CN111859551A - 一种用于应急方案测试的实时仿真验证系统及验证方法 - Google Patents

一种用于应急方案测试的实时仿真验证系统及验证方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于应急方案测试的实时性仿真验证系统及验证方法，其中，用于应急方案测试的实时性仿真验证系统包括：故障模拟计算机，设置有故障模拟软件，用于模拟飞机上的各个设备的故障，生成故障信息；飞控计算机，设置有应急处理软件和飞行控制与管理软件，其中，应急处理软件用于根据故障信息判定设备故障类型，设置故障等级，生成故障信息处理结果；飞行控制与管理软件用于根据故障信息处理结果执行对飞机的应急操作；以及实时飞机模型仿真计算机，设置有实时飞机模型仿真软件，用于在实时仿真环境下运行飞机的六自由度仿真模型，模拟飞机在实时仿真环境下的运动状态。

Description

一种用于应急方案测试的实时仿真验证系统及验证方法
技术领域
本发明涉及测试和仿真领域，特别是涉及一种用于应急方案测试的实时仿真验证系统及方法。
背景技术
安全是航空飞行器永恒的主题，保障飞行器安全飞行是生存和发展的基础。在飞行过程中，受外界环境的不断干扰和设备稳定性的影响，飞机可能会遇到各种故障，如果没有预先设定应急处理方案，很可能发生意外事故，因此，设计高可靠性的应急处理方案对于航空安全具有非常重要的意义。
在完成应急方案设计后，需要根据故障类型进行大量、全面的验证测试，用以验证方案的正确性。现有的应急方案测试软件一般基于非实时操作系统，无法满足实时性要求高的被测对象的测试需求。例如，飞行控制系统作为飞行器研制中的重要组成部分，功能结构复杂，内部的时序控制要求高，相应的对其测试与仿真也提出了更高要求。采用传统应急方案测试软件很难满足系统的实时性要求。
针对传统应急方案测试软件很难满足系统的实时性要求的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
(一)要解决的技术问题
针对传统应急方案测试软件很难满足系统的实时性要求的问题，本发明提供了一种用于应急方案测试的实时性仿真验证系统，提高了系统实时性，达到设计要求。
(二)技术方案
为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种用于应急方案测试的实时性仿真验证系统，包括：故障模拟计算机，设置有故障模拟软件，用于模拟飞机上的各个设备的故障，生成故障信息；飞控计算机，设置有应急处理软件和飞行控制与管理软件，其中，应急处理软件用于根据故障信息判定设备故障类型，设置故障等级，生成故障信息处理结果；飞行控制与管理软件用于根据故障信息处理结果执行对飞机的应急操作；以及实时飞机模型仿真计算机，设置有实时飞机模型仿真软件，用于在实时仿真环境下运行飞机的六自由度仿真模型，模拟飞机在实时仿真环境下的运动状态。
可选地，故障模拟软件用于模拟飞机上的各个设备的故障包括：故障模拟软件用于模拟飞机上的一个设备的单一故障，以及/或者用于模拟按照时间顺序出现的不同设备的故障组合。
可选地，故障信息包括机载设备和飞行状态的故障信息。
可选地，机载设备包括以下至少之一：组合导航仪、备份组合导航仪、无线电高度表、能源系统、大气机、飞控计算机、电机、记载数据链终端设备、伺服系统；飞行状态包括以下至少之一：飞行速度、飞行姿态、飞行航线。
可选地，设备故障类型包括以下至少之一：GPS失锁、数据中断、导航无效、数据无效、设备配电器异常、空速无效、主飞控机异常、转速异常、遥控中断、舵面卡死。
可选地，根据故障信息处理结果执行对飞机的应急操作包括：在应急管理中，飞机根据当前的故障信息处理结果，对飞机的航线、飞机的航点、电机控制、舵机控制、姿态控制、速度控制输入相应的控制指令，保证飞机安全返航。
可选地，飞机的六自由度仿真模型包括根据输入的舵机、电机控制指令，完成气动力、气动力矩、电机拉力和电机力矩的计算，并完成飞机各运动状态的解算。
可选地，飞机运动状态包括以下至少之一：飞机位置速度信息、姿态信息、角速度、加速度。
本发明另一方面提供了一种用于应急方案测试的实时仿真验证方法，包括：在故障模拟计算机内运行故障模拟软件，模拟飞机上的各个设备的故障，生成故障信息；在飞控计算机内运行应急处理软件和飞行控制与管理软件，通过应急处理软件根据故障信息判定设备故障类型，设置故障等级，生成故障信息处理结果，通过飞行控制与管理软件根据故障信息结果执行对飞机的应急操作；以及在实施飞机模型仿真计算机内运行实时飞机模型仿真软件，在实时仿真环境下运行飞机的六自由度仿真模型，模拟飞机在实时仿真环境下的运动状态量。
可选地，上述方法还包括：对飞机的飞行状态进行监控；确定飞机的飞行状态是否与应急方案一致；以及在确定飞机的飞行状态与应急方案不一致的情况下，应急方案进行修正。
(三)有益效果
(1)本发明将故障模拟软件平台设计思路与实时仿真系统相结合，完成了机载设备、飞行状态的故障模拟，实现了测试、仿真、监控一体化。
(2)采用本发明的技术方案，解决了传统应急方案测试过程中很难满足系统的实时性要求的问题，提高了系统实时性，达到了设计要求，可应用于某型号飞行器的半实物仿真试验。
附图说明
图1示意性示出了根据本发明实施例的一种用于应急方案测试的实时性仿真验证系统的结构框图。
图2示意性示出了根据本发明实施例的机载设备和飞行状态的故障类型的结构框图。
图3示意性示出了根据本发明实施例的飞行控制与管理软件的功能结构框图。
图4示意性示出了根据本发明实施例的在实时仿真环境下运行飞机的六自由度仿真模型的结构框图。
图5示意性示出了根据本发明实施例的一种用于应急方案测试实时仿真验证方法的流程示意图。
图6示意性示出了根据本发明实施例的应急处理软件的工作流程操作的示意图。
图7示意性示出了根据本发明另一实施例的一种用于应急方案测试实时仿真验证方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
本发明提供了一种用于应急方案测试实时仿真验证系统及验证方法，将故障模拟软件平台设计思路与实时仿真系统相结合，完成了机载设备、飞行状态的故障模拟，实现了测试、仿真、监控一体化，用本发明的技术方案，解决了传统应急方案测试过程中很难满足系统的实时性要求的问题，提高了系统实时性，达到了设计要求。
具体地，作为本发明的一方面，提供一种用于应急方案测试实时仿真验证系统，图1示意性示出了根据本发明实施例的一种用于应急方案测试的实时性仿真验证系统的结构框图。
如图1所示，应急方案测试实时仿真验证系统100包括：故障模拟计算机110、飞控计算机120、实时飞机模型仿真计算机130。
根据本发明的实施例，故障模拟计算机110设置有故障模拟软件，用于模拟飞机上的各个设备的故障，生成故障信息。
根据本发明的实施例，故障模拟软件可以用于模拟飞机上的一个设备的单一故障，以及/或者用于模拟按照时间顺序出现的不同设备的故障组合。
根据本发明的实施例，例如，飞机上的一个设备出现故障后，在预设一段时间之后，另一个设备也出现故障，并且另一个设备的故障等级明显高于先出现故障的设备，则以故障等级高的设备故障信息进行应急处理。
根据本发明的实施例，飞控计算机120设置有应急处理软件121和飞行控制与管理软件122，其中，应急处理软件121用于根据故障信息判定设备故障类型，设置故障等级，生成故障信息处理结果；飞行控制与管理软件用于根据故障信息处理结果执行对飞机的应急操作。
根据本发明的实施例，故障信息包括机载设备和飞行状态的故障信息。
根据本公告开的实施例，故障类型可以包括各个故障机载设备对应不同的一个或者多个设备故障类型。
例如，图2示意性示出了根据本发明实施例的机载设备和飞行状态的故障类型的结构框图。
如图2所示，机载设备可以包括以下至少之一：组合导航仪、备份组合导航仪、无线电高度表、能源系统、大气机、飞控计算机、电机、记载数据链终端设备、伺服系统。飞行状态可以包括以下至少之一：飞行速度、飞行姿态、飞行航线。
具体地，各个故障机载设备对应的设备故障类型包括GPS失锁、数据中断、导航无效、数据无效、设备配电器异常、空速无效、主飞控机异常、转速异常、遥控中断、舵面卡死等。
根据本发明的实施例，飞行控制与管理软件122还用于根据模拟传感器信息，实现航路计算、制导指令生成、控制指令生成，并且根据故障信息处理结果，执行对飞机的应急操作。
图3示意性示出了根据本发明实施例的飞行控制与管理软件的功能结构框图。
如图3所示，飞行控制与管理软件122的功能可以包括：姿态稳定控制、飞行航迹控制、电机控制、伺服系统控制、起飞降落控制、自主导航与定位、飞行任务管理、飞行模态管理、机载设备监控与管理、数据链监控与管理、飞行状态数据管理、应急管理等。
根据本发明的实施例，在应急管理中，根据故障信息处理结果执行对飞机的应急操作可以包括：对飞行航线、飞行航点、电机控制、舵机控制、姿态控制、速度控制等输入相应的控制指令，保证飞机安全返航。
根据本发明的实施例，实时飞机模型仿真计算机130，设置有实时飞机模型仿真软件，用于在实时仿真环境下运行飞机的六自由度仿真模型，模拟飞机在实时仿真环境下的运动状态。
图4示意性示出了根据本发明实施例的在实时仿真环境下运行飞机的六自由度仿真模型的结构框图。
如图4所示，在实时仿真环境下运行飞机的六自由度仿真模型，根据输入的舵机、电机控制指令，得到输入舵控量和电机转速数据，通过气动力计算模块、气动力矩计算模块和电机计算模块，完成气动力、气动力矩、电机拉力和电机力矩的计算，得到气动力与电机拉力的总力计算和气动力矩与电机力矩的总力矩计算，利用运动学方程计算模块，结算飞机各运动状态的参数。完成飞机各运动状态的解算。
根据本发明的实施例，飞机各运动状态参数可以包括飞机位置速度信息、姿态信息、角速度、加速度等。
根据本发明的实施例，通过故障模拟软件，用于模拟飞机上的各个设备的故障，生成故障信息；应急处理软件和飞行控制与管理软件，其中，应急处理软件用于根据故障信息判定设备故障类型，设置故障等级，生成故障信息处理结果，飞行控制与管理软件用于根据故障信息处理结果执行对飞机的应急操作；实时飞机模型仿真软件，用于在实时仿真环境下运行飞机的六自由度仿真模型，模拟飞机在实时仿真环境下的运动状态，从而将故障模拟软件平台设计思路与实时仿真系统相结合，完成了机载设备、飞行状态的故障模拟，实现了测试、仿真、监控一体化，解决了传统应急方案测试过程中很难满足系统的实时性要求的问题，提高了系统实时性，达到了设计要求，可应用于某型号飞行器的半实物仿真试验。
具体地，作为本发明的另一方面，提供一种用于应急方案测试实时仿真验证方法，图5示意性示出了根据本发明实施例的一种用于应急方案测试实时仿真验证方法的流程示意图。
如图5所示，该验证方法包括操作S501～S503。
在操作S501，在故障模拟计算机内运行故障模拟软件，模拟飞机上的各个设备的故障，生成故障信息。
在操作S502，在飞控计算机内运行应急处理软件和飞行控制与管理软件，通过应急处理软件根据故障信息判定设备故障类型，设置故障等级，生成故障信息处理结果，通过飞行控制与管理软件根据故障信息结果执行对飞机的应急操作。
在操作S503，在实时飞机模型仿真计算机内运行实时飞机模型仿真软件，在实时仿真环境下运行飞机的六自由度仿真模型，模拟飞机在实时仿真环境下的运动状态量。
下面参考图6，对图5中飞控计算机内运行的应急处理软件的工作流程作进一步说明。
图6示意性示出了根据本发明实施例的应急处理软件的工作流程操作的示意图。
如图6所示，该流程操作包括S601～S608。
在操作S601，将根据故障模拟软件模拟的设备故障信息输入到飞控计算机内的应急处理模块，开始进行逻辑解算。
在操作S602，通过飞控计算机完成对故障信息逻辑解算后，生成当前故障对应的故障类型和故障等级。
在操作S603，判定当前飞机的飞行模式和飞行阶段是否为应急模式和应急阶段。
在操作S604，如果当前飞机飞行状态是应急模式和应急阶段，说明飞机当前已经处于应急飞行状态。
在操作S605，如果当前飞机飞行状态不是应急模式和应急阶段，说明飞机当前处于正常飞行状态，继续飞行，当飞机某一设备出现故障时，将当前飞行模式和飞行阶段置为应急模式和应急阶段，是飞机进入应急飞行状态。
在操作S606，对飞机当前的应急故障等级与新输入的应急故障等级进行对比判断。
在操作S607，如果当前应急故障等级高，说明飞机当前的故障类型更严重，继续按照当前的应急处理结果执行应急操作。
在操作S608，如果当前应急故障等级低，说明飞机新出现的故障类型更严重，则将飞机的应急处理结果进行更新，按照新的处理结果执行后续飞行。
图7示意性示出了根据本发明另一实施例的一种用于应急方案测试实时仿真验证方法的流程示意图。
如图7所示，该验证方法包括S701～S708。
在操作S701，在飞控计算机内通过应急处理软件预先设定需要测试的故障时机(飞机处于何种飞行状态)、故障时机的故障设备和故障类型。
在操作S702，设置初始状态参数，运行实时飞机模型仿真计算机。
在操作S703，对故障模拟计算机进行初始化，运行故障模拟软件，使各设备均处于正常工作状态。
在操作S704，运行应急处理软件，并观察飞机飞行状态是否达到故障时机。
在操作S705，如果达到故障时机，根据预先设定的故障设备和故障类型，使该设备处于该类型的故障模式下。
在操作S706，在飞控计算内通过飞行控制与管理软件对飞机的飞行状态进行监控，观察飞机的飞行模式、飞行阶段、飞行状态等变化情况是否与应急方案相一致。
在操作S707，如果一致，证明应急方案执行正确，测试结束。
在操作S708，如果不一致，对应急处理程序进行优化修改，重新进行测试。
以上的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于应急方案测试的实时仿真验证系统，其特征在于，包括：
故障模拟计算机，设置有故障模拟软件，用于模拟飞机上的各个设备的故障，生成故障信息；
飞控计算机，设置有应急处理软件和飞行控制与管理软件，其中，所述应急处理软件用于根据所述故障信息判定设备故障类型，设置故障等级，生成故障信息处理结果，所述飞行控制与管理软件用于根据所述故障信息处理结果执行对飞机的应急操作；以及
实时飞机模型仿真计算机，设置有实时飞机模型仿真软件，用于在实时仿真环境下运行所述飞机的六自由度仿真模型，模拟所述飞机在所述实时仿真环境下的运动状态。
2.根据权利要求1所述的实时仿真验证系统，其特征在于，所述故障模拟软件用于模拟飞机上的各个设备的故障包括：
所述故障模拟软件用于模拟所述飞机上的一个设备的单一故障，以及/或者用于模拟按照时间顺序出现的不同设备的故障组合。
3.根据权利要求1所述的实时仿真验证系统，其特征在于，所述故障信息包括机载设备和飞行状态的故障信息。
4.根据权利要求3所述的实时仿真验证系统，其特征在于，包括：
所述机载设备包括以下至少之一：组合导航仪、备份组合导航仪、无线电高度表、能源系统、大气机、飞控计算机、电机、用于记载数据链终端设备、伺服系统；
所述飞行状态包括以下至少之一：飞行速度、飞行姿态、飞行航线。
5.根据权利要求1所述的实时仿真验证系统，其特征在于，所述设备故障类型包括以下至少之一：
GPS失锁、数据中断、导航无效、数据无效、设备配电器异常、空速无效、主飞控机异常、转速异常、遥控中断、舵面卡死。
6.根据权利要求1所述的实时仿真验证系统，其特征在于，所述根据所述故障信息处理结果执行对飞机的应急操作包括：
在应急管理中，所述飞机根据当前的所述故障信息处理结果，对所述飞机的航线、所述飞机的航点、电机控制、舵机控制、姿态控制、速度控制输入相应的控制指令，保证飞机安全返航。
7.根据权利要求1所述的实时仿真验证系统，其特征在于，包括：
所述飞机的六自由度仿真模型包括根据输入的舵机、电机控制指令，完成气动力、气动力矩、电机拉力和电机力矩的计算，并完成飞机各运动状态的解算。
8.根据权利要求1所述的实时仿真验证系统，其特征在于，包括：
所述飞机运动状态包括以下至少之一：飞机位置速度信息、姿态信息、角速度、加速度。
9.一种用于应急方案测试的实时仿真验证方法，包括：
在故障模拟计算机内运行故障模拟软件，模拟飞机上的各个设备的故障，生成故障信息；
在飞控计算机内运行应急处理软件和飞行控制与管理软件，通过所述应急处理软件根据所述故障信息判定设备故障类型，设置故障等级，生成故障信息处理结果，通过所述飞行控制与管理软件根据所述故障信息结果执行对飞机的应急操作；以及
在实施飞机模型仿真计算机内运行实时飞机模型仿真软件，在实时仿真环境下运行所述飞机的六自由度仿真模型，模拟所述飞机在所述实时仿真环境下的运动状态量。
10.根据权利要求9所述的实时仿真验证方法，其特征在于，还包括：
对所述飞机的飞行状态进行监控；
确定所述飞机的飞行状态是否与应急方案一致；以及
在确定所述飞机的飞行状态与所述应急方案不一致的情况下，所述应急方案进行修正。
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