航空發(fā)動機控制系統(tǒng)仿真接口適配器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及航空發(fā)動機控制系統(tǒng)仿真領(lǐng)域，尤其涉及一種航空發(fā)動機控制系統(tǒng)仿真接口適配器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著航空發(fā)動機控制技術(shù)的進步，控制變量不斷增加且控制功能要求不斷提高，這使得航空發(fā)動機控制系統(tǒng)的研制難度和周期增加。為了降低成本、縮短周期，在航空發(fā)動機控制系統(tǒng)的研制流程中，硬件在回路(HIL)仿真和半物理仿真成為開展控制系統(tǒng)設(shè)計和驗證的非常重要且高效的途徑。開展HIL仿真的重要環(huán)節(jié)是航空發(fā)動機控制系統(tǒng)仿真接口適配器，而開展半物理仿真試驗要在此基礎(chǔ)上增加燃油系統(tǒng)和動力系統(tǒng)等物理仿真接口設(shè)備。
[0003]航空發(fā)動機控制系統(tǒng)仿真接口設(shè)配器的用途包括:
[0004]1.在發(fā)動機研制初期用于驗證發(fā)動機總體調(diào)節(jié)計劃和航空發(fā)動機控制系統(tǒng)的總體設(shè)計方案；
[0005]2.在開發(fā)階段模擬控制系統(tǒng)的正常和故障信號接口，全面驗證和評估航空發(fā)動機控制系統(tǒng)的控制邏輯、控制算法、EEC的BIT和容錯能力；
[0006]3.作為航空發(fā)動機控制系統(tǒng)升級、維護過程中的一個輔助設(shè)備，提高升級、維護效率。總之，航空發(fā)動機控制系統(tǒng)仿真接口適配器是航空發(fā)動機控制系統(tǒng)設(shè)計體系中不可或缺的一個關(guān)鍵設(shè)備，是航空發(fā)動機控制系統(tǒng)研制進程的助推器，可極大地提高開發(fā)效率，降低研制成本和維護費用。
[0007]目前，美英等技術(shù)先進國家在航空發(fā)動機控制系統(tǒng)設(shè)計過程中均采用了功能先進的仿真接口設(shè)備，例如GE公司在20年前就已采用這樣的設(shè)備開發(fā)其航空發(fā)動機控制系統(tǒng)。經(jīng)過多年技術(shù)升級和經(jīng)驗積累，相關(guān)技術(shù)已經(jīng)比較成熟，最具代表性的是美國ADI公司、德國dSPACE公司、英國ADS2和加拿大的RT-LAB的實時仿真平臺。德國dSPACE公司的實時仿真系統(tǒng)Simulator在航空航天領(lǐng)域的復(fù)雜嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。dSPACE兼容MATLAB/SMULINK，可以直接生成代碼下載到實時仿真平臺上，其硬件平臺提供各類信號的仿真硬件板卡和相應(yīng)的實時接口軟件。此外，dSPACE仿真器還可以配置故障注入板卡用于傳感器和執(zhí)行機構(gòu)及其線路的故障模擬。美國ADI公司一直著眼于為汽車、核電站、航空航天、國防軍工等領(lǐng)域的用戶提供復(fù)雜控制系統(tǒng)的實時(半物理)仿真產(chǎn)品，其AD10、AD100仿真系統(tǒng)在二十世紀八十年代到九十年代就享譽實時仿真領(lǐng)域，并引領(lǐng)了后來AD RTS系統(tǒng)、RTX系統(tǒng)的發(fā)展。ADI提供全新的仿真平臺和友好的仿真環(huán)境，用于進行快速原理樣機、各種嵌入系統(tǒng)的設(shè)計和仿真試驗以及大型系統(tǒng)的地面集成測試與仿真。ADI的RTX和RTS系列仿真平臺具有一系列獨特的功能特點:具有故障注入功能的中斷板、具有自檢及自校能力并可快速重構(gòu)的接口面板。
[0008]雖然國內(nèi)有關(guān)廠所先后以極其昂貴的價格引進了德國dSPACE和美國ADI等公司的實時仿真平臺，但這些產(chǎn)品的內(nèi)部實現(xiàn)機制不開放，部分信號的接口模擬逼真度不理想，難以直接使用，效果不佳。因此，急需研制一種多功能、高性能、可擴展、易集成的具有開放式、模塊化體系架構(gòu)的航空發(fā)動機控制系統(tǒng)仿真接口適配器。
【實用新型內(nèi)容】
[0009]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是針對【背景技術(shù)】中所涉及的缺陷，提供一種航空發(fā)動機控制系統(tǒng)仿真接口適配器，解決了現(xiàn)有設(shè)備因接口不透明、功能不完善和擴展受限而導(dǎo)致的使用困難問題，極大地提高了仿真試驗效率。
[0010]本實用新型為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案:
[0011]航空發(fā)動機控制系統(tǒng)仿真接口適配器，包含接口配置管理與信號監(jiān)控模塊、信號轉(zhuǎn)接模塊、信號配線模塊、故障注入模塊、信號調(diào)理模塊和接口控制模塊；
[0012]所述接口配置管理與信號監(jiān)控模塊分別和信號轉(zhuǎn)接模塊、信號配線模塊、故障注入模塊、信號調(diào)理模塊、接口控制模塊相連；所述信號轉(zhuǎn)接模塊、信號配線模塊、故障注入模塊、信號調(diào)理模塊、接口控制模塊依次相連；所述信號轉(zhuǎn)接模塊與航空發(fā)動機控制系統(tǒng)的控制器相連；所述接口控制模塊和外部的實時硬件平臺相連；
[0013]所述接口配置管理與信號監(jiān)控模塊用于控制信號輸入/輸出、信號標定、通信、故障注入和實驗數(shù)據(jù)記錄管理；
[0014]所述信號轉(zhuǎn)接模塊用于集中提供航空發(fā)動機控制系統(tǒng)控制器輸入輸出信號的分類接口 ；
[0015]所述信號配線模塊用于提供航空發(fā)動機控制系統(tǒng)控制器輸入輸出信號的配線面板，以手動接通、斷開、搭接信號通路；
[0016]所述故障注入模塊用于模擬并注入傳感器和執(zhí)行機構(gòu)信號接口的短路、斷路、搭接硬線故障；
[0017]所述信號調(diào)理模塊用于將從故障注入模塊輸出的電流、脈寬和開關(guān)信號調(diào)理成接口控制模塊可以采集的標準電壓、脈沖和電平信號，同時將接口控制模塊輸出的標準電壓、頻率信號轉(zhuǎn)化成航空發(fā)動機控制系統(tǒng)控制器對應(yīng)的傳感器模擬信號；
[0018]所述接口控制模塊用于采集信號調(diào)理模塊進入的標準電壓、脈沖、電平信號輸出至外部實時硬件平臺，同時將外部實時硬件平臺反饋的信號轉(zhuǎn)換成輸出標準電壓、頻率信號傳遞給信號調(diào)理模塊。
[0019]作為本實用新型航空發(fā)動機控制系統(tǒng)仿真接口適配器進一步的優(yōu)化方案，所述接口控制模塊采用板卡，且該板卡基于PCI總線、PXI總線或VXI總線中的一種。
[0020]作為本實用新型航空發(fā)動機控制系統(tǒng)仿真接口適配器進一步的優(yōu)化方案，所述接口控制模塊采用基于SPI總線的CR1模塊架構(gòu)。
[0021]作為本實用新型航空發(fā)動機控制系統(tǒng)仿真接口適配器進一步的優(yōu)化方案，所述接口控制模塊采用獨立的嵌入式系統(tǒng)模塊。
[0022]作為本實用新型航空發(fā)動機控制系統(tǒng)仿真接口適配器進一步的優(yōu)化方案，所述航空發(fā)動機控制系統(tǒng)的控制器為發(fā)動機電子控制器。
[0023]作為本實用新型航空發(fā)動機控制系統(tǒng)仿真接口適配器進一步的優(yōu)化方案，所述航空發(fā)動機控制系統(tǒng)的控制器為快速原型控制器。
[0024]本實用新型采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果:
[0025]1.本實用新型采用一種開放式、模塊化的仿真接口設(shè)備總體架構(gòu)，將接口控制、信號調(diào)理、故障注入、信號配線和信號轉(zhuǎn)接模塊相互分離，而且每個單元也采取群組化、模塊化組織結(jié)構(gòu)。這種架構(gòu)既適用于控制器的HIL仿真試驗，也適用于控制系統(tǒng)的半物理仿真試驗，只需在配線單元的面板上通過短路塊選擇“HIL/半物理”進行簡單配置即可，極大地提高了系統(tǒng)的靈活性；由于接口控制模塊與信號調(diào)理模塊的相互分離，接口控制模塊允許采用基于PCI總線、PXI總線、VXI總線的板卡或者是基于SPI總線的CR1模塊架構(gòu)，甚至可以采用獨立的嵌入式系統(tǒng)模塊，開放性極好，便于升級。而信號調(diào)理、故障注入、信號配線和信號轉(zhuǎn)接模塊的相互分離，又使仿真接口的擴展配置更加靈活，使用維護也更加方便；
[0026]2.本實用新型包含接口模擬功能，并在實時硬件平臺嵌入傳感器和執(zhí)行機構(gòu)模型，實現(xiàn)發(fā)動機控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速信號、溫度信號和壓力信號以及電液伺服閥執(zhí)行機構(gòu)的高精度模擬；
[0027]3.本實用新型模擬器的程序采用多線程并行架構(gòu)，發(fā)動機模型嵌入實時平臺，實時性達到ms級，小回路的模型運行于快速平臺，也可以直接運行于FPGA平臺，達到微秒級實時精度，從而保證了系統(tǒng)的實時性。
【附圖說明】
[0028]圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖對本實用新型的技術(shù)方案做進一步的詳細說明:
[0030]如圖1所示，本實用新型公開了一種航空發(fā)動機控制系統(tǒng)仿真接口適配器，包含接口配置管理與信號監(jiān)控模塊、信號轉(zhuǎn)接模塊、信號配線模塊、故障注入模塊、信號調(diào)理模塊和接口控制模塊；
[0031]所述接口配置管理與信號監(jiān)控模塊分別和信號轉(zhuǎn)接模塊、信號配線模塊、故障注入模塊、信號調(diào)理模塊、接口控制模塊相連；所述信號轉(zhuǎn)接模塊、信號配線模塊、故障注入模塊、信號調(diào)理模塊、接口控制模塊依次相連；所述信號轉(zhuǎn)接模塊與航空發(fā)動機控制系統(tǒng)的控制器相連；所述接口控制模塊和外部的實時硬件平臺相連；
[0032]所述接口配置管理與信號監(jiān)控模塊用于控制信號輸入/輸出、信號標定、通信、故障注入和實驗數(shù)據(jù)記錄管理；
[0033]所述信號轉(zhuǎn)接模塊用于集中提供航空發(fā)動機控制系統(tǒng)控制器輸入輸出信號的分類接口 ；
[0034]所述信號配線模塊用于提供航空發(fā)動機控制系統(tǒng)控制器輸入輸出信號的配線面板，以手動接通、斷開、搭接信號通路；
[0035]所述故障注入模塊用于模擬并注入傳感器和執(zhí)行機構(gòu)信號接