术提供的一级状态准换图；
19.图2为本技术提供的二级状态准换图。
具体实施方式
20.下面结合附图对本技术实施例进行详细描述。
21.以下通过特定的具体实例说明本技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本技术的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。本技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本技术的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
22.要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本技术，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
23.还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本技术的基本构想，图式中仅显示与本技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
24.另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。
25.本技术实施例提供一种基于有限状态机的氧气调节器控制器控制方法。
26.一种基于有限状态机的氧气调节器控制器控制方法，所述方法应用于供氧调节器控制系统，所述方法包括：设计两级有限状态机，在一级状态下，再进行二级状态判断，在每一种状态下，设计对应的控制策略。
27.定义一级控制状态，设计一级状态之间的状态转换条件。
28.如图1所示，一级控制状态包括正常控制状态、测试控制状态、弹射控制状态、降级
控制状态和迅速减压控制状态。
29.各状态的转换条件为：1.1控制器加电后，完成初始化之后，进入连续工作模式，在连续工作模式下，进行一级控制状态选择，默认状态为正常控制状态。
30.1.2在正常控制状态下，如果首先检测到座舱压力在t1时间内下降超过limithpr1，满足迅速减压控制状态进入条件，此时应该退出正常控制状态，进入迅速减压控制状态。
31.1.3在正常控制状态下，如果首先检测到外部测试开关接地，并且轮载信号在地面，满足测试状控制态进入条件，此时应退出正常控制状态，进入测试控制状态。
32.1.4在正常控制状态下，如果首先检测到降级开关有效，或发生能够导致自动降级的关键故障，满足降级控制状态进入条件，此时应退出正常控制状态，进入降级控制状态。
33.1.5在正常控制状态下，如果首先检测到弹射开关断开，同时发生与飞机通信中断故障，满足弹射控制状态进入条件，此时应退出正常控制状态，进入弹射控制状态。
34.1.6在迅速减压控制状态下，1.5秒后，自动退出迅速减压控制状态，进入正常控制状态。
35.1.7在弹射控制状态下，如果首先检测到降级开关有效，或发生能够导致自动降级的关键故障，满足降级控制状态进入条件，此时应退出弹射控制状态，进入降级控制状态。
36.1.8在降级控制状态下，如果检测到降级开关无效，并且自动降级故障恢复，满足退出降级状态条件，应退出降级控制状态，进入正常控制状态。
37.1.9在测试控制状态下，如果首先检测到退出测试命令有效，或测试完成，满足退出测试控制状态条件，应退出测试控制状态，进入正常控制状态。
38.1.10在测试控制状态下，如果首先检测到降级开关有效，或发生能够导致自动降级的关键故障，满足降级控制状态进入条件，此时应退出测试控制状态，进入降级控制状态。
39.定义一级状态切换的优先级顺序，在进入条件同时满足时，根据优先级顺序进行选择，保证状态的唯一性和确定性。
40.具体的，如果同时有2个及以上条件同时满足，应按照表1优先级顺序进行一级工作状态模式选择。
41.表1优先级选择表
42.序号优先级备注11迅速减压进入条件22降级进入条件33弹射进入条件44测试进入条件55正常进入条件
43.定义二级控制状态，并在一级状态下，对二级状态进行分配。
44.在二级状态下，设计各个状态之间的切换逻辑。
45.如图2所示，二级状态包括非加压控制状态、安全余压控制状态和高空加压控制状态。
46.个状态之间的切换逻辑如下：
47.2.1初始状态为非加压控制状态，在非加压控制状态下，如果检测到高度压力《limithpr2或安全余压开关有效，满足进入安全余压控制状态条件，则退出非加压控制状态，进入安全余压控制状态。
48.2.2在安全余压控制状态状态下，如果检测到高度压力》limithpr2+
△
p1且安全余压开关无效，满足非加压控制状态进入条件，则退出安全余压控制状态，进入非加压控制状态。
49.2.3在安全余压控制状态下，如果检测到高度压力《limithpr3，满足高空加压控制状态进入条件，则退出安全余压控制状态，进入高空加压控制状态。
50.2.4在高空加压控制状态下，如果检测到高度压力》limithpr3+
△
p2，满足安全余压控制状态进入条件，则退出高空加压控制状态，进入安全余压控制状态。
51.在二级状态切换逻辑设计时，采用滞环设计，用于减少在临界区域状态之间的频繁切换。
52.在每一种控制状态下，设计对应的控制策略，根据状态对控制过程进行离散化设计。
53.在不同控制状态下，独立控制目标的计算，提高系统的模块化设计。
54.在一个实施例中，一种基于有限状态机的氧气调节器控制方法，实现供氧控制计算功能。
55.其具体实施步骤如下：
56.1.控制器首先根据外部环境输入进行一级控制模式选择，在一级控制模式之间进行状态切换。设计t1为1.5秒，limithpr1为15kpa。
57.2.在一级控制状态下，进行二级控制模式选择，作为最终的控制模式。
58.2.1在一级控制状态中，在正常控制状态和弹射控制状态下，进入二级控制状态选择，控制器将最终选择的二级状态作为最终状态。其中,limithpr2为52.6kpa,limithpr3为19.6kpa,
△
p1为2.4kpa，
△
p2为1.3kpa。
59.2.2在一级控制状态中，在迅速减压控制状态、降级控制状态和测试控制状态下，不响应二级控制状态机，选择一级状态作为最终状态。
60.3.在最终选择的每一种控制状态下，设计对应的控制目标，然后执行对应的控制策略，控制目标的设计根据高度和过载进行综合判断，选择对人体呼吸影响较大者作为最终控制目标。
61.3.1在非加压控制状态下，控制目标设计为tar1，按照非加压控制规律执行控制逻辑解算，tar1根据过载值进行计算。
62.根据过载值进行计算。
63.3.2在安全余压控制状态下，控制目标设计为tar2，按照安全余压控制规律执行控制逻辑解算，此时高度对应的供氧目标值为0.35kpa，选择过载值对应的供氧目标和高度对应的供氧目标的较大者作为最终tar2。
64.3.3在高空加压控制状态下，根据飞行高度计算控制目标tar3，按照高空加压控制规律执行控制逻辑解算,tar3根据高度压力和过载值综合表决计算，取两者中的大值作为最终结果。
65.3.4如果一级状态为正常控制状态，则按照3.1,3.2和3.3计算方法进行控制目标
计算，如果一级状态为弹射控制状态，则tar1＝0,tar2＝0.35,tar3根据高度压力进行计算。
66.3.5在迅速减压控制状态下，控制目标设计为tar4，按照迅速减压控制规律执行控制逻辑解算，tar4根据过载值进行计算。
67.3.6在降级控制状态下，电子控制器不进行控制计算，将控制权交由机械机构执行。
68.3.7在测试控制状态下，控制目标根据维护设备的维护测试指令进行选择计算，按照预定控制规律执行控制逻辑解算。
69.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种基于有限状态机的氧气调节器控制器控制方法，其特征在于，所述方法应用于供氧调节器控制系统，所述方法包括：设计两级有限状态机，在一级状态下，再进行二级状态判断，在每一种状态下，设计对应的控制策略。2.根据权利要求1所述的基于有限状态机的氧气调节器控制器控制方法，其特征在于，定义一级控制状态，设计一级状态之间的状态转换条件。3.根据权利要求2所述的基于有限状态机的氧气调节器控制器控制方法，其特征在于，定义一级状态切换的优先级顺序，在进入条件同时满足时，根据优先级顺序进行选择。4.根据权利要求1所述的基于有限状态机的氧气调节器控制器控制方法，其特征在于，定义二级控制状态，并在一级状态下，对二级状态进行分配。5.根据权利要求4述的基于有限状态机的氧气调节器控制器控制方法，其特征在于，在二级状态下，设计各个状态之间的切换逻辑。6.根据权利要求5所述的基于有限状态机的氧气调节器控制器控制方法，其特征在于，在二级状态切换逻辑设计时，采用滞环设计，用于减少在临界区域状态之间的频繁切换。7.根据权利要求1所述的基于有限状态机的氧气调节器控制器控制方法，其特征在于，在每一种控制状态下，设计对应的控制策略，根据状态对控制过程进行离散化设计。8.根据权利要求7所述的基于有限状态机的氧气调节器控制器控制方法，其特征在于，在不同控制状态下，独立控制目标的计算。

技术总结
本申请提供了一种基于有限状态机的氧气调节器控制器控制方法，属于机载氧气调节器控制技术领域，具体设计了两级控制状态，控制器能够根据调节器外部条件，进行一级控制状态选择，在每一种一级状态下，控制器又能够根据当前所处环境进行二级控制状态选择，在每一种状态下，定义对应的控制策略。通过这种方法，将控制系统的整个运行过程按照不同状态进行离散化处理，这种控制方法提高了控制系统的可扩展性，可以满足不同工况下的控制需求。同时，采用分级的状态选择方式，降低了控制策略的复杂性，提高了控制过程的模块化设计和控制系统的可靠性。可靠性。可靠性。


技术研发人员：葛洋洋 谭琪璘 高博 黄浩 王超 阎景波
受保护的技术使用者：中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所
技术研发日：2022.12.15
技术公布日：2023/7/11