CN107255939B - 一种基于航空发动机全数字仿真平台的控制器替换方法 - Google Patents

一种基于航空发动机全数字仿真平台的控制器替换方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于航空发动机全数字仿真平台的控制器替换方法，其特征在于：所述控制器替换方法是基于所述航空发动机全数字仿真平台的服务器和客户端并通过TCP/IP通信协议进行仿真，包括：步骤A：完成本地控制器设置编译工作，包括控制逻辑和算法的加入、动态链接库文件的生成；步骤B：定义服务器端控制器与发动机模型的接口，保证控制器与航空发动机模型之间的信号准确传递；步骤C：在服务器完成文件接收工作之后把文件存放在相应的工作空间目录下，由服务器调用服务器端控制器函数，从而完成将服务器端控制器替换为本地控制器的过程。本发明实现了服务器端发动机模型的共享，提高了资源利用率，解决了控制系统研发建模难度大的问题。

Description

一种基于航空发动机全数字仿真平台的控制器替换方法
技术领域
本发明属于航空发动机数值仿真技术领域，特别涉及一种基于航空发动机全数字仿真平台的控制器替换方法。
背景技术
设计安全可靠的航空发动机控制系统是保证航空发动机在恶劣多变条件下稳定可靠工作的一种有效途径，但由于航空发动机本身的复杂性使得其研发技术难度大、周期长、费用高，并制约各国航空领域的发展。近年来随着计算机辅助技术的不断进步，高效率、低成本、低风险的仿真系统相继出现。以美国推进系统数值仿真(NPSS)为例，NASA刘易斯研究中心研究表明，NPSS平台的出现，节约了约10％-20％的发动机控制系统的研制时间和费用。因而建立完整的包含控制系统设计的仿真平台，对缩短控制系统设计、验证周期，以及提高航空发动机性能都具有非常重要的意义。
中国专利申请201310440242.8公开了“一种航空发动机控制系统的快速原型仿真方法”，该方法首先建立控制算法模型，利用虚拟仪器技术及实时硬件平台进行控制系统的原型设计，通过自动代码生成技术将设计好的航空发动机控制算法模型编译并下载至实时硬件平台上，快速建立控制算法原型机；其次，快速控制原型机负责采集发动机模拟器经过信号接口单元后的输出信号，根据控制指令计算出发动机的相关控制量并发送给发动机模拟器，实现对发动机的闭合回路控制；最后，控制系统设计者通过监控计算机实时观测控制效果，根据设计者对控制系统的性能要求不断对控制算法模型进行修改，重复快速控制原型机闭合回路仿真过程，直至满足控制系统设计者的要求。但该方法还存在以下明显不足：一是该航空发动机控制系统的快速原型仿真方法在实现时每次只能允许单个用户进行操作，无法实现多个用户同时使用；二是该方法在进行控制系统设计时只能在本地实现，无法基于互联网实现不同设计人员的异地、协同工作；三是该方法在进行控制系统设计时无法实现实时更换控制器并反馈仿真结果。
综上所述，如何克服现有技术所存在的不足已成为当今航空发动机数值仿真技术领域中亟待解决的重点难题之一。
发明内容
本发明的目的是为克服现有技术所存在的不足而提供一种基于航空发动机全数字仿真平台的控制器替换方法，本发明能够实现不同用户通过共享服务器端已有的航空发动机模型实时、异地和协同的对服务器端控制器进行设计仿真，提高了控制器设计人员的工作效率，且操作简便和实用性强。
根据本发明提出的一种基于航空发动机全数字仿真平台的控制器替换方法，所述航空发动机全数字仿真平台包括服务器和客户端，其中，所述服务器包括基线版本的航空发动机模型和控制器；所述客户端包括图形用户界面及控制器上传接口；其特征在于：所述控制器替换方法是基于所述服务器和客户端并通过TCP/IP通信协议进行仿真，在源程序中把所述服务器端控制器函数设置在所述航空发动机模型前调用，完成所述服务器端控制器替换为所述本地控制器并基于所述航空发动机全数字仿真平台反馈结果至所述客户端，包括以下具体步骤：
步骤A：完成本地控制器设置编译工作，包括控制逻辑和算法的加入、动态链接库文件的生成；
步骤B：定义服务器端控制器与发动机模型的接口，保证控制器与航空发动机模型之间的信号准确传递；
步骤C：在服务器完成文件接收工作之后把文件存放在相应的工作空间目录下，由服务器调用服务器端控制器函数，从而完成将服务器端控制器替换为本地控制器的过程。
本发明与现有技术相比其显著优点在于：
一是本发明所述的一种基于航空发动机全数字仿真平台的控制器替换方法实现了不同用户对所述服务器端所述发动机模型的共享，提高了资源利用率，解决了控制系统研发时对被控对象进行数学建模耗时长、难度大的问题。
二是运用本发明所述的一种基于航空发动机全数字仿真平台的控制器替换方法可以实现不同用户针对所述服务器端已有的发动机模型实时、异地、协同的对所述服务器端控制器进行设计仿真，提高了控制器设计人员的工作效率，且操作简单和实用性强。
附图说明
图1为本发明提出的一种基于航空发动机全数字仿真平台的控制器替换方法的流程示意图。
图2为本发明提出的一种基于航空发动机全数字仿真平台的控制器替换方法的控制器动态链接库生成流程示意图。
图3为本发明提出的一种基于航空发动机全数字仿真平台的控制器替换方法的服务器端控制器与发动机模型接口数据交换流程示意图。
图4为本发明提出的一种基于航空发动机全数字仿真平台的控制器替换方法的服务器端控制器替换流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。
本发明提出的一种基于航空发动机全数字仿真平台的控制器替换方法，所述航空发动机全数字仿真平台包括服务器和客户端，其中，所述服务器包括基线版本的航空发动机模型和控制器；所述客户端包括图形用户界面及控制器上传接口；其中，所述控制器替换方法是基于所述服务器和客户端并通过TCP/IP通信协议进行仿真，在源程序中把所述服务器端控制器函数设置在所述航空发动机模型前调用，完成所述服务器端控制器替换为所述本地控制器并基于所述航空发动机全数字仿真平台反馈结果至所述客户端，包括以下具体步骤：
步骤A：完成本地控制器设置编译工作，包括控制逻辑和算法的加入、动态链接库文件的生成；
步骤B：定义服务器端控制器与发动机模型的接口，保证控制器与航空发动机模型之间的信号准确传递；
步骤C：在服务器完成文件接收工作之后把文件存放在相应的工作空间目录下，由服务器调用服务器端控制器函数，从而完成将服务器端控制器替换为本地控制器的过程。
本发明提出的一种基于航空发动机全数字仿真平台的控制器替换方法的进一步优选方案是：
所述步骤A进一步包括：在本地编写所述本地控制器的控制逻辑和算法，并将所述本地控制器涉及到的输入输出变量的类型、名称和数量保持与所述服务器端控制器提供的接口一致。
所述步骤A进一步包括：利用软件开发工具新建一个模板项目，所述模板项目名称需要保持与所述服务器端控制器名称一致，并将所述项目配置类型设置为动态库，所述模板项目的内容包含头文件、函数导出模块及主函数模块。
所述步骤A进一步包括：利用编译好的所述本地控制器源程序替换所述主函数模块，完成后进行编译，在本地得到头文件、静态链接库文件、动态链接库文件；其中，所述利用编译好的所述本地控制器源程序替换所述主函数模块是指，当所述客户端上传文件时，只需上传所述本地控制器动态链接库文件。
所述步骤A进一步包括：在所述服务器端源程序中增加控制器函数，定义好输入输出接口变量的类型、名称和数量，保证函数名称与所述客户端项目名称一致，具体控制逻辑和算法等效为“1”，即输出与输入相等；其中，所述保证函数名与所述客户端项目名称一致，具体控制逻辑和算法等效为“1”是指，所述服务器端控制器函数名与所述客户端上传的所述本地控制器函数名称一致，即完成所述本地控制器函数对所述服务器端控制器函数内容上的覆盖。
所述步骤B进一步包括：所述服务器利用Socket通信方法进行通信时在接口处设置监听环节，与所述客户端建立连接后判断是否接收到所述客户端上传的所述本地控制器文件；如果接收到就把文件存放在相应的工作空间目录下，反之，不执行任何操作。
所述步骤C进一步包括：所述服务器调用所述服务器端控制器函数方式为动态调用。
下面结合附图进一步公开本发明的具体实施例。
本发明中提出的航空发动机全数字仿真平台是基于互联网的多用户协同仿真平台，包括客户端和服务器；客户端提供上传文件、保存文件的接口，实时显示的窗口以及发动机模型相关变量的修改模块；服务器提供不同的发动机模型以及控制器替换的接口，服务器通过TCP/IP协议与客户端进行数据传递，并响应客户端的需求。
图1为本发明提出的一种基于航空发动机全数字仿真平台的控制器替换方法的流程示意图。结合图1，本发明提出的一种基于航空发动机全数字仿真平台的控制器替换方法的具体步骤是：
步骤A：用户完成本地控制器设置编译工作，包括控制逻辑和算法的加入、动态链接库文件的生成；
步骤B：定义服务器端控制器与发动机模型的接口，保证控制器与发动机模型之间的信号准确传递；
步骤C：服务器完成文件接收工作并把文件存放在相应的工作空间目录下，之后服务器调用服务器端控制器函数，完成将服务器端控制器替换为本地控制器。
完成上述步骤后在所述客户端点击开始仿真，所述服务器完成替换后的所述服务器端控制器与发动机模型的仿真，并将结果实时反馈到所述客户端，实现本地控制器替换服务器端控制器的流程。
接下来，对本发明的整个流程做进一步的具体说明。
图2是本发明提出的一种基于航空发动机全数字仿真平台的控制器替换方法的控制器动态链接库生成流程示意图。结合图2，本发明提出的一种基于航空发动机全数字仿真平台的控制器替换方法的控制器动态链接库生成流程是在上述图1步骤基础上的进一步具体操作：
步骤A进一步包括：在本地编写所述本地控制器的控制逻辑和算法，所述本地控制器涉及到的输入输出变量的类型、名称、数量必须要与所述服务器端控制器接口提供的一致。
步骤A进一步包括：利用软件开发工具(以Visual Studio开发工具为例)新建一个模板项目，所述模板项目的名称需要保持与所述服务器端控制器的名称一致，所述模板项目配置类型设置为动态库；所述模板项目的内容包含头文件、函数导出模块及主函数模块。
步骤A进一步包括：利用编译好的所述本地控制器源程序替换所述动态库的主函数模块。完成上述步骤后进行编译，在本地得到头文件(.h)、静态链接库文件(.lib)、动态链接库文件(.dll)。
通过完成上述步骤，在本地已经得到了用来替换服务器端控制器所需的文件。不同的用户可以按照此方案在本地设计编写不同的控制逻辑和算法，后续的步骤将替换服务器端已有的控制器，通过仿真从而验证所述本地控制器的性能。
图3是本发明提出的一种基于航空发动机全数字仿真平台的控制器替换方法的服务器端控制器与发动机模型接口数据交换流程示意图。结合图3，本发明提出的一种基于航空发动机全数字仿真平台的控制器替换方法的服务器端控制器与发动机模型接口数据交换流程是在上述图2步骤基础上的进一步具体操作：
步骤B进一步包括：所述服务器端控制器根据自身算法和控制逻辑的不同提供给发动机模型不同的输入信号，如供油量(Wf)、进口导叶角(IGV)等，这些信号的变量名称、数量、类型必须保持与发动机模型输入的要求一致。
步骤B进一步包括：所述发动机模型接收来自所述服务器端控制器的信号，并根据所述服务器端控制器的逻辑和算法提供相应的输出信号，如高压轴转速(NH)、低压轴转速(NL)等。同样的，这些信号的变量名称、数量、类型必须保持与所述服务器端控制器的输入一致。
图4是本发明提出的一种基于航空发动机全数字仿真平台的控制器替换方法的服务器端控制器替换流程示意图。结合图4，本发明提出的一种基于航空发动机全数字仿真平台的控制器替换方法的服务器端控制器替换流程是在上述图3步骤基础上的进一步具体操作：
步骤C进一步包括：所述服务器在利用Socket通信方法进行通信时在接口处设置监听环节，与所述客户端建立连接后判断是否接收到所述客户端上传的文件，如果接收到就把文件存放在相应的工作空间目录下；反之，不执行任何操作。
步骤C进一步包括：所述服务器源代码中添加所述服务器端控制器函数，并在每次调用所述发动机模型函数前调用一次所述服务器端控制器函数，所述服务器端控制器函数的内容等效为“1”，即输出保持和输入一致，这里所述服务器端控制器的输入输出也需和用户提交的用于替换的所述本地控制器保持一致。
步骤C进一步包括：仿真时，所述服务器端动态调用保存在相应工作空间目录下的用于替换的所述本地控制器动态链接库文件所包含的控制器函数，并结合所述发动机模型得到实时的仿真结果。
本发明的具体实施方式中凡未涉及的说明属于本领域公知的技术，可参考公知技术加以实施。
本发明经反复试验验证，取得了满意的试用效果。
以上具体实施方式及实施例是对本发明提出的一种基于航空发动机全数字仿真平台的控制器替换方法技术思想的具体支持，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在本技术方案基础上所做的任何等同变化或等效的改动，均仍属于本发明技术方案保护的范围。

Claims (9)

1.一种基于航空发动机全数字仿真平台的控制器替换方法，所述航空发动机全数字仿真平台包括服务器和客户端，其中，所述服务器包括基线版本的航空发动机模型和控制器；所述客户端包括图形用户界面及控制器上传接口；其特征在于：所述控制器替换方法是基于所述服务器和客户端并通过TCP/IP通信协议进行仿真，在源程序中把所述服务器端控制器函数设置在所述航空发动机模型前调用，完成所述服务器端控制器替换为本地控制器并基于所述航空发动机全数字仿真平台反馈结果至所述客户端，包括以下具体步骤：
步骤A：完成本地控制器设置编译工作，包括控制逻辑和算法的加入、动态链接库文件的生成；
步骤B：定义服务器端控制器与发动机模型的接口，保证控制器与航空发动机模型之间的信号准确传递；
步骤C：在服务器完成文件接收工作之后把文件存放在相应的工作空间目录下，由服务器调用服务器端控制器函数，从而完成将服务器端控制器替换为本地控制器的过程。
2.根据权利要求1所述的一种基于航空发动机全数字仿真平台的控制器替换方法，其特征在于，所述步骤A进一步包括：在本地编写所述本地控制器的控制逻辑和算法，并将所述本地控制器涉及到的输入输出变量的类型、名称和数量保持与所述服务器端控制器提供的接口一致。
3.根据权利要求1所述的一种基于航空发动机全数字仿真平台的控制器替换方法，其特征在于，所述步骤A进一步包括：利用软件开发工具新建一个模板项目，所述模板项目名称需要保持与所述服务器端控制器名称一致，并将项目配置类型设置为动态库，所述模板项目的内容包含头文件、函数导出模块及主函数模块。
4.根据权利要求1所述的一种基于航空发动机全数字仿真平台的控制器替换方法，其特征在于，所述步骤A进一步包括：利用编译好的所述本地控制器源程序替换主函数模块，完成后进行编译，在本地得到头文件、静态链接库文件、动态链接库文件。
5.根据权利要求1所述的一种基于航空发动机全数字仿真平台的控制器替换方法，其特征在于，所述步骤A进一步包括：在所述服务器端源程序中增加控制器函数，定义好输入输出接口变量的类型、名称和数量，保证函数名称与所述客户端项目名称一致，具体控制逻辑和算法等效为“1”，即输出与输入相等。
6.根据权利要求4所述的一种基于航空发动机全数字仿真平台的控制器替换方法，其特征在于，所述利用编译好的所述本地控制器源程序替换所述主函数模块是指，当所述客户端上传文件时，只需上传所述本地控制器动态链接库文件。
7.根据权利要求1所述的一种基于航空发动机全数字仿真平台的控制器替换方法，其特征在于，所述步骤B进一步包括：所述服务器利用Socket通信方法进行通信时在接口处设置监听环节，与所述客户端建立连接后判断是否接收到所述客户端上传的所述本地控制器文件；如果接收到就把文件存放在相应的工作空间目录下，反之，不执行任何操作。
8.根据权利要求5所述的一种基于航空发动机全数字仿真平台的控制器替换方法，其特征在于，所述保证函数名与所述客户端项目名称一致，具体控制逻辑和算法等效为“1”是指，所述服务器端控制器函数名与所述客户端上传的所述本地控制器函数名称一致，即完成所述本地控制器函数对所述服务器端控制器函数内容上的覆盖。
9.根据权利要求1所述的一种基于航空发动机全数字仿真平台的控制器替换方法，其特征在于，所述步骤C进一步包括：所述服务器调用所述服务器端控制器函数方式为动态调用。
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