CN104656471B - 一种用于剖面试验的控制指令产生装置及其方法 - Google Patents

Abstract

一种用于剖面试验的控制指令产生装置及其方法，属于工程试验技术领域。其特征在于由运行控制单元[1]、横向指令信号产生单元[2]、航向指令信号产生单元[3]、纵向指令信号产生单元[4]、辅助指令信号产生单元[5]、系统控制总线[6]、信号定义与参数设置应用单元[7]、横向指令信号接口适配器[8]、航向指令信号接口适配器[9]、纵向指令信号接口适配器[10]、辅助指令信号接口适配器[11]组成，运行控制单元[1]执行信号定义与参数设置应用单元[7]的命令，并通过系统控制总线[6]对各指令信号产生单元进行控制操作，与各指令信号产生单元对应的各指令信号接口适配器实现各指令信号产生单元与外部设备的连接。本发明具有功能完整，结构合理、紧凑，工作可靠，使用方便，具有良好的可扩展性和剪裁性。

Description

一种用于剖面试验的控制指令产生装置及其方法

所属技术领域

本发明涉及一种用于剖面试验的控制指令产生装置及其方法，特别是涉及由计算机控制的接口模板实现剖面试验的控制指令产生装置及其方法，属于工程试验技术领域。

背景技术

飞行控制系统、液压系统、起落架控制系统等功能系统在现代飞机中起着越来越重要，特别是随着电传飞行控制技术和主动控制技术的应用，飞行控制系统已经达到了与飞机的总体、气动、结构和强度同等重要与同步设计的地步，同时，飞行控制系统的安全性和可靠性对于飞机的安全更加重要，为了保证飞行控制等系统的安全性和可靠性，重要途径就是在设计的基础上开展验证试验，在验证试验中如何对飞行控制系统、液压系统、起落架控制系统等功能系统进行全面、详细、深入的验证，成为对这些功能系统试验验证考核及评价的关键，试验验证中不可缺少的关键内容就是进行上述系统综合在一起的剖面试验。

在剖面试验中，需要按照飞机所执行的任务，如起飞、巡航、着陆等一系列动作，模拟驾驶员进行不同的操作，以控制飞行控制系统、液压系统、起落架控制系统等功能系统的执行。上述操作需要按照执行任务的要求重复多次，传统的试验中，往往针对单一功能的操作，设计专门的执行机构模拟驾驶员的操作，存在以下缺点：

（1）需要针对每个单一功能的操作，设计的专用执行机构来模拟驾驶员的操作，对于众多不同功能的操作，则要设计多个专用执行机构来模拟驾驶员的操作，造成很高的成本、研制加工周期长；

（2）专用的执行机构是针对特定的功能操作研制生产的，不具有通用性，特定的功能操作状态发生变化后，需要进行适应性更改，甚至是重新加工、生产；

（3）对于众多不同功能的复杂操作，很难设计出复杂操作的执行执行机构来模拟驾驶员的操作；

（4）专用的执行机构需要有相应的安装空间，使用不方便；

（5）多个专用的执行机构之间难以进行统一的协调。

随着计算机技术、信息技术、测试技术和控制技术的发展，对数字电传飞行控制系统、液压系统、起落架控制系统等功能系统的剖面试验中采用更为有效的方法和装置，以降低成本，提高试验效率，缩短试验周期创造了条件。

发明内容

本发明的目的是设计一种用于剖面试验的控制指令产生装置及其方法，通过由计算机控制的接口模板实现剖面试验的控制指令产生，模拟驾驶员的操作。

本发明的技术方案是:一种剖面试验的控制指令产生装置由运行控制单元、横向指令信号产生单元、航向指令信号产生单元、纵向指令信号产生单元、辅助指令信号产生单元、系统控制总线、信号定义与参数设置应用单元、横向指令信号接口适配器、航向指令信号接口适配器、纵向指令信号接口适配器、辅助指令信号接口适配器组成，运行控制单元和各个指令信号产生单元之间通过系统控制总线进行信息的传输与数据交换，各个指令信号产生单元通过与其对应的指令信号接口适配器实现与飞行控制系统之间互联，并通过信号传输总线进行信号的传输，各个指令信号产生单元采用插在系统控制总线的接口模板实现，信号定义与参数设置应用单元采用虚拟操作界面，通过执行在运行控制单元上的应用软件来实现，信号定义与参数设置应用单元接收用户的操作输入，根据用户的操作选择或参数设置，形成指令信号产生单元的命令及参数，并发送给指令信号产生单元的接口模板，控制接口模板输出剖面试验所需的指令信号。

运行控制单元配置有操作系统等软件，支持信号定义与参数设置应用单元等软件的执行，控制横向指令信号产生单元、航向指令信号产生单元、纵向指令信号产生单元、辅助指令信号产生单元的执行。

各指令信号产生单元模拟驾驶员操纵飞机时所产生的指令信号，这些信号由横向指令信号产生单元、航向指令信号产生单元、纵向指令信号产生单元、辅助指令信号产生单元所分别产生，控制各指令信号产生单元的命令参数可以是用户定义的离散数据、用户设置的参数，或者是用户定义的波形信号，也可以是来自于运行控制单元的通讯接口所接收的外部命令参数；

指令信号产生单元所模拟的指令信号包括RVDT形式的位移指令信号，模拟RVDT指令传感器的工作，按照信号定义与参数设置应用单元所设置的命令参数，分别对RVDT交流激励信号进行幅值和相位的参数调整，生成与命令参数一致的A相和B相信号，输出到飞行控制系统；

指令信号产生单元所模拟的指令信号还包括电压形式的力指令信号，模拟力传感器的工作，按照信号定义与参数设置应用单元所设置的命令参数，对输出电压参数进行调整，生成与命令参数一致的电压信号，输出到飞行控制系统。

信号定义与参数设置应用单元采用虚拟操作界面，提供了对剖面试验控制指令信号的定义，将物理对象信号与控制指令产生单元所使用的接口模板及其信号通道进行一一对应的设置，按照物理对象信号的参数设置，控制指令产生单元所使用的接口模板及其信号通道，对输出的指令信号进行控制；

信号定义与参数设置应用单元还提供了对控制指令信号转换中的参数定义功能，在控制指令信号产生中，信号定义与参数设置应用单元按照对信号的转换系数和偏移的定义，对输入信号进行转换后形成对控制指令产生单元的控制参数；

对于输出的控制指令信号，信号定义与参数设置应用单元提供有多种控制选择功能：包括用户定义的离散数据、用户设置的参数，或者是用户定义的波形信号，也可以是来自于运行控制单元的通讯接口所接收的外部命令参数，在波形定义中，包含有波形选择、周期、幅值等参数的设置功能，对用离散数据作为指令信号时，包含有数据更新率参数设置等功能。

下面分析其工作原理。

运行控制单元执行信号定义与参数设置应用单元应用软件，对将物理对象信号与控制指令产生单元所使用的接口模板及其信号通道进行定义，设置控制指令信号的转换系数和偏移；

通过信号定义与参数设置应用单元的操作选择输出控制方式：用户定义的离散数据、用户设置的参数、用户定义的波形信号、外部命令参数四种之一；

在信号定义与参数设置应用单元操作界面，对波形选择、周期、幅值等参数进行设置，对用离散数据作为指令信号时，对数据更新率参数设置；

得到输入信号的数值，根据当前物理对象信号转换系数和偏移参数，将对应输入信号的数值进行转换，形成对控制指令产生单元中的控制参数，写参数到对应当前仪器模块的信号通道；

按照指令信号的顺序，继续下一个物理对象指令信号的输出控制操作；

按照指令信号产生的时间间隔，继续下一个循环的控制，直到执行结束。

本发明具有以下优点：

（1）一种用于剖面试验的控制指令产生装置及其方法，模拟了飞行控制系统操作控制中信号或信息流的产生传输和执行过程，使用方便，功能完整。

（2）结构合理紧凑、工作可靠、采用高可靠性的接口模板，经过优化设计，模块化、标准化和系列化，能适应在严酷电磁与机械环境使用。

（3）良好可扩展性、可剪裁性和可复用性，各仿真单元采用模块化组件设计，可根据需要选配组件模块，实现系统的积木化组合。

（4）由于实现了通用化设计，在功能上相当于原有多个专用设备的功能，大大降低了设备成本。

（5）对用户来说，大大提高了试验效率，缩短了试验周期，大大减少了费用。

下面结合附图和实施例对本发明作详细描述。

附图说明

图1为本发明一种剖面试验的控制指令产生装置结构示意图。

图2为本发明一种剖面试验的控制指令产生装置一个实施例示意图。

图3为本发明一种信号定义与参数设置应用单元操作界面示意图。

图4为本发明一种剖面试验的控制指令产生控制软件流程示意图。

具体实施方式

一种剖面试验的控制指令产生装置组成结构如图1所示，由运行控制单元1、横向指令信号产生单元2、航向指令信号产生单元3、纵向指令信号产生单元4、辅助指令信号产生单元5、系统控制总线6、信号定义与参数设置应用单元7、横向指令信号接口适配器8、航向指令信号接口适配器9、纵向指令信号接口适配器10、辅助指令信号接口适配器11组成，运行控制单元1和各个指令信号产生单元之间2、3、4、5通过系统控制总线6进行信息的传输与数据交换，各个指令信号产生单元2、3、4、5通过与其对应的指令信号接口适配器8、9、10、11实现与飞行控制系统之间互联，并通过信号传输总线进行信号的传输，各个指令信号产生单元2、3、4、5采用插在系统控制总线6的接口模板实现，信号定义与参数设置应用单元7采用虚拟操作界面，通过执行在运行控制单元1上的应用软件来实现，信号定义与参数设置应用单元7接收用户的操作输入，根据用户的操作选择或参数设置，形成指令信号产生单元2、3、4、5的命令及参数，并发送给指令信号产生单元的接口模板，控制接口模板输出剖面试验所需的接口信号。

运行控制单元1配置有操作系统等系统软件，支持信号定义与参数设置应用单元7等应用软件的工作，控制横向指令信号产生单元2、航向指令信号产生单元3、纵向指令信号产生单元4、辅助指令信号产生单元5的执行。

各指令信号产生单元2、3、4、5模拟驾驶员操纵飞机时所产生的指令信号，这些指令信号由横向指令信号产生单元2、航向指令信号产生单元3、纵向指令信号产生单元4、辅助指令信号产生单元5所分别产生，各指令信号产生单元2、3、4、5参数可以是用户定义的离散数据、用户设置的参数，或者是用户定义的波形信号，也可以是来自于通过运行控制单元1的通讯接口所接收的外部命令参数；

指令信号产生单元2、3、4、5所模拟的指令信号包括RVDT形式的位移指令信号，可以模拟RVDT传感器的工作，按照信号定义与参数设置应用单元7所设置的参数，分别对交流激励信号进行幅值和相位的参数调整，生成与操作参数一致的A相和B相信号，输出到飞行控制系统；

指令信号产生单元2、3、4、5所模拟的指令信号还包括电压形式的力指令信号，要求模拟力传感器的工作，按照信号定义与参数设置应用单元7所设置的参数，对输出电压参数进行调整，生成与操作参数一致的电压信号，输出到飞行控制系统。

信号定义与参数设置应用单元7采用虚拟操作界面，提供了对剖面试验的控制指令对象信号的定义，将物理对象信号与控制指令产生单元2、3、4、5所使用的接口模板及其信号通道进行一一对应，按照物理对象信号的参数设置，控制指令产生单元2、3、4、5所使用的接口模板及其信号通道，对输出的指令信号进行控制；

信号定义与参数设置应用单元7提供了对控制指令信号转换中的参数定义功能，在控制指令信号产生中，信号定义与参数设置应用单元7按照对信号的转换系数和偏移的定义，对输入信号进行转换后形成对控制指令产生单元的控制参数；

对于输出的控制指令信号，信号定义与参数设置应用单元7提供有多种控制选择功能：包括用户定义的离散数据、用户设置的参数，或者是用户定义的波形信号，也可以是来自于通过运行控制单元的通讯接口所接收的外部命令参数，在波形定义中，包含有波形选择、周期、幅值等参数的设置功能，对用离散数据作为指令信号时，包含有数据更新率参数设置等功能。

图2为本发明一种剖面试验的控制指令产生装置一个实施例示意图。

本发明的一种剖面试验的控制指令产生装置实施例中，运行控制单元1采用NI（National Instruments Inc.）公司的NI PXI-8108嵌入式控制器；

横向指令信号产生单元2、航向指令信号产生单元3、纵向指令信号产生单元4、辅助指令信号产生单元5采用NAI公司NAI（North Atlantic Industries Inc.）75C3板卡，完成对RVDT信号的模拟，产生输出指令信号；

系统控制总线6采用PXI总线，选用NI（National Instruments Inc.）公司NI PXI-1045机箱，支持PXI总线功能；

横向指令信号接口适配器8、航向指令信号接口适配器9、纵向指令信号接口适配器10、辅助指令信号接口适配器11采用配置有多芯航空插座的组件。

本发明的上述特征可作如下变化,但它们都没有偏离本发明的实质。

如，运行控制单元1采用NI（National Instruments Inc.）公司的NI PXI-8108嵌入式控制器外，也可以选择NI公司其它型号PXI总线的嵌入式控制器，还可以选择其它公司的PXI总线的嵌入式控制器；

横向指令信号产生单元2、航向指令信号产生单元3、纵向指令信号产生单元4、辅助指令信号产生单元5除采用NAI公司NAI（North Atlantic Industries Inc.）75C3板卡，也可以选择NAI公司NAI 75LD1-08CF1A板卡，还可以选择其它公司的RVDT信号仿真板卡；

进一步，对于RVDT信号的仿真，除采用NAI（North Atlantic Industries Inc.）75C3板卡，也可以选择NI公司的NI PXI-7851R板卡，可以采用目前市场供应的其它型号或其它类型RVDT指令信号接口模板，如ATENA公司提供的ATSIM-LVDT 2024接口模板，NorthAtlantic Industries Inc.公司提供的Model cPCI-75DL1 3U接口模板，AxiomaticTechnologies Corporation公司提供的LVDTS-DR-02接口模板，United ElectronicIndustries Inc.公司提供的DNA/DNR-AI-254接口模板，或者也可以选择其它公司生产的其它型号的RVDT指令信号接口模板，当然，也可以自行设计研制RVDT指令信号接口模板。

系统控制总线6除采用PXI总线，也可以选择VXI、LXI仪器控制总线，还可以选择PCI、VME等微机总线；

图3为本发明一种信号定义与参数设置应用单元操作界面示意图。

本发明的一种信号定义与参数设置应用单元7虚拟操作界面的面板上提供了信号定义编辑窗301、参数设置编辑窗302、运行控制编辑窗303；

信号定义编辑窗301包含信号选择定义框304、仪器模块选择框305、信号通道选择框306、信号转换系数设置框307、信号偏移设置框308，信号选择定义框304提供了对剖面试验的控制指令对象信号的选择，将物理对象信号与控制指令产生单元2、3、4、5所使用的接口仪器模块305及其信号通道306进行一一对应，通过信号转换系数设置框307、信号偏移设置框308对指令信号的转换系数和转换偏移进行设置，在控制指令信号产生中，信号定义与参数设置应用单元7按照信号转换系数设置框307、信号偏移设置框308对信号的转换系数和偏移的定义，对输入信号进行转换后形成控制指令产生单元2、3、4、5的控制参数；

参数设置编辑窗302包含波形选择定义框309、幅值设置框310、周期设置框311用于对波形选择、周期、幅值等参数进行设置，更新周期设置框312用于离散数据作为指令信号时，对数据更新率参数设置；

运行控制编辑窗303包含控制方式选择定义框313、输出设置框314、离散数据定义框315，控制方式选择定义框313提供选择输出控制方式：即用户定义的离散数据、用户设置的参数、用户定义的波形信号、外部命令参数四种之一；

输出设置框314在控制方式选择定义框313选择了用户设置的参数方式时，为用户提供了通过设置参数产生输出控制指令；

离散数据定义框315在控制方式选择定义框313选择了离散数据方式时，读取用户定义的离散数据文件，将对应输入信号的数值进行转换，形成对控制指令产生单元2、3、4、5中的控制参数，写参数到当前仪器模块的信号通道；

信号定义与参数设置应用单元7操作界面的虚拟面板上还提供了功能按钮:确认316、取消317和返回318，确认316按钮用于对操作结果的确认，当用户完成一系列的定义操作后，使用确认316按钮保存操作的结果，而当用户放弃目前的操作时，使用取消317按钮，使用返回318按钮结束目前的操作。

图4为本发明一种剖面试验的控制指令产生控制软件流程示意图。

本发明的一种剖面试验的控制指令产生控制软件流程说明了其实现方法，包括以下详细步骤：

步骤一401：按照试验需要完成的任务，设置剖面试验的控制指令产生装置中横向指令信号产生单元、航向指令信号产生单元、纵向指令信号产生单元、辅助指令信号产生单元的初始状态；

步骤二402：信号定义与参数设置应用单元读取指令信号定义参数；

步骤三403：信号定义与参数设置应用单元读取控制方式参数，按照相关输入定义选择控制方式类型；

步骤四404：信号定义与参数设置应用单元判断步骤三403所选择控制方式类型，选择执行远程控制、用户设置、波形信号控制、离散数据控制四种控制方式中的一种；

步骤五409：信号定义与参数设置应用单元读取信号转换系数和转换偏移参数；

步骤六410：信号定义与参数设置应用单元读取信号输入数值；

步骤七411：信号定义与参数设置应用单元进行信号参数的转换，形成对应控制指令信号的仪器通道的参数；

步骤八412：信号定义与参数设置应用单元写对应指令信号的仪器通道，控制仪器通道的输出；

步骤九413：信号定义与参数设置应用单元对波形定义控制方式，根据波形信号周期进行延迟，对离散数据控制方式，按更新周期进行延迟；

步骤十414：信号定义与参数设置应用单元判断是否进行下一个通道或者是下一个循环的操作，如果继续执行，则执行步骤二，否则执行步骤十一；

步骤十一415：结束运行。

Claims (4)

1.一种剖面试验的控制指令产生装置，其特征在于，该控制指令产生装置由运行控制单元[1]、横向指令信号产生单元[2]、航向指令信号产生单元[3]、纵向指令信号产生单元[4]、辅助指令信号产生单元[5]、系统控制总线[6]、信号定义与参数设置应用单元[7]、横向指令信号接口适配器[8]、航向指令信号接口适配器[9]、纵向指令信号接口适配器[10]、辅助指令信号接口适配器[11]组成，运行控制单元[1]和各个指令信号产生单元之间通过系统控制总线[6]进行信息的传输与数据交换，各个指令信号产生单元通过与其对应的指令信号接口适配器实现与飞行控制系统之间互联，并通过信号传输总线进行信号的传输，各个指令信号产生单元采用插在系统控制总线[6]的接口模板实现，信号定义与参数设置应用单元[7]采用虚拟操作界面，通过执行在运行控制单元[1]上的应用软件来实现，信号定义与参数设置应用单元[7]接收用户的操作输入，根据用户的操作选择或参数设置，形成指令信号产生单元的命令及参数，并发送给指令信号产生单元的接口模板，控制接口模板输出剖面试验所需的接口信号；运行控制单元[1]配置有操作系统，支持信号定义与参数设置应用单元[7]应用软件的工作，控制横向指令信号产生单元[2]、航向指令信号产生单元[3]、纵向指令信号产生单元[4]、辅助指令信号产生单元[5]的执行；

各指令信号产生单元模拟驾驶员操纵飞机时所产生的指令信号，这些指令信号由横向指令信号产生单元[2]、航向指令信号产生单元[3]、纵向指令信号产生单元[4]、辅助指令信号产生单元[5]所分别产生，各指令信号产生单元参数可以是用户定义的离散数据、用户设置的参数，或者是用户定义的波形信号，也可以是来自于通过运行控制单元[1]的通讯接口所接收的外部命令参数；

各指令信号产生单元所模拟的指令信号包括RVDT形式的位移指令信号，可以模拟RVDT传感器的工作，按照信号定义与参数设置应用单元[7]所设置的参数，分别对交流激励信号进行幅值和相位的参数调整，生成与操作参数一致的A相和B相信号，输出到飞行控制系统；

各指令信号产生单元所模拟的指令信号还包括电压形式的力指令信号，要求模拟力传感器的工作，按照信号定义与参数设置应用单元[7]所设置的参数，对输出电压参数进行调整，生成与操作参数一致的电压信号，输出到飞行控制系统。

2.根据权利要求1所述的一种剖面试验的控制指令产生装置，其特征在于，信号定义与参数设置应用单元[7]采用虚拟操作界面，提供了对剖面试验的控制指令对象信号的定义，将物理对象信号与各控制指令产生单元所使用的接口模板及其信号通道进行一一对应，按照物理对象信号的参数设置，各控制指令产生单元所使用的接口模板及其信号通道，对输出的指令信号进行控制；

信号定义与参数设置应用单元[7]提供了对控制指令信号转换中的参数定义功能，在控制指令信号产生中，信号定义与参数设置应用单元[7]按照对信号的转换系数和偏移的定义，对输入信号进行转换后形成对控制指令产生单元的控制参数；

对于输出的控制指令信号，信号定义与参数设置应用单元[7]提供有多种控制选择功能：包括用户定义的离散数据、用户设置的参数，或者是用户定义的波形信号，也可以是来自于通过运行控制单元的通讯接口所接收的外部命令参数，在波形定义中，包含有波形选择、周期、幅值参数的设置功能，对用离散数据作为指令信号时，包含有数据更新率参数设置功能。

3.根据权利要求1-2之一所述的一种剖面试验的控制指令产生装置，其特征在于，运行控制单元[1]采用嵌入式控制器；

横向指令信号产生单元[2]、航向指令信号产生单元[3]、纵向指令信号产生单元[4]、辅助指令信号产生单元[5]采用板卡，完成对RVDT信号的模拟，产生输出指令信号；

系统控制总线[6]采用PXI总线；

横向指令信号接口适配器[8]、航向指令信号接口适配器[9]、纵向指令信号接口适配器[10]、辅助指令信号接口适配器[11]采用配置有多芯航空插座的组件。

4.一种剖面试验的控制指令产生方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一[401]：按照试验需要完成的任务，设置剖面试验的控制指令产生装置中横向指令信号产生单元、航向指令信号产生单元、纵向指令信号产生单元、辅助指令信号产生单元的初始状态；

步骤二[402]：信号定义与参数设置应用单元读取指令信号定义参数；

步骤三[403]：信号定义与参数设置应用单元读取控制方式参数，按照相关输入定义选择控制方式类型；

步骤四[404]：信号定义与参数设置应用单元判断步骤三[403]所选择控制方式类型，选择执行远程控制、用户设置、波形信号控制、离散数据控制四种控制方式中的一种；

步骤五[409]：信号定义与参数设置应用单元读取信号转换系数和转换偏移参数；

步骤六[410]：信号定义与参数设置应用单元读取信号输入数值；

步骤七[411]：信号定义与参数设置应用单元进行信号参数的转换，形成对应控制指令信号的仪器通道的参数；

步骤八[412]：信号定义与参数设置应用单元写对应指令信号的仪器通道，控制仪器通道的输出；

步骤九[413]：信号定义与参数设置应用单元对波形定义控制方式，根据波形信号周期进行延迟，对离散数据控制方式，按更新周期进行延迟；

步骤十[414]：信号定义与参数设置应用单元判断是否进行下一个通道或者是下一个循环的操作，如果继续执行，则执行步骤二，否则执行步骤十一；

步骤十一[415]：结束运行。