CN112631149A - 一种直升机液压能源仿真测试平台 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例涉及测试技术领域，特别涉及一种直升机液压能源仿真测试平台，采用半实物仿真的方法对液压能源进行仿真测试，液压能源系统为真实实物，液压用户系统构建等效负载，模拟液压子系统在执行动作任务时的负载流量和压力，将动作任务的执行部件、控制策略用仿真模型代替，将仿真模型及模拟负载有机的联合起来，构成实时仿真闭环系统，实现对直升机液压能源系统进行试验研究，将实验室无法搭建的直升机液压能源系统外围工况用仿真模型模拟，从而解决全数字仿真置信度低，不能满足直升机液压能源轻量化、智能化、高维护性、高可靠性的研制需求，并解决完全实物验证试验，试验成本高，周期长，不便进行优化迭代试验的问题。
Description
技术领域
本申请实施例涉及测试技术领域，特别涉及一种直升机液压能源仿真测试平台。
背景技术
随着直升机技术的发展，直升机飞控系统、起落架系统、刹车系统等液压子系统的技术的进步，直升机液压能源系统也在发生变革，轻量化、智能化、高维护性、高可靠性是直升机液压能源系统发展的趋势，如何对直升机液压能源系统的功能、性能进行试验研究，如何对研发过程中的一些关键技术问题进行验证显得尤为重要。
传统试验的方法对液压能源系统进行研究需联合外部负载设备进行联试，试验成本高，周期长，不便进行优化迭代试验，局限性较大；采用全数字仿真可以实现对液压能源系统定性研究，但定量研究可信度不高，得到的试验数据的可信度有待验证。
发明内容
本发明实施方式的目的在于提供一种直升机液压能源仿真测试平台，解决了现有技术中传统液压能源测试试验成本高、局限性较大，全数字仿真测试的定量研究可信度不高，得到的试验数据的可信度有待验证的问题。
为解决上述技术问题，第一方面，本发明的实施方式提供了一种直升机液压能源仿真测试平台，包括液压能源系统、液压用户系统和仿真系统；
所述液压能源系统，用于为所述液压用户系统提供液压动力；
所述液压用户系统包括若干液压子系统，每个所述液压子系统用于模拟一个或一套动作任务，并确定执行对应动作任务时的实时压力和流量；
所述仿真系统，用于构建液压子系统仿真模型，每个所述液压子系统仿真模型对应一个所述液压子系统；所述液压子系统仿真模型用于采集对应液压子系统输出的压力和流量，并根据所述压力和流量仿真与所述动作任务相匹配的动作。
本发明实施方式相对于现有技术而言，采用半实物仿真的方法对液压能源进行仿真测试，其中，液压能源系统为真实实物，通过液压用户系统构建等效负载，模拟液压子系统在执行动作任务时的负载流量和压力，将动作任务的执行部件、控制策略用仿真模型代替，将仿真模型及模拟负载有机的联合起来，构成实时仿真闭环系统，实现对直升机液压能源系统进行试验研究，将实验室无法搭建的直升机液压能源系统外围工况用仿真模型模拟，在实验室进行直升机液压能源系统联试试验；从而解决全数字仿真置信度低，不能满足直升机液压能源轻量化、智能化、高维护性、高可靠性的研制需求，并解决完全实物验证试验，试验成本高，周期长，不便进行优化迭代试验的问题。
另外，所述仿真测试平台还包括控制系统，所述控制系统用于根据所述动作任务输出用于控制对应液压子系统的第一控制信号。控制系统也采用真实实物，通过控制系统对液压子系统进行控制，能够更加贴近对液压能源系统和液压子系统的控制，提高数据置信度。
另外，所述液压用户系统包括若干液压组件，每个所述液压组件对应一个液压子系统；
所述液压组件用于根据所述第一控制信号模拟对应的液压子系统执行所述动作任务，并在确定执行对应动作任务时的压力和流量。通过液压组件对液压子系统进行等效模拟，进而能够对各液压子系统在执行动作任务时的实时流量和压力，不需要为每个液压子系统都提供真实负载，通过等效负载模拟即能够实现同等效果，缩短研制周期、降低研制成本、提高研制开发效率、提升系统研发能力。
另外，所述液压组件包括液压控制阀组、流量传感器和压力传感器；
所述液压子系统包括主旋翼、尾旋翼、刹车、舱门作动器和起落架；
所述液压子系统仿真模型包括主旋翼模型、尾旋翼模型、刹车模型、舱门作动模型和起落架模型。用液压控制阀组、流量传感器、压力传感器等液压元件模拟主旋翼、尾旋翼、机轮刹车、舱门作动、起落架收放等液压子系统负载压力和流量，通过等效负载模拟即能够实现同等效果。
另外，所述控制系统还用于根据所述动作任务向所述液压能源系统发送第二控制信号；
所述液压能源系统接收所述控制系统输出的第二控制信号，根据所述第二控制信号为所述液压用户系统提供液压动力，并向所述控制系统反馈液压信号。液压能源系统模拟直升机液压能源系统，为各液压子系统提供一定压力和流量的液压能，实现直升机液压能源轻量化、智能化、高维护性、高可靠性的研制需求。
另外，所述液压子系统仿真模型包括管路子模型、作动器子模型和传感器；
所述管路子模型用于模拟对应液压子系统的液压管路；
所述作动器子模型用于根据压力和流量解算出对应的动作信号，根据所述动作信号执行动作任务；
所述传感器用于将所述动作信号反馈至所述控制系统。将实验室无法搭建的直升机液压能源系统外围工况用仿真模型模拟，在实验室进行直升机液压能源系统联试试验，从而实现对液压能源系统的功能、性能以及动态特性等进行仿真测试。
另外，所述仿真测试平台还包括接口适配箱；
所述接口适配箱包括模拟量输入/输出模块、数字量输入/输出模块、429总线、1553B总线和串口；
所述液压用户系统通过所述接口适配箱连接所述仿真系统。通过各个接口，实现仿真系统与实物设备之间的互联互通，使液压能源系统、液压用户系统等仿真试验实物的控制指令和反馈信号与仿真系统的匹配，实现将各个实物设备有机结合在一起组成完整的系统，从而可以进行完整系统的半实物仿真测试。
另外，所述液压子系统仿真模型通过Matlab、Simulink或AMEsim构建。基于Matlab、Simulink或AMEsim软件，有很高的兼容性，可对液压用户系统等的全数字仿真模型进行建模。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1是根据本发明第一实施例的一种直升机液压能源仿真测试平台结构框图；
图2是根据本发明第一实施例的一种直升机液压能源仿真测试平台的架构图；
图3是根据本发明第二实施例的一种直升机液压能源仿真测试平台结构框图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。以下各个实施例的划分是为了描述方便，不应对本发明的具体实现方式构成任何限定，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。
本申请实施例中的术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。本申请的描述中，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列部件或单元的系统、产品或设备没有限定于已列出的部件或单元，而是可选地还包括没有列出的部件或单元，或可选地还包括对于这些产品或设备固有的其它部件或单元。本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
采用传统试验的方法对液压能源系统进行研究需联合外部负载设备进行联试，试验成本高，周期长，不便进行优化迭代试验；采用全数字仿真可以实现对液压能源系统定性研究，但定量研究可信度不高，得到的试验数据的可信度有待验证。
因此，本发明实施例提供一种直升机液压能源仿真测试平台，采用半实物仿真的手段对液压能源进行仿真测试，液压能源系统采用真实实物，与之相连的负载均采用等效负载，模拟负载流量和压力，同时可以将执行部件、控制策略、控制率用模型代替，通过实时仿真系统将模型、模拟负载以及真实实物有机的联合起来，构成实时仿真闭环系统，实现对直升机液压能源系统进行试验研究。以下将通过多个实施例进行展开说明和介绍。
本发明的第一实施例涉及一种直升机液压能源仿真测试平台。如图1中所示，所述仿真测试平台包括液压能源系统10、液压用户系统20和仿真系统30；
所述液压能源系统10，用于为所述液压用户系统20提供液压动力；液压能源系统10作为动力源，需要为液压用户系统20提供足够大的液压动力，以使所有液压子系统都能够执行其相应的动作任务；
所述液压用户系统20包括若干液压子系统，每个所述液压子系统用于模拟一个或一套动作任务，并确定执行对应动作任务时的实时压力和流量；液压能源系统10提供的液压动力(即压力和流量)是恒定的，而每个液压子系统需要根据自身的动作任务对做相应的调整，以得到其在执行该动作任务时的实时的压力和流量；
具体地，直升机的液压子系统包括主旋翼201、尾旋翼202、刹车203、舱门作动器204和起落架205等等，在具体控制时，每个液压子系统执行的动作不一样，因此，其所需的流量和压力也不同，本实施例中，通过液压组件模拟液压子系统，一个液压组件对应一个液压子系统；液压组件包括液压控制阀组、流量传感器和压力传感器等液压元件，其中，液压控制阀组中包括控制压力的压力控制阀，控制流量的流量控制阀，以及控制通、断和流向的方向控制阀，分别用来控制液体压力、流量和方向；通过压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀的组合，对液压能源系统10提供的液压动力进行调整，以实现对主旋翼201、尾旋翼202、刹车203、舱门作动器204和起落架205等液压子系统中压力和流量的模拟，并通过压力传感器和流量传感器采集执行对应动作任务时的压力和流量；不需要为每个液压子系统都提供真实负载，通过等效负载模拟即能够实现同等效果，缩短研制周期、降低研制成本、提高研制开发效率、提升系统研发能力。
所述仿真系统30，用于构建液压子系统仿真模型，每个所述液压子系统仿真模型对应一个所述液压子系统；所述液压子系统仿真模型用于采集对应液压子系统输出的压力和流量，并根据所述压力和流量仿真与所述动作任务相匹配的动作。所述液压子系统仿真模型包括管路子模型、作动器子模型和传感器；所述管路子模型用于模拟对应液压子系统的液压管路；所述作动器子模型用于根据所述压力和流量解算出对应的动作信号，根据所述动作信号执行动作任务。
具体地，本实施例中仿真测试平台使用Windows操作系统，通过上位机构建仿真测试平台，如图2中所示，其中，上位机将系统分为系统开发层、仿真运行层和接口辅助层；系统开发层是整个仿真测试试验系统的上位机业务层级，负责整个业务工作的离线设计开发工作。系统开发层主要由高性能商用工作站计算机构成，主要完成各液压子系统的开发、试验主控软件开发等工作，同时也是整个仿真测试的运行平台。该层使用Windows操作系统，系统模型的建模主要基于Matlab、Simulink或AMEsim软件，也对其他许多专用建模工具有很高的兼容性。
仿真运行层是整个仿真测试平台的核心支撑层，所有离线开发的液压能源系统10、液压子系统等模型在运算动作层上进行实时化的运行，从而进行液压源系统的动态测试试验。根据离线设计的测试用例，系统依照设计的时序，在对各数学模型进行解算的同时，通过各通讯或总线板卡以及规定的接口向被测单机设备(液压能源系统10或液压子系统)发送激励信号，同样被测设备的反馈信号通过板卡采集后返回相应的模型中去，形成动态闭环。
接口辅助层是整个仿真试验系统能够完成半实物仿真试验以及与各个实物设备进行互联互通的关键层级。如图2中所示，通过设置接口适配箱50，所述接口适配箱50包括模拟量输入/输出模块(AI/AO)、数字量输入/输出模块(DI/DO)、429总线、1553B总线和串口；所述液压用户系统20通过所述接口适配箱50连接所述仿真系统30；通过各个IO接口，实现系统与实物设备之间的互联互通，使液压能源系统10、液压用户等仿真试验实物的控制指令和反馈信号与仿真目标机的匹配，实现将各个实物设备有机结合在一起组成完整的系统，从而可以进行完整系统的半实物仿真测试。
具体地，在具体测试时，液压能源系统10模拟直升机液压能源系统，为各液压子系统提供一定压力和流量的液压能，液压子系统通过用控制阀组、流量传感器、压力传感器等液压元件模拟主旋翼201、尾旋翼202、刹车203、舱门作动器204、起落架205收放等液压子系统负载压力和流量。仿真系统30用simulink、AMEsim等建模软件搭建主旋翼模型301、尾旋翼模型302、刹车模型303、舱门作动模型304和起落架模型305等液压子系统的模型，仿真喜提采集液压子系统的流量和压力信号，作为液压子系统仿真模型的部分输入，经过实时仿真系统30解算，得出各液压子系统仿真模型的输出力、偏转角度、输出位移等动作信号，从而实现对液压能源系统10的功能、性能以及动态特性等进行仿真测试。
本发明的第二实施例涉及一种直升机液压能源仿真测试平台。第二实施例为第一实施例的一种细化。在本发明第二实施例中，所述仿真测试平台还包括控制系统，所述控制系统用于发送第一控制信号和第二控制信号。如图3中所示，所述直升机液压能源仿真测试平台包括所述仿真测试平台包括控制系统、液压能源系统10、液压用户系统20和仿真系统30；
控制系统，根据动作任务生成第一控制信号和第二控制信号；所述第一控制信号用于控制对应的对应液压子系统执行所述动作任务；所述第二控制信号用于控制所述液压能源系统10为所述液压用户系统20提供液压动力；具体地，由于直升机在同一时刻可能会有一个或多个液压子系统执行动作任务，因此，需要液压能源系统10根据不同需求提供不同额度的液压动力，即流量和压力；本实施例中，首先需要判断当前需要同时执行的动作任务，以及执行该动作任务的主体(液压子系统)，再进一步根据预设规则，确定需要液压能源系统10提供的最小压力和流量，以生成第二控制信号，使液压能源系统10回油/进油，以提供符合要求的压力和流量；同时，控制系统还为对应的每个执行动作任务的主体生成第一控制信号，该第一控制信号用于使对应的液压子系统根据自身所需执行的动作，对液压能源系统10提供的流量和压力进行适应性调整，以得到适用于自身执行对应动作任务所需要的压力和流量；
所述液压能源系统10，用于为所述液压用户系统20提供液压动力；液压能源系统10作为动力源，需要为液压用户系统20提供足够大的液压动力，以使所有液压子系统都能够执行其相应的动作任务；液压能源系统10根据第二控制信号输出对应液压动力后，反馈液压信号至控制系统，以构成第一个闭环仿真；
所述液压用户系统20包括若干液压子系统，每个所述液压子系统用于模拟一个或一套动作任务，并确定执行对应动作任务时的实时压力和流量；液压能源系统10提供的液压动力(即压力和流量)是恒定的，而每个液压子系统需要根据对应的第一控制信号，对液压能源系统10提供的流量和压力进行适应性调整，以得到其在执行该动作任务时的实时的压力和流量；
具体地，直升机的液压子系统包括主旋翼201、尾旋翼202、刹车203、舱门作动器204和起落架205等等，在具体控制时，每个液压子系统执行的动作不一样，因此，其所需的流量和压力也不同，本实施例中，通过液压组件模拟液压子系统，一个液压组件对应一个液压子系统；液压组件包括液压控制阀组、流量传感器和压力传感器等液压元件，其中，液压控制阀组中包括控制压力的压力控制阀，控制流量的流量控制阀，以及控制通、断和流向的方向控制阀，分别用来控制液体压力、流量和方向；通过压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀的组合，对液压能源系统10提供的液压动力进行调整，以实现对主旋翼201、尾旋翼202、刹车203、舱门作动器204和起落架205等液压子系统中压力和流量的模拟，并通过压力传感器和流量传感器采集执行对应动作任务时的压力和流量；不需要为每个液压子系统都提供真实负载，通过等效负载模拟即能够实现同等效果，缩短研制周期、降低研制成本、提高研制开发效率、提升系统研发能力。
所述仿真系统30，用于构建液压子系统仿真模型，每个所述液压子系统仿真模型对应一个所述液压子系统；所述液压子系统仿真模型用于采集对应液压子系统输出的压力和流量，并根据所述压力和流量仿真与所述动作任务相匹配的动作。所述液压子系统仿真模型包括管路子模型、作动器子模型和传感器；所述管路子模型用于模拟对应液压子系统的液压管路；所述作动器子模型用于根据所述压力和流量解算出对应的动作信号，根据所述动作信号执行动作任务；同时，将动作信号反馈至控制系统，以构成第二个闭环仿真。
结合上述第一个闭环仿真和第二个闭环仿真，能够实现对液压能源系统10的功能、性能以及动态特性等进行仿真测试。
具体地，本实施例中仿真测试平台使用Windows操作系统，通过上位机构建仿真测试平台，如图2中所示，其中，上位机将系统分为系统开发层、仿真运行层和接口辅助层；系统开发层是整个仿真测试试验系统的上位机业务层级，负责整个业务工作的离线设计开发工作。系统开发层主要由高性能商用工作站计算机构成，主要完成各液压子系统的开发、试验主控软件开发等工作，同时也是整个仿真测试的运行平台。该层使用Windows操作系统，系统模型的建模主要基于Matlab、Simulink或AMEsim软件，也对其他许多专用建模工具有很高的兼容性。
仿真运行层是整个仿真测试平台的核心支撑层，所有离线开发的液压能源系统10、液压子系统等模型在运算动作层上进行实时化的运行，从而进行液压源系统的动态测试试验。根据离线设计的测试用例，系统依照设计的时序，在对各数学模型进行解算的同时，通过各通讯或总线板卡以及规定的接口向被测单机设备(液压能源系统10或液压子系统)发送激励信号，同样被测设备的反馈信号通过板卡采集后返回相应的模型中去，形成动态闭环。
接口辅助层是整个仿真试验系统能够完成半实物仿真试验以及与各个实物设备进行互联互通的关键层级。如图2中所示，通过设置接口适配箱50，所述接口适配箱50包括模拟量输入/输出模块、数字量输入/输出模块、429总线、1553B总线和串口；所述液压用户系统20通过所述接口适配箱50连接所述仿真系统30；通过各个IO接口，实现系统与实物设备之间的互联互通，使液压能源系统10、液压用户等仿真试验实物的控制指令和反馈信号与仿真目标机的匹配，实现将各个实物设备有机结合在一起组成完整的系统，从而可以进行完整系统的半实物仿真测试。
具体地，在具体测试时，控制系统根据动作任务生成第一控制信号和第二控制信号，将第二控制信号发送至液压能源系统10，将第一控制信号发送至对应的液压子系统，液压能源系统10根据第二控制信号模拟直升机液压能源系统，为各液压子系统提供一定压力和流量的液压动力，并向控制系统反馈液压动力；液压子系统接收第一控制信号，通过用控制阀组、流量传感器、压力传感器等液压元件模拟主旋翼201、尾旋翼202、刹车203、舱门作动器204、起落架205等液压子系统负载压力和流量。仿真系统30用simulink、AMEsim等建模软件搭建主旋翼模型301、尾旋翼模型302、刹车模型303、舱门作动模型304和起落架模型305等液压子系统的模型，仿真喜提采集液压子系统的流量和压力信号，作为液压子系统仿真模型的部分输入，经过实时仿真系统30解算，得出各液压子系统仿真模型的输出力、偏转角度、输出位移等动作信号，同时，将动作信号反馈至控制系统，以构成第二个闭环仿真，从而实现对液压能源系统10的功能、性能以及动态特性等进行仿真测试。
上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包括相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。
即，本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。
Claims (8)
1.一种直升机液压能源仿真测试平台，其特征在于，包括液压能源系统、液压用户系统和仿真系统；
所述液压能源系统，用于为所述液压用户系统提供液压动力；
所述液压用户系统包括若干液压子系统，每个所述液压子系统用于模拟一个或一套动作任务，并确定执行对应动作任务时的实时压力和流量；
所述仿真系统，用于构建液压子系统仿真模型，每个所述液压子系统仿真模型对应一个所述液压子系统；所述液压子系统仿真模型用于采集对应液压子系统输出的压力和流量，并根据所述压力和流量仿真与所述动作任务相匹配的动作。
2.根据权利要求1所述的直升机液压能源仿真测试平台，其特征在于，所述仿真测试平台还包括控制系统，所述控制系统用于根据所述动作任务输出用于控制对应液压子系统的第一控制信号。
3.根据权利要求2所述的直升机液压能源仿真测试平台，其特征在于，所述液压用户系统包括若干液压组件，每个所述液压组件对应一个液压子系统；
所述液压组件包括液压控制阀组、流量传感器和压力传感器；
所述液压控制阀组用于根据所述第一控制信号模拟对应的液压子系统执行所述动作任务；
所述流量传感器用于测量所述液压控制阀组执行所述动作任务时的流量；
所述压力传感器用于测量所述液压控制阀组执行所述动作任务时的压力。
4.根据权利要求3所述的直升机液压能源仿真测试平台，其特征在于，所述液压子系统包括主旋翼、尾旋翼、刹车、舱门作动器和起落架；对应的，
所述液压子系统仿真模型包括主旋翼模型、尾旋翼模型、刹车模型、舱门作动模型和起落架模型。
5.根据权利要求2所述的直升机液压能源仿真测试平台，其特征在于，所述控制系统还用于根据所述动作任务向所述液压能源系统发送第二控制信号；
所述液压能源系统接收所述控制系统输出的第二控制信号，根据所述第二控制信号为所述液压用户系统提供液压动力，并向所述控制系统反馈液压信号。
6.根据权利要求2所述的直升机液压能源仿真测试平台，其特征在于，所述液压子系统仿真模型包括管路子模型、作动器子模型和传感器；
所述管路子模型用于模拟对应液压子系统的液压管路；
所述作动器子模型用于根据所述压力和流量解算出对应的动作信号，根据所述动作信号执行动作任务；
所述传感器用于将所述动作信号反馈至所述控制系统。
7.根据权利要求5所述的直升机液压能源仿真测试平台，其特征在于，所述仿真测试平台还包括接口适配箱；
所述接口适配箱包括模拟量输入/输出模块、数字量输入/输出模块、429总线、1553B总线和串口；
所述液压用户系统通过所述接口适配箱连接所述仿真系统。
8.根据权利要求1所述的直升机液压能源仿真测试平台，其特征在于，所述液压子系统仿真模型通过Matlab、Simulink或AMEsim构建。
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