CN103970024A

CN103970024A - 一种大型飞机液压系统实时仿真系统

Info

Publication number: CN103970024A
Application number: CN201310034127.0A
Authority: CN
Inventors: 杜朝阳; 李昆; 刘红
Original assignee: Xian Aircraft Design and Research Institute of AVIC
Current assignee: Xian Aircraft Design and Research Institute of AVIC
Priority date: 2013-01-29
Filing date: 2013-01-29
Publication date: 2014-08-06

Abstract

本发明属于航空机载液压系统设计技术领域，涉及对飞机液压系统提出一种实时仿真系统。本系统包括通过实时以太网连接的人机界面交互子系统和实时解算子系统。该系统基于分布式并行仿真、系统集成建模等先进的设计理念，快速实现控制系统快速原型化，旨在建立多系统的综合数字模型，力图全面反映机械、液压、电气、电子、控制多学科子系统之间的复杂集成和耦合，洞察和获取系统更多的品质。

Description

一种大型飞机液压系统实时仿真系统

技术领域

本发明属于航空机载液压系统设计技术领域，涉及对飞机液压系统提出一种实时仿真系统。

背景技术

目前，我国机载液压系统设计还处于传统的设计—验证—设计改进—验证的过程，大量的验证需要通过铁鸟实物台来验证，主要存在以下问题：

1）在设计初期由于技术手段和设计方法的欠缺，无法保证系统设计合理性和正确性，无法与其余关联系统进行各种参数匹配，无法快速的对设计缺陷进行验证和改进；

2）设计验证阶段通过“铁鸟试验”等各类物理试验进行系统综合和整机性能验证，一方面成本较高，另一方面由于系统集成是在整个研发阶段的中后期进行，发现问题则需要进行排查并修改设计方案，甚至推倒原有方案，引起较多的重复工作；

经专利检索，最接近的发明专利为飞机反推力液压装置半实物实时仿真系统，编号为200910029413.1。

该发明不需要制备液压装置，即可对飞机反推力液压装置进行各种参数的测试与分析；大大缩短反推力液压装置的研制分析周期，提高设计质量，减少测试费用。但是，相对于大型飞机的机载液压系统而言，飞机反推力液压装置功能和原理相对独立且简单。而实时仿真系统的构建与被仿真系统的复杂度有直接的关系。因此，采用该专利的实时仿真系统的构建模式不能很好的解决复杂多余度飞机液压系统实时仿真的需求。

发明内容

本发明的目的：

本发明针对以上问题，通过一定方法和策略在设计初期快速建立复杂多余度飞机液压实时仿真系统，使系统方案验证从物理试验转至虚拟试验，在集成的虚拟环境下分析、评价和优化系统级性能和设计方案，并考虑子系统和其余子系统乃至大系统之间的耦合作用。

本发明的技术方案：

一种大型飞机液压系统实时仿真系统，包括通过实时以太网连接的人机界面交互子系统和实时解算子系统，其中，

人机界面交互子系统包括控制面板、多功能显示模块、故障监控模块、模型加载模块和信号配置模块；

控制面板，用于模拟飞机液压系统人工控制功能；

多功能显示模块，用于模拟与飞机液压系统有关的飞机座舱效应，包括液压系统简图页、告警、记录功能；

故障监控模块，用于模拟飞机液压系统故障维护及状态检测；

模型加载模块，用于配置管理液压系统模型，以及从液压系统模型库中下载模型至实时解算子系统；

信号配置模块；用于对实时解算子系统中的液压系统模型进行信号配置；

实时解算子系统包括人机接口模块、液压执行机构模型、液压能源系统模型以及模型数据处理模块；

人机接口模块，用于人机界面交互子系统与液压执行机构模型、液压能源系统模型以及模型数据处理模块进行通信；

液压执行机构模型，用于模拟飞机液压系统各用户子系统，模拟的飞机液压系统各用户子系统包括飞控系统、起落架控制系统、舱门控制系统、应急电机；

液压能源系统模型，用于模拟飞机液压能源系统，模拟的飞机液压能源系统包括发动机驱动泵、交流电动泵、油箱、油滤、安全阀、优先阀、管路、吸油通断阀、功率转换装置以及冲压空气涡轮；

数据处理模块，用于模拟飞机液压监控系统，模拟的飞机液压监控系统包括数据采集计算机、综合处理计算机以及电气负载装置。

本发明的优点：

该系统基于分布式并行仿真、系统集成建模等先进的设计理念，快速实现控制系统快速原型化，旨在建立多系统的综合数字模型，力图全面反映机械、液压、电气、电子、控制多学科子系统之间的复杂集成和耦合，洞察和获取系统更多的品质。

该系统是一种通用化的液压系统集成测试环境，为外场、在研、预研等型号飞机的机载液压系统开发提供必要的设计手段，完善设计流程、改善设计环境、优化系统设计，避免不必要的重复设计工作，减少物理试验的次数和成本；可以应用于飞机级机、电、液大系统虚拟样机的开发，是一种飞机多系统协同交互系统，能有效研究分析多系统之间的耦合作用，尤其在集成各分系统，评估和验证整体性能，进行整体的调优和匹配，同时进行可靠性和故障模式分析等方面提供了良好的可供设计和评价方法。

该技术属于军、民通用技术，不仅可以在航空领域，只要是大型复杂设备的开发与研制中均可使用，不仅能促进和提高系统在设计与试验阶段的工作效率和质量外，还能为设备的维护使用提供故障维护和检测手段。

附图说明

图1为本发明的原理框图。

具体实施方式

本发明的一种实施方式如下：

该系统采用AMESim、Matlab、labview及c语言建立了飞机液压系统整机模型，应用基于分布式并行仿真技术，完成了“人在环”的全数字及半物理仿真系统；该系统硬件采用为酷睿双核3.0GHZ台式计算机3台以及高速专用计算机HILBOX一台；网络采用了实时以太网和IEEE1394。

控制面板，用于模拟飞机液压系统人工控制功能；采用物理开关模拟液压控制板功能，通过数据采集卡与人机界面子系统进行交互。

多功能显示模块，用于模拟与飞机液压系统有关的飞机座舱效应，包括液压系统简图页、告警、记录功能；该模块包括通过LAbview及C生成模拟与飞机液压系统有关的飞机座舱效应显示系统，以及用于显示的液晶显示屏；其中，模拟飞机座舱效应显示系统通过AFDX总线及429总线与人机接口模块进行交互；

故障监控模块，用于模拟飞机与液压系统有关的飞机液压系统故障维护及状态检测；采用LAbview及C建立故障监控模块，通过AFDX总线实现与人机接口模块交互；

模型加载模块，用于配置管理液压系统模型，以及从液压系统模型库中下载模型至实时解算子系统；采用C语言建立模型加载模块，模型加载模块通过实时以太网与人机接口模块交互；，模型加载模块通过串口与液压系统模型库交互；

信号配置模块；用于对实时解算子系统中的液压系统模型进行信号配置；采用C语言建立信号配置模块，信号配置模块通过实时以太网与人机接口模块交互；配置的信号包括：控制显示信号、模型与模型的约束关系信号。

人机接口模块，用于人机界面交互子系统与液压执行机构模型、液压能源系统模型以及模型数据处理模块进行通信；通过专用的API函数库与人机界面交互子系统进行交联，同时也具备与物理设备实时交互的能力，包括AFDX总线、429总线、1553B、CAN。

上述的液压系统模型库建立如下，分为以下两类：

第一类，对于飞机液压系统各用户子系统和液压能源系统，首先利用AEMSim建立系统非实时仿真模型，再将已完成的系统非实时仿真模型进行模型置信度试验，即仿真模型与物理试验系统的对比试验，最终确定可以替代物理试验系统的系统非实时仿真模型；

第二类，对于飞机液压监控系统，利用Matlab建立用于数据处理的液压系统数据处理仿真模型。

完成以上两类模型的建立，液压系统模型库即可建立完成。

通过模型加载模块将液压系统模型库的系统非实时仿真模型和数据处理仿真模型下载至实时解算子系统，紧接着进行模型集成调试，调试具体步骤如下：

a）系统非实时仿真模型调试遵循如下步骤：

1）在变步长仿真结果正确的前提下选择合适的步长，选定解法器，使用定步长仿真；

确定可以替代物理试验系统的系统非实时仿真模型之后，按照如图3所示的模型实时化缩减技术，对确立的系统非实时仿真模型进行实时化修改。采用设计分析方法进行参数识别，降低了模型的复杂程度，而且缩减后的系统仍有足够的精度来仿真被研究对象，减少了仿真运行的时间。

2）在定步长仿真结果正确的前提下添加SIMULINK接口，并且生成所需的文件；

3）在SIMULINK下进行变步长仿真，对比和AMESIM环境下的运行结果；

4）在变步长仿真结果一致的前提下，选择和先前AMESIM所选相同的参数进行定步长仿真。

由于系统非实时仿真模型的特殊性，必须使用较小的步长运算才能得到正确的结果，而步长越小，对硬件的要求也就越高。

b）数据处理仿真模型调试步骤如下：

1）在变步长下运行模型，保证仿真模型与物理部件或系统的参数一致；

2)在变步长仿真结果一致的前提下，选择合适的步长，进行定步长仿真；

3）在定步长仿真结果一致的前提下，进行模型的实时化修改，进行定步长仿真。

c)综合调试：利用人机界面交互子系统中信号配置模块将液压能源系统模型、液压执行机构模型及数据处理模型进行接口信号配置交联，按照预先设定的各种工况对系统功能、性能进行逐一的测试，同时按模型实时化缩减技术进行优化设计，寻找出大系统模型中的实时化影响因子，直至与物理系统所需的各种参数要求一致，到此一套液压系统实时仿真系统即可完成。

Claims

1.一种大型飞机液压系统实时仿真系统，其特征是，本系统包括通过实时以太网连接的人机界面交互子系统和实时解算子系统，

其中，人机界面交互子系统包括控制面板、多功能显示模块、故障监控模块、模型加载模块和信号配置模块；控制面板，用于模拟飞机液压系统人工控制功能；多功能显示模块，用于模拟与飞机液压系统有关的飞机座舱效应；故障监控模块，用于模拟飞机液压系统故障维护及状态检测；模型加载模块，用于配置管理液压系统模型，以及从液压系统模型库中下载模型至实时解算子系统；信号配置模块；用于对实时解算子系统中的液压系统模型进行信号配置；

实时解算子系统包括人机接口模块、液压执行机构模型、液压能源系统模型以及模型数据处理模块；人机接口模块，用于人机界面交互子系统与液压执行机构模型、液压能源系统模型以及模型数据处理模块进行通信；液压执行机构模型，用于模拟飞机液压系统各用户子系统；液压能源系统模型，用于模拟飞机液压能源系统，；数据处理模块，用于模拟飞机液压监控系统。

2.如权利要求1所述的一种大型飞机液压系统实时仿真系统，其特征是，所述模拟的飞机座舱效应包括：液压系统简图页、告警、记录功能。

3.如权利要求1所述的一种大型飞机液压系统实时仿真系统，其特征是，所述的模拟的飞机液压系统各用户子系统包括：飞控系统、起落架控制系统、舱门控制系统、应急电机。

4.如权利要求1所述的一种大型飞机液压系统实时仿真系统，其特征是，所述的模拟的飞机液压能源系统包括：发动机驱动泵、交流电动泵、油箱、油滤、安全阀、优先阀、管路、吸油通断阀、功率转换装置以及冲压空气涡轮。

5.如权利要求1所述的一种大型飞机液压系统实时仿真系统，其特征是，所述的模拟的飞机液压监控系统包括：数据采集计算机、综合处理计算机以及电气负载装置。

6.如权利要求1所述的一种大型飞机液压系统实时仿真系统，其特征是，所述的多功能显示模块包括通过LAbview及C生成模拟与飞机液压系统有关的飞机座舱效应显示系统，以及用于显示的液晶显示屏。

7.如权利要求1所述的一种大型飞机液压系统实时仿真系统，其特征是，所述的人机接口模块通过专用的API函数库与人机界面交互子系统进行交联，同时也具备与物理设备实时交互的能力，包括AFDX总线、429总线、1553B、CAN。