基于CPN的飞控系统俯仰通道安全性研究

论文摘要

系统安全性分析的应用对提高飞机的安全性和解决适航审定中的安全性要求问题都是十分必要的。在适航符合性验证程序中,安全性分析贯穿始终。概念设计与初步设计阶段,通过安全性分析用来确定导致FHA中故障状态的原因事件,并进行安全性要求的分配。详细设计阶段,安全性分析根据各零部件的可靠性数据,来计算FHA中故障状态的发生概率,判断其是否符合最大允许发生概率的要求。本文阐明了系统安全性分析的概念,对系统安全性分析的过程进行了研究,总结了分析过程中的三个步骤(功能危险性评估、初步的系统安全性评估和系统安全性评估)的各自特点以及在分析时它们之间的联系。针对系统复杂程度的提高,分析了传统安全性分析方法存在的缺陷。据此,论文研究了在经典Petri网及其扩展模型的基础上进行描述和分析的思路,提出采用着色Petri网(CPN)建立系统安全性模型的方法。以飞机飞行控制系统俯仰通道为例,选取了一个Ⅰ级失效状态,应用着色Petri网方法进行建模,利用CPN Tools仿真平台对所建模型进行仿真分析,得到仿真数值解。通过与传统方法的比较,克服了传统分析方法的静态分析特性的缺点,仿真结果验证了着色Petri网模型对飞机的系统安全性分析的适用性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的研究思路及结构安排
• 第二章 系统安全性分析
• 2.1 安全性与可靠性
• 2.2 系统安全性分析的有关指标
• 2.3 系统安全性评估流程
• 2.4 系统安全性分析方法及其应用
• 第三章 Petri网理论基础
• 3.1 经典Petri网的基本理论
• 3.1.1 Petri网定义及图形表示
• 3.1.2 变迁的触发规则
• 3.1.3 Petri网的基本性质
• 3.2 着色Petri网理论基础及分析
• 3.2.1 非递阶着色Petri网
• 3.2.2 递阶着色Petri网
• 3.3 CPN与故障树
• 3.4 Petri网模型在系统安全性分析中的应用
• 第四章 飞控系统的安全性分析及建模
• 4.1 飞行控制系统
• 4.2 飞行控制系统俯仰通道
• 4.3 功能危险性分析
• 4.4 飞控系统俯仰通道的安全性建模
• 第五章 着色Petri网的仿真和分析
• 5.1 着色Petri网的仿真与分析概述
• 5.1.1 仿真（Simulation）
• 5.1.2 发生图（Occurrence Graph）
• 5.1.3 库所和变迁不变量
• 5.1.4 其它分析方法
• 5.2 着色Petri网建模、仿真及分析工具CPN Tools
• 5.2.1 CPN编辑器
• 5.2.2 CPN仿真器
• 5.2.3 发生图工具
• 5.3 飞控系统的建模仿真与分析
• 5.3.1 仿真流程
• 5.3.2 基本部件（基本事件）的仿真结果演示
• 5.3.3 飞控系统的仿真结果与分析
• 5.4 总结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的学术论文