CN111191336B - 航空发动机控制原型闭环仿真方法和系统、存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种航空发动机控制原型闭环仿真方法和系统、存储介质。该航空发动机控制原型闭环仿真方法包括：加载根据模板格式定义的基于需求设计的测试用例；根据所述测试用例，对航空发动机控制原型闭环仿真系统的各个模块进行快速原型仿真验证。本发明通过开展快速原型仿真，在基于模型设计流程的前提下，简化了耗时的系统测试相关开发活动，缩短了控制系统需求与源代码实现的距离，改进了系统设计人员开展需求建模的质量。
Description
技术领域
本发明涉及航空发动机领域，特别涉及一种航空发动机控制原型闭环仿真方法和系统、存储介质。
背景技术
相关技术开展航空发动机控制系统软件开发主要基于模型设计(MBD)方法，相对原始的手工编码的方法，软件开发效率和质量得以明显提升。
发明内容
申请人发现：相关技术中，不同的发动机控制软件研制机构则根据自己的不同优势和特点，选择了不同程度的模型化来开发设计控制软件，具体落地应用形式可能有较大的不同，相应由此带来的系统开发(尤其是软件开发)效率和质量提升则相应有较大的差别。
鉴于以上技术问题，本发明提供了一种航空发动机控制原型闭环仿真方法和系统、存储介质，简化了耗时的系统测试相关开发活动，缩短了控制系统(或控制软件)需求与源代码实现的距离。
根据本发明的一个方面，提供一种航空发动机控制原型闭环仿真系统，所述航空发动机控制原型闭环仿真系统，用于加载根据模板格式定义的基于需求设计的测试用例；并根据所述测试用例，对航空发动机控制原型闭环仿真系统的各个模块进行快速原型仿真验证。
在本发明的一些实施例中，所述航空发动机控制原型闭环仿真系统包括：
测试用例加载模块，用于读取、转换和加载测试用例文件。
在本发明的一些实施例中，所述航空发动机控制原型闭环仿真系统还包括：
快速原型控制模块，用于实现发动机控制系统的控制功能，其中，所述控制功能包括控制量计算、故障诊断处理和输入信号处理；
测试用例加载模块，还用于将测试用例文件输入快速原型控制模块，以测试快速原型控制模块的功能。
在本发明的一些实施例中，所述航空发动机控制原型闭环仿真系统还包括：
被控对象模块，用于实现发动机控制系统组成部件功能的模拟，其中，所述发动机控制系统组成部件功能包括燃油系统功能、执行机构功能、发动机运行特性功能和传感器功能中的至少一项。
在本发明的一些实施例中，所述航空发动机控制原型闭环仿真系统还包括：
数据记录模块，用于记录快速原型控制模块和被控对象模块之间交互数据。
在本发明的一些实施例中，所述航空发动机控制原型闭环仿真系统还包括：
接口适配模块，用于模拟快速原型控制模块输出至被控对象模块的信号。
在本发明的一些实施例中，所述航空发动机控制原型闭环仿真系统还包括：
操作平台模块，用于将接口适配模块和快速原型控制模块之间的信号进行相互转换。
在本发明的一些实施例中，所述航空发动机控制原型闭环仿真系统还包括：
调度模块，用于实现对快速原型控制模块、被控对象模块、测试用例加载模块、数据记录模块、接口适配模块和操作平台模块的调度和信号量的定义。
在本发明的一些实施例中，所述航空发动机控制原型闭环仿真系统还包括：
共享库模块，用于为调度模块、快速原型控制模块、被控对象模块、测试用例加载模块、数据记录模块、接口适配模块和操作平台模块提供最底层调用函数的实现。
在本发明的一些实施例中，所述航空发动机控制原型闭环仿真系统还包括：
测试用例模块，用于存储测试用例文件；
测试用例加载模块还用于从测试用例模块中读取测试用例文件，并将测试用例文件转换为测试激励信号，随后将测试激励信号发送至被控对象模块；
被控对象模块还用于将接收到的测试激励信号转换为可被电子控制器采集的模拟电信号，并将所述模拟电信号发送至接口适配模块；
接口适配模块还用于通过刷新操作将接收到的所述模拟电信号更新至全局变量或者从全局变量更新至对应的模拟电信号；
操作平台模块还用于将从全局变量中更新出模拟电信号并将所述模拟电信号转换为对应的码值信号，然后将所述码值信号转换和标定为与对应实际电信号大小相同的物理量信号，最后将物理量信号发送至快速原型控制模块。
在本发明的一些实施例中，快速原型控制模块还用于根据接收到的物理量信号确定控制电信号，并将所述控制电信号转换发送至操作平台模块；
操作平台模块还用于将所述控制电信号转换为数码值，并将数码值通过数字模拟转换的环节转换为模拟电信号，并发送至接口适配模块；
接口适配模块还用于将来自操作平台模块的模拟电信号刷新至全局变量，并将所述全局变量发送被控对象模块。
在本发明的一些实施例中，被控对象模块包括信号读取单元、燃油部件计算单元、执行机构计算单元、发动机模型计算单元和传感器模型计算单元，其中：
信号读取单元，用于通过刷新操作从所述全局变量中读出对应燃油部件和执行机构的电信号，将对应燃油部件的电信号传送至燃油部件计算单元、将执行机构的电信号传送至执行机构计算单元，以完成部件状态和输出更新；
发动机模型计算单元，用于在发动机模型计算单元最新的输入状态下完成最新的发动机状态更新；
传感器模型计算单元，用于根据最新感受到的发动机状态，完成对应的传感器电信号输出，并将对应的传感器电信号发送至接口适配模块。
在本发明的一些实施例中，所述航空发动机控制原型闭环仿真系统采用基于时间触发的主从分布式架构，其中，所述主从分布式架构包括一个主站和至少一个从站。
在本发明的一些实施例中，所述航空发动机控制原型闭环仿真系统的各个模块分别设置于不同的计算机节点；
各分布式站点均为计算机节点，其中，各分布式站点包括主站和至少一个从站。
在本发明的一些实施例中，每一计算机节点均包括中央处理器、通讯接口硬件、总线转换模块、内存、外存和总线。
在本发明的一些实施例中，各计算机节点之间通过高速总线实现计算机节点之间的数据传递。
在本发明的一些实施例中，主站为主调度节点，共享库模块和调度模块设置在主调度节点；
第一从站为控制逻辑仿真节点，接口适配模块、操作平台模块和快速原型控制模块设置在控制逻辑仿真节点；
第二从站为测试用例加载节点，测试用例模块和测试用例加载模块设置在测试用例加载节点；
第三从站为被控对象节点，被控对象模块设置在被控对象节点；
第四从站为数据记录节点，数据记录模块设置在数据记录节点。
根据本发明的另一方面，提供一种航空发动机控制原型闭环仿真方法，包括：
加载根据模板格式定义的基于需求设计的测试用例；
根据所述测试用例，对航空发动机控制原型闭环仿真系统的各个模块进行快速原型仿真验证。
在本发明的一些实施例中，所述航空发动机控制原型闭环仿真系统为如上述任一实施例所述的航空发动机控制原型闭环仿真系统。
在本发明的一些实施例中，所述根据所述测试用例，对航空发动机控制原型闭环仿真系统的各个模块进行快速原型仿真验证包括：
测试用例加载模块读取测试用例文件，并将测试用例文件转换为测试激励信号，随后将测试激励信号发送至被控对象模块；
被控对象模块将接收到的测试激励信号转换为可被电子控制器采集的模拟电信号，并将所述模拟电信号发送至接口适配模块；
接口适配模块通过刷新操作将接收到的所述模拟电信号更新至全局变量；
操作平台模块将从全局变量中更新出模拟电信号并将所述模拟电信号转换为对应的码值信号，然后将所述码值信号转换和标定为与对应实际电信号大小相同的物理量信号，最后将物理量信号发送至快速原型控制模块。
在本发明的一些实施例中，所述根据所述测试用例，对航空发动机控制原型闭环仿真系统的各个模块进行快速原型仿真验证还包括：
快速原型控制模块根据接收到的物理量信号确定控制电信号，并将所述控制电信号转换发送至操作平台模块；
操作平台模块将所述控制电信号转换为数码值，并将数码值通过数字模拟转换的环节转换为模拟电信号，并发送至接口适配模块；
接口适配模块将来自操作平台模块的模拟电信号刷新至全局变量，并将所述全局变量发送被控对象模块；
被控对象模块实现发动机控制系统组成部件功能的模拟，其中，所述发动机控制系统组成部件功能包括燃油系统功能、执行机构功能、发动机运行特性功能和传感器功能中的至少一项。
在本发明的一些实施例中，所述航空发动机控制原型闭环仿真方法还包括：
在所述航空发动机控制原型闭环仿真系统研制过程中根据图形化的模型生成的代码构成所述航空发动机控制原型闭环仿真系统的各个模块。
根据本发明的另一方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述指令被处理器执行时实现如上述任一实施例所述的航空发动机控制原型闭环仿真方法。
本发明通过开展快速原型仿真，在基于模型设计流程的前提下，简化了耗时的系统测试相关开发活动，缩短了控制系统需求与源代码实现的距离，改进了系统设计人员开展需求建模的质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明航空发动机控制原型闭环仿真系统一些实施例的示意图。
图2为本发明航空发动机控制原型闭环仿真系统节点计算架构一些实施例的示意图。
图3为本发明航空发动机控制原型闭环仿真系统的模型与代码映射关系图。
图4为本发明航空发动机控制原型闭环仿真方法一些实施例的示意图。
图5为本发明航空发动机控制原型闭环仿真方法另一些实施例的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
图1为本发明航空发动机控制原型闭环仿真系统一些实施例的示意图。如图1所示，所述航空发动机控制原型闭环仿真系统，用于加载根据模板格式定义的基于需求设计的测试用例；并根据所述测试用例，对航空发动机控制原型闭环仿真系统的各个模块进行快速原型仿真验证。
如图1所示，所述航空发动机控制原型闭环仿真系统为分布式的模块化的系统，组成的模块单元主要包括快速原型控制模块(RPCtrl)1、被控对象模块(CtrlObj)2、测试用例模块(TCase)3、测试用例加载模块(TCLoad)4、数据记录模块(DTLog)5、接口适配模块(InterApt)6、操作平台模块(OPlat)7，共享库模块(Lib)8和调度模块(Schedule)9等。
在本发明的一些实施例中，所述航空发动机控制原型闭环仿真系统的系统组成模块为快速原型过程的模块所生成的代码形成的可运行软件单元。
在本发明的一些实施例中，如图1所示，所述航空发动机控制原型闭环仿真系统采用基于时间触发的主从分布式架构，其中，所述主从分布式架构包括一个主站(Server)和至少一个从站(Slave01-slave04)。
在本发明的一些实施例中，各分布式站点均为计算机节点，其中，各分布式站点包括主站和至少一个从站。
在本发明的一些实施例中，所述航空发动机控制原型闭环仿真系统的各个模块分别设置并运行于不同的计算机节点，模块所在节点的划分力求和实际的控制系统硬件对应，具体架构为(如图1)，其中：
主站(Server，服务器站)为主调度节点，其中运行共享库模块(Lib)和调度模块(Schedule)。
第一从站(Slave01)为控制逻辑仿真节点，其中运行接口适配模块(InterApt)、操作平台模块(OPlat)和快速原型控制模块(RPCtrl)。
第二从站(Slave02)为测试用例加载节点，其中运行测试用例模块(TCase)和测试用例加载模块(TCLoad)。
第三从站(Slave03)为被控对象节点，其中运行被控对象模块(CtrlObj)。
第四从站(Slave04)为数据记录节点，其中运行数据记录模块(DTLog)。
在本发明的一些实施例中，如图1所示，各计算机节点之间通过高速总线实现计算机节点之间的数据传递。
各节点之间通过高速的局域网总线(High Speed Local Net Bus)实现节点之间数据的传递。
图2为本发明航空发动机控制原型闭环仿真系统节点计算架构一些实施例的示意图。
本发明图1实施例的航空发动机控制原型闭环仿真系统中组成模块分别运行于独立的计算机节点，图1实施例中的每一计算机节点(分布式站点)可以采用如图2所示的计算机系统架构，如图2所示，所述计算机节点主要由显示器(Display)、中央处理器(CPU)、通讯接口硬件(Com Interface)、总线转换模块(Com Converter)、键盘(Keyboard)、鼠标(Mouse)、内存(Memory)、外存(Storage)和总线(Bus、Bus2)组成的计算机系统。
在本发明的一些实施例中，图1实施例的调度模块(Schedule)9，可以用于在共享库模块(Lib)8的提供服务的支撑下，实现对快速原型控制模块1、被控对象模块2、测试用例加载模块4、数据记录模块5、接口适配模块6和操作平台模块7的调度和信号量的定义。
图3为本发明航空发动机控制原型闭环仿真系统的模型与代码映射关系图。
在本发明的一些实施例中，图1实施例的快速原型控制模块1可以用于实现发动机控制系统的控制功能，其中，所述控制功能包括控制量计算、故障诊断处理和输入信号处理。
在本发明的一些实施例中，快速原型控制模块1可以由三部分子模块组成，其中：
控制量计算单元(CLM_fun)，用于实现控制量计算。
故障诊断处理单元(FPM_fun)，用于故障诊断处理。
输入信号处理单元(ISM_fun)，用于实现输入信号的处理。
在本发明的一些实施例中，所述航空发动机控制原型闭环仿真系统可以完成控制模块(例如快速原型控制模块1)相关逻辑代码的自动生成。如图3所示，所述航空发动机控制原型闭环仿真系统可以包括如下模型，其中：
控制量计算模型，用于生成CLM_fun对应的源文件和头文件(CLM_fun.c/CLM_fun.h)。
故障诊断处理模型，用于生成FPM_fun对应的源文件和头文件(FPM_fun.c/FPM_fun.h)。
信号处理模型，用于生成ISM_fun对应的源文件和头文件(ISM_fun.c/ISM_fun.h)。
在本发明的一些实施例中，图1实施例的被控对象模块2可以用于实现发动机控制系统(包括发动机本体)组成部件功能的模拟，其中，所述发动机控制系统组成部件功能包括燃油系统功能、执行机构功能、发动机运行特性功能和传感器功能中的至少一项。
在本发明的一些实施例中，被控对象模块(CtrlObj)2主要可以由以下四个子模块组成，其中：
燃油部件计算单元(FuelSystem_fun)，用于实现燃油系统功能的数字模拟。
执行机构计算单元(Actuaor_fun)，用于实现执行机构功能的数字模拟。
发动机模型计算单元(Engine_fun)，是一种可以实现发动机运行特性的功能的模拟单元
传感器模型计算单元(Sensor_fun)，是一种实现传感器功能的模拟单元。
在本发明的一些实施例中，被控对象模块2可以包括信号读取单元、燃油部件计算单元、执行机构计算单元、发动机模型计算单元和传感器模型计算单元，其中：
信号读取单元，用于通过刷新操作从所述全局变量中读出对应燃油部件和执行机构的电信号，将对应燃油部件的电信号传送至燃油部件计算单元、将执行机构的电信号传送至执行机构计算单元，以完成部件状态和输出更新；
发动机模型计算单元，用于在发动机模型计算单元最新的输入状态下完成最新的发动机状态更新；
传感器模型计算单元，用于根据最新感受到的发动机状态，完成对应的传感器电信号输出，并将对应的传感器电信号发送至接口适配模块6。
本发明原型闭环仿真系统可以完成控制模块相关逻辑代码的自动生成，如图3所示，所述航空发动机控制原型闭环仿真系统可以包括如下模型，其中：
燃油系统模型，用于生成FuelSystem对应的源文件和头文件(FuelSystem_fun.c/FuelSystem_fun.h)。
发动机模型，用于生成Engine_fun对应的源文件和头文件(Engine_fun.c/Engine_fun.h)。
传感器模型，用于生成Sensor_fun对应的源文件和头文件(Sensor_fun.c/Sensor_fun.h)。
执行机构模型，用于生成Actuator_fun对应的源文件和头文件(Actuator_fun.c/Actuator_fun.h)。
在本发明的一些实施例中，图1实施例的测试用例加载模块(TCLoad)4，可以实现用于测试快速原型控制模块(RPCtrl)功能的测试用例文件(不限于txt和xls格式的数据表)的读取、转换和加载，并将所述测试用例文件发送至被控对象模块(CtrlObj)2。
在本发明的一些实施例中，图1实施例的数据记录模块(DTLog)5，可以用于实现原型控制模块(RPCtrl)和被控对象模块(CtrlObj)之间交互的数据的节拍记录。
在本发明的一些实施例中，图1实施例的接口适配模块(InterApt)6，用于模拟原型控制模块(RPCtrl)输出至被控对象模块(CtrlObj)的信号，即对应与实际控制系统中的电缆上模拟电信号。
在本发明的一些实施例中，图1实施例的操作平台模块(OPlat)7，用于为将接口适配模块(InterApt)和快速原型控制模块(RPCtrl)之间的信号进行相互转换，即模拟了实际系统中模拟量信号和数字量信号的转换过程。
在本发明的一些实施例中，图1实施例的共享库模块(Lib)8可以用于为快速原型控制模块(RPCtrl)、被控对象模块(CtrlObj)、测试用例加载模块(TCLoad)、数据记录模块(DTLog)、接口适配模块(InterApt)、操作平台模块(OPlat)和调度模块(Schedule)原型控制模块(RPCtrl)提供最底层调用函数的实现，即为模拟实际控制系统的电子控制器的操作系统和驱动软件。
基于本发明上述实施例提供的航空发动机控制原型闭环仿真系统，其组成中的模块部分均由控制系统研制过程中图形化的模型生成的代码构成(或编译链接后形成)，系统协同运行后可以快速对控制系统研制过程中所开发模型生成的代码进行快速原型验证，为保证仿真系统的调度一致性和同步性，本发明上述实施例采用基于时间触发的主/从分布式架构实现了此原型仿真系统。
本发明上述实施例提出了一种仿真系统中组成模块与真实控制系统硬件相对应，仿真系统运行特性与实际的控制系统的物理构型和运行特性一致程度高，且具有负载均衡和可扩展性强等优点。
本发明上述实施例提出了一种可以应用于航空发动机控制系统原型的仿真系统，仿真系统由发动机控制原型模块、被控对象模块、接口匹配模块、操作平台模块、测试用例注入模块等组成，集成后形成一个完整的原型模块闭环控制仿真系统。本发明上述实施例仿真系统运行即可自动加载按照模板格式定义的基于需求设计的测试用例，可以对采用MBD开发的图形化模型生成的控制软件进行快速原型的仿真，可以发现从文本化需求到模型化需求再到源代码的流程链中各种设计错误，从而提高了原型阶段(系统设计阶段)软件需求及原型软件的开发质量和效率。
通过本发明上述实施例可以构建一个对控制系统需求(或者控制软件需求)快速验证的原型控制仿真系统，使用本发明的构建的原型控制闭环仿真系统可以显著降低基于模型设计(MBD)开发的机载软件的开发质量和效率。
图4为本发明航空发动机控制原型闭环仿真方法一些实施例的示意图。优选的，本实施例可由本发明航空发动机控制原型闭环仿真系统执行。如图4所示，所述方法可以包括：
步骤41，加载根据模板格式定义的基于需求设计的测试用例。
步骤42，根据所述测试用例，对本发明上述任一实施例所述的航空发动机控制原型闭环仿真系统的各个模块进行快速原型仿真验证。
图5为本发明航空发动机控制原型闭环仿真方法另一些实施例的示意图。优选的，本实施例可由本发明航空发动机控制原型闭环仿真系统执行。如图5所示，所述方法可以包括：
步骤51，测试用例加载模块(TCLoad)4从测试用例模块(TCase_001)3中读取测试用例文件，并读取测试用例文件转换为测试激励信号，随后将测试激励信号发送至被控对象模块(CtrlObj)2。
步骤52，被控对象模块(CtrlObj)将接收到的测试激励信号转换为可以被电子控制器采集的模拟电信号(主要可以包括温度、压力、转速传感器和位移变送器的电压、电流或频率信号等)，并将所述模拟电信号发送至接口适配模块(InterApt)6。
步骤53，接口适配模块(InterApt)6主要通过刷新操作将接收到的所述模拟电信号更新至全局变量或者从全局变量更新至对应的信号。
步骤54，操作平台模块(OPlat)7将从全局变量中更新出模拟电信号并将其转换为对应的码值信号，然后将所述码值信号转换和标定为与对应实际电信号大小相同的物理量信号，最后将所述物理量信号发送至快速原型控制模块(RPCtrl)1。
步骤55，快速原型控制模块(RPCtrl)1根据接收到的信号完成控制电信号(主要包括燃油控制机构和作动执行机构的电动马达的驱动电信号)的计算功能，并将计算出控制电信号转换发送至操作平台模块(OPlat)7。
步骤56，操作平台模块(OPlat)将接收来自快速原型控制模块(RPCtrl)的信号转换为数码值，并将数码值通过数字模拟转换的环节转换为模拟的电信号发送至接口适配模块(InterApt)6。
步骤57，接口适配模块(InterApt)6将接收的来自操作平台模块(OPlat)的信号刷新至全局变量。
步骤58，被控对象模块(CtrlObj)2则主要通过刷新操作从全局变量中读出对应燃油部件和执行机构的电信号，将电信号传送至对应的部件计算单元完成部件状态和输出更新，被控对象模块(CtrlObj)中的发动机模型计算单元也在其最新的输入状态下完成最新的发动机状态更新，随后被控对象模块(CtrlObj)中的传感器模型计算单元根据最新感受到的发动机状态，完成对应的电信号输出，并将信号发动至接口适配模块(InterApt)6。
本发明上述实施例过程的信号流向构成闭环，为闭环控制提供了信号流框架基础。
图5还给出了本发明一些实施例中系统组成各部分的调度关系示意图。如图5所示，由共享库模块(Lib)和主调度模块(Schedule)组成的软件提供各种周期性调度的控制脉冲，快速原型控制模块(RPCtrl)、测试用例加载模块(TCLoad)、数据记录模块(DTLog)、接口适配模块(InterApt)、操作平台模块(OPlat)均别在环境周期为基本单元的控制脉冲下被调用执行运算。被控对象模块(CtrlObj)则在控制周期为基本单元(根据需要可以进一步细分控制周期)的控制脉冲下被调用执行运算。
本发明上述实施例中的各计算机节点之间信号传递可采用各种高速工业通讯总线(如EtherCat总线等)，各模块之间具体的信号传递经由所在节点操作系统(OS)和通讯接口硬件互联总线后实现。
本发明上述实施例中的调度机制采用优先级抢占机制，仿真任务运行于多任务软实时系统，按照优调度器根据优先级高低顺序进行任务调度，若检测发现存在仿真任务超过预定时间，则实时监控任务则启动故障处理任务。
本发明上述实施例中的调度机制采用基于静态优先级的顺序令牌(Token)通讯机制保证各整个分布式站点发送数据的协调性和同步性，拥有令牌的站点(主站和从站)依次(预定顺序)完成如下任务：(a)通过指令/应答(Request/Response)完成上游站点的数据接收；(b)根据(a)中接收数据和本占中寄存数据完成计算任务；(c)通过指令/应答(Request/Response)完成至下游站点的令牌传送。
在本发明的一些实施例中，令牌通讯的一种(不限于)预定循环传递顺序为：主站(Server)——>第一从站(Slave01)——>第二从站(Slave02)——>第三从站(Slave03)——>第四从站(Slave04)——>主站(Server)。
在本发明的一些实施例中，本发明中分布式网络的起动过程可以包括：主站(Server)定周期依次发送轮询各从站的指令(Request)，待接收某一从站初始化完毕后的应答(Response)指令后，转移至下一个主站直至所有的从站均完成初始化，整个网络进行进入就绪或者延时后进入正常工作的令牌循环通讯的工作状态。
本发明上述实施例中每一各分布式站点(主站和从站)采用基于优先级抢占任务调度机制保证每个站点的实时性，按照优调度器根据优先级高低顺序进行单机的任务调度，若检测发现存在仿真任务超过预定时间，则实时监控任务则启动故障处理任务。
基于本发明上述实施例提供的航空发动机控制原型闭环仿真方法所开展的快速原型仿真，在基于模型设计(MBD)流程的前提下，简化了耗时的系统测试相关开发活动，缩短了控制系统(或控制软件)需求与源代码实现的距离，改进了系统设计人员开展需求建模的质量，从而避免了机载控制软件开发集成阶段频发的需求不正确、需求不完整、需求实现冲突等错误，提高了发动机控制系统设计从系统需求(或软件需求)到软件模型的开发质量和效率。
本发明上述实施例基于对航空发动机控制逻辑及算法软件开发的认识，融合了可视化的逻辑和算法模型设计，并对模型生成的源代码进行集成后快速原型仿真，从而打破了控制工程师和软件工程师在控制系统软件开发过程的专业鸿沟，使得系统工程师能够快速打通需求、设计、建模、代码生成和集成调试的流程，软件工程师则更关注与机载软件架构的优化、操作系统底层算法效率、软件测试效率和质量提升。
根据本发明的另一方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述指令被处理器执行时实现如上述任一实施例所述的航空发动机控制原型闭环仿真方法。
基于本发明上述实施例提供的计算机可读存储介质所开展的快速原型仿真，在基于模型设计(MBD)流程的前提下，大大简化了耗时的系统测试相关开发活动，缩短了控制系统(或控制软件)需求与源代码实现的距离，改进了系统设计人员开展需求建模的质量，从而避免了机载控制软件开发集成阶段频发的需求不正确、需求不完整、需求实现冲突等错误，提高了发动机控制系统设计从系统需求(或软件需求)到软件模型的开发质量和效率。
在上面所描述的航空发动机控制原型闭环仿真系统可以实现为用于执行本申请所描述功能的通用处理器、可编程逻辑控制器(PLC)、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件或者其任意适当组合。
至此，已经详细描述了本发明。为了避免遮蔽本发明的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
Claims (20)
1.一种航空发动机控制原型闭环仿真系统，其特征在于，
所述航空发动机控制原型闭环仿真系统，用于加载根据模板格式定义的基于需求设计的测试用例；并根据所述测试用例，对航空发动机控制原型闭环仿真系统的各个模块进行快速原型仿真验证；
其中，所述航空发动机控制原型闭环仿真系统包括：
测试用例模块，用于存储测试用例文件；
测试用例加载模块，用于从测试用例模块中读取测试用例文件，并将测试用例文件转换为测试激励信号，随后将测试激励信号发送至被控对象模块；
被控对象模块，用于将接收到的测试激励信号转换为可被电子控制器采集的模拟电信号，并将所述模拟电信号发送至接口适配模块；
接口适配模块，用于通过刷新操作将接收到的所述模拟电信号更新至全局变量或者从全局变量更新至对应的模拟电信号；
操作平台模块，用于将从全局变量中更新出模拟电信号并将所述模拟电信号转换为对应的码值信号，然后将所述码值信号转换和标定为与对应实际电信号大小相同的物理量信号，最后将物理量信号发送至快速原型控制模块；
快速原型控制模块，用于根据接收到的物理量信号确定控制电信号，并将所述控制电信号转换发送至操作平台模块，其中，操作平台模块还用于将所述控制电信号转换为数码值，并将数码值转换为模拟电信号，并发送至接口适配模块；
接口适配模块，用于将来自操作平台模块的模拟电信号刷新至全局变量，并将所述全局变量发送被控对象模块。
2.根据权利要求1所述的航空发动机控制原型闭环仿真系统，其特征在于：
测试用例加载模块，还用于读取、转换和加载测试用例文件。
3.根据权利要求2所述的航空发动机控制原型闭环仿真系统，其特征在于：
快速原型控制模块，还用于实现发动机控制系统的控制功能，其中，所述控制功能包括控制量计算、故障诊断处理和输入信号处理；
测试用例加载模块，还用于将测试用例文件输入快速原型控制模块，以测试快速原型控制模块的功能。
4.根据权利要求3所述的航空发动机控制原型闭环仿真系统，其特征在于：
被控对象模块，还用于实现发动机控制系统组成部件功能的模拟，其中，所述发动机控制系统组成部件功能包括燃油系统功能、执行机构功能、发动机运行特性功能和传感器功能中的至少一项。
5.根据权利要求4所述的航空发动机控制原型闭环仿真系统，其特征在于，还包括：
数据记录模块，用于记录快速原型控制模块和被控对象模块之间交互数据。
6.根据权利要求5所述的航空发动机控制原型闭环仿真系统，其特征在于：
接口适配模块，还用于模拟快速原型控制模块输出至被控对象模块的信号。
7.根据权利要求6所述的航空发动机控制原型闭环仿真系统，其特征在于：
操作平台模块，还用于将接口适配模块和快速原型控制模块之间的信号进行相互转换。
8.根据权利要求7所述的航空发动机控制原型闭环仿真系统，其特征在于，还包括：
调度模块，用于实现对快速原型控制模块、被控对象模块、测试用例加载模块、数据记录模块、接口适配模块和操作平台模块的调度和信号量的定义。
9.根据权利要求8所述的航空发动机控制原型闭环仿真系统，其特征在于，还包括：
共享库模块，用于为调度模块、快速原型控制模块、被控对象模块、测试用例加载模块、数据记录模块、接口适配模块和操作平台模块提供最底层调用函数的实现。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的航空发动机控制原型闭环仿真系统，其特征在于，被控对象模块包括信号读取单元、燃油部件计算单元、执行机构计算单元、发动机模型计算单元和传感器模型计算单元，其中：
信号读取单元，用于通过刷新操作从所述全局变量中读出对应燃油部件和执行机构的电信号，将对应燃油部件的电信号传送至燃油部件计算单元、将执行机构的电信号传送至执行机构计算单元，以完成部件状态和输出更新；
发动机模型计算单元，用于在发动机模型计算单元最新的输入状态下完成最新的发动机状态更新；
传感器模型计算单元，用于根据最新感受到的发动机状态，完成对应的传感器电信号输出，并将对应的传感器电信号发送至接口适配模块。
11.根据权利要求1-9中任一项所述的航空发动机控制原型闭环仿真系统，其特征在于，
所述航空发动机控制原型闭环仿真系统采用基于时间触发的主从分布式架构，其中，所述主从分布式架构包括一个主站和至少一个从站。
12.根据权利要求11所述的航空发动机控制原型闭环仿真系统，其特征在于，
所述航空发动机控制原型闭环仿真系统的各个模块分别设置于不同的计算机节点；
各分布式站点均为计算机节点，其中，各分布式站点包括主站和至少一个从站。
13.根据权利要求12所述的航空发动机控制原型闭环仿真系统，其特征在于，
每一计算机节点均包括中央处理器、通讯接口硬件、总线转换模块、内存、外存和总线。
14.根据权利要求13所述的航空发动机控制原型闭环仿真系统，其特征在于，各计算机节点之间通过高速总线实现计算机节点之间的数据传递。
15.根据权利要求14所述的航空发动机控制原型闭环仿真系统，其特征在于，
主站为主调度节点，共享库模块和调度模块设置在主调度节点；
第一从站为控制逻辑仿真节点，接口适配模块、操作平台模块和快速原型控制模块设置在控制逻辑仿真节点；
第二从站为测试用例加载节点，测试用例模块和测试用例加载模块设置在测试用例加载节点；
第三从站为被控对象节点，被控对象模块设置在被控对象节点；
第四从站为数据记录节点，数据记录模块设置在数据记录节点。
16.一种航空发动机控制原型闭环仿真方法，其特征在于，包括：
加载根据模板格式定义的基于需求设计的测试用例；
根据所述测试用例，对航空发动机控制原型闭环仿真系统的各个模块进行快速原型仿真验证；
其中，所述根据所述测试用例，对航空发动机控制原型闭环仿真系统的各个模块进行快速原型仿真验证包括：
测试用例模块存储测试用例文件；
测试用例加载模块从测试用例模块中读取测试用例文件，并将测试用例文件转换为测试激励信号，随后将测试激励信号发送至被控对象模块；
被控对象模块将接收到的测试激励信号转换为可被电子控制器采集的模拟电信号，并将所述模拟电信号发送至接口适配模块；
接口适配模块通过刷新操作将接收到的所述模拟电信号更新至全局变量；
操作平台模块将从全局变量中更新出模拟电信号并将所述模拟电信号转换为对应的码值信号，然后将所述码值信号转换和标定为与对应实际电信号大小相同的物理量信号，最后将物理量信号发送至快速原型控制模块；
快速原型控制模块根据接收到的物理量信号确定控制电信号，并将所述控制电信号转换发送至操作平台模块；
操作平台模块将所述控制电信号转换为数码值，并将数码值转换为模拟电信号，并发送至接口适配模块；
接口适配模块将来自操作平台模块的模拟电信号刷新至全局变量，并将所述全局变量发送被控对象模块。
17.根据权利要求16所述的航空发动机控制原型闭环仿真方法，其特征在于，
所述航空发动机控制原型闭环仿真系统为如权利要求1-15中任一项所述的航空发动机控制原型闭环仿真系统。
18.根据权利要求16或17所述的航空发动机控制原型闭环仿真方法，其特征在于，所述根据所述测试用例，对航空发动机控制原型闭环仿真系统的各个模块进行快速原型仿真验证还包括：
被控对象模块实现发动机控制系统组成部件功能的模拟，其中，所述发动机控制系统组成部件功能包括燃油系统功能、执行机构功能、发动机运行特性功能和传感器功能中的至少一项。
19.根据权利要求16或17所述的航空发动机控制原型闭环仿真方法，其特征在于，还包括：
在所述航空发动机控制原型闭环仿真系统研制过程中根据图形化的模型生成的代码构成所述航空发动机控制原型闭环仿真系统的各个模块。
20.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述指令被处理器执行时实现如权利要求16-19中任一项所述的航空发动机控制原型闭环仿真方法。
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