CN114050977B - 一种飞机试验的控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及飞机测试技术领域，公开了一种飞机试验的控制系统及其控制方法；控制系统包括系统设备层、接入层交换机、操作监控层、顶层交换机以及任务管控层；系统设备层、接入层交换机、操作监控层、顶层交换机以及任务管控层依次由下至上设置；系统设备层设置在最下层；系统设备层包括基础环境模拟设备网段、特殊环境模拟设备网段以及测试设备网段；控制方法包括：S1、根据试验工况配置系统设备；S2、下发试验任务；S3、系统设备运行；S4、数据监控与回放；本发明能够解决大型飞机测试试验流程复杂的问题，能够实现多环境模拟系统设备协同控制，且具有数据传输可靠的优点。

Description

一种飞机试验的控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及飞机测试技术领域，具体是涉及一种飞机试验的控制系统及其控制方法。

背景技术

随着科技的发展，汽车、飞机、高铁、船舶等大型复杂集成工业产品需在地球上各种气候环境下运营，面临高温、低温、湿热、冻雨、太阳辐照等极端气候环境，这些产品在研制过程中需在大型气候环境实验室验证产品的气候环境适应性。以飞机来说，大型气候环境实验室为了实现各种复杂的极端气候环境，各种环境模拟系统繁多，试验过程需要根据监控数据、故障信息、测试数据等进行综合判断后下发控制指令，各种设备依据特定的控制逻辑完成气候环境参数的模拟。

对于传统的环境箱或小型环境实验室，其模拟环境单一，试验流程简单，设备种类少，传输数据量小，各传感器、执行器通过信号电缆连接至现场控制器，现场控制器再通过单级交换机和操作站通讯完成环境控制，无需协同控制复杂的多套系统设备。

然而大型气候实验室的各种环境模拟系统设备繁多，试验流程复杂，传输数据种类多，需要基于试验流程协同控制各种环境模拟系统设备，实现气候实验室内的各种极端气候环境的模拟。

发明内容

本发明解决的技术问题是：现有的飞机测试试验流程复杂、多环境模拟系统设备不能协同控制、数据传输可靠低性的问题。

本发明的技术方案是：一种飞机试验的控制系统，包括系统设备层、接入层交换机、操作监控层、顶层交换机以及任务管控层；

所述系统设备层、接入层交换机、操作监控层、顶层交换机以及任务管控层依次由下至上设置；

所述系统设备层设置在最下层；

所述系统设备层包括基础环境模拟设备网段、特殊环境模拟设备网段以及测试设备网段；

所述接入层交换机设置在所述系统设备层的上方；

所述接入层交换机包括交换机I、交换机II以及交换机III；所述交换机I与基础环境模拟设备网段电性连接；交换机II与特殊环境模拟设备网段电性连接；交换机III与测试设备网段电性连接；

所述操作监控层、顶层交换机并列设置在接入层交换机的上方；

所述操作监控层包括与交换机I电性连接的基础环境模拟上位机，与交换机II电性连接的特殊环境模拟上位机，与交换机III电性连接的测试设备上位机；

所述顶层交换机包括与交换机I、交换机II以及交换机III电性连接的交换机IV，与交换机I、交换机II以及交换机III电性连接的交换机V；

所述任务管控层设置在顶层交换机的上方；

所述任务管控层包括与交换机IV、交换机V电性连接的实验管控工作站，以及与交换机IV、交换机V电性连接的数据中心服务器。

进一步地，所述基础环境模拟设备网段包括冷却水系统、复叠制冷系统、标准制冷系统、载冷剂系统、新风系统、循环风系统、蒸汽系统、空压系统以及纯水系统；基础环境模拟设备网段通过上述系统设备能够实现对气候实验室温度、湿度的基础调节；为特殊环境模拟设备网段进行降雨、降雪、降物等模拟提供基础条件。

进一步地，所述特殊环境模拟设备网段包括降雨系统、降雪系统、降雾系统、太阳辐射系统、吹风系统以及冻雨系统；特殊环境模拟设备网段中的上述系统能够实现降雨、降雪、降雾、太阳辐照、吹风以及冻雨等多种环境的模拟，对飞机等大型设备进行多种气候适应性试验。

进一步地，所述测试设备网段包括温度采集设备、湿度采集设备、降雨强度采集设备、液态水含量采集设备、中值直径采集设备、辐照度采集设备以及风速采集设备；测试设备网段负责温度、湿度、降雨强度、液态水含量、中值直径、辐照度、风速等数据的采集。

进一步地，基础环境模拟设备网段、特殊环境模拟设备网段以及测试设备网段内的各系统设备均配置两块网卡，且两块网卡配置成同一网段内的相邻地址。

更进一步地，操作监控层首先向各系统设备的第一块网卡发送数据请求，当发出多次数据请求无回应时自动切换问询地址，向第二块网卡发送数据请求；各层链路存在两条传输路径，能够大大提高实验室数据传输的可靠性。

进一步地，交换机IV、交换机V之间通过VRRP协议创建第一虚拟路由器。

进一步地，交换机I、交换机II以及交换机III通过VRRP协议创建第二虚拟路由器。

接入层交换机和顶层交换机采用VRRP协议创建虚拟路由，当主控路由器故障时，可自动切换至备份路由器继续进行数据转发；再结合各系统设备的网络通讯模块配置的双网卡，各层链路存在两条传输路径，提高了实验室数据传输的可靠性。

一种飞机试验的控制系统的控制方法，包括以下步骤：

S1、根据试验工况配置系统设备

首先向试验管控工作站输入飞机试验所需要的环境工况，试验管控工作站根据环境工况在基础环境模拟设备网段、特殊环境模拟设备网段以及测试设备网段中选择配置相应的系统设备，并生成试验任务；

S2、下发试验任务

试验管控工作站、数据中心服务器依次通过顶层交换机、接入层交换机将试验任务传输至操作监控层；然后操作监控层的基础环境模拟上位机、特殊环境模拟上位机以及测试设备上位机分别对应将试验任务下发至基础环境模拟设备网段、特殊环境模拟设备网段以及测试设备网段中配置的相应系统设备；

S3、系统设备运行

S3-1、基础环境模拟设备网段中相应的系统设备接收到试验任务后进行自检；自检完成后，基础环境模拟上位机控制基础环境模拟设备网段的系统设备按照试验任务启动运行；其中，试验任务的温湿度谱包括目标温度、目标湿度、调节时间、维持时间；使实验室达到基础环境条件；

S3-2、特殊环境模拟设备网段中相应的系统设备进行自检，然后特殊环境模拟上位机控制特殊环境模拟设备网段进行降雨、降雪、雾环境、太阳辐照、风环境、冻雨环境以及复合环境的模拟；

S3-3、测试设备网段中相应的系统设备进行自检后，对模拟环境的数据进行持续采集；

S4、数据监控与回放

操作监控层根据试验任务，基于本次环境工况的控制逻辑向系统设备层的各环境模拟设备下发控制指令后，同时接收基础环境模拟设备网段、特殊环境模拟设备网段以及测试设备网段中的数据；操作监控层接收到的所有数据用于监视设备状态和判断试验进程；任务管控层根据操作监控层得到的设备状态、试验进程，对试验任务的过程进行指挥控制，并将所有数据基于试验任务进行存储，后期可查看回放。

本发明的有益效果是：

（1）基于飞机测试的环境模拟试验流程，将试验任务分解成各环境模拟设备网段以控制进程，从任务管控层下发到环境工况对应的系统设备，系统设备的数据及试验数据上传到操作监控层和任务管控层，该架构实现了复杂气候环境模拟过程的多系统设备协同控制，完成飞机测试的环境模拟过程中数据的全流程监控；

（2）系统设备层的系统设备连接至接入层交换机，负责接入大型飞机测试实验室的各环境模拟系统数据，该层对各系统设备进行网段划分，同一功能设备归并构成一个独立的网段，按功能划分为基础环境模拟设备网段、特殊环境模拟设备网段和测试设备网段；各网段只传输对应网段内的系统设备的数据，避免了现场系统设备繁杂所带来的数据传输延时问题；

（3）接入层交换机和顶层交换机采用VRRP协议创建虚拟路由，主控路由器故障时可自动切换至备份路由器继续进行数据转发；再结合现场设备网络通讯模块配置的双网卡，使得各层链路存在两条传输路径，提高了飞机测试的实验室数据传输的可靠性。

附图说明

图1是本发明控制方法的流程图；

图2是本发明实施例1控制系统的示意图；

图3是本发明应用例蒸汽系统、空压系统的自检与启动的流程图；

图4是本发明应用例整体的流程图；

其中，1-系统设备层、2-基础环境模拟设备网段、21-冷却水系统、22-复叠制冷系统、23-标准制冷系统、24-载冷剂系统、25-新风系统、26-循环风系统、27-蒸汽系统、28-空压系统、29-纯水系统、3-特殊环境模拟设备网段、31-降雨系统、32-降雪系统、33-降雾系统、34-太阳辐射系统、35-吹风系统、36-冻雨系统、4-测试设备网段、41-温度采集设备、42-湿度采集设备、43-降雨强度采集设备、44-液态水含量采集设备、45-中值直径采集设备、46-辐照度采集设备、47-风速采集设备、5-接入层交换机、51-交换机I、52-交换机II、53-交换机III、6-操作监控层、61-基础环境模拟上位机、62-特殊环境模拟上位机、63-测试设备上位机、7-顶层交换机、71-交换机IV、72-交换机V、8-任务管控层、81-实验管控工作站、82-数据中心服务器。

具体实施方式

实施例1

一种飞机试验的控制系统，包括系统设备层1、接入层交换机5、操作监控层6、顶层交换机7以及任务管控层8；

所述系统设备层1、接入层交换机5、操作监控层6、顶层交换机7以及任务管控层8依次由下至上设置；

所述系统设备层1设置在最下层；

所述系统设备层1包括基础环境模拟设备网段2、特殊环境模拟设备网段3以及测试设备网段4；

所述接入层交换机5设置在所述系统设备层1的上方；

所述接入层交换机5包括交换机I51、交换机II52以及交换机III53；所述交换机I51与基础环境模拟设备网段2电性连接；交换机II52与特殊环境模拟设备网段3电性连接；交换机III53与测试设备网段4电性连接；

所述操作监控层6、顶层交换机7并列设置在接入层交换机5的上方；

所述操作监控层6包括与交换机I51电性连接的基础环境模拟上位机61，与交换机II52电性连接的特殊环境模拟上位机62，与交换机III53电性连接的测试设备上位机63；

所述顶层交换机7包括与交换机I51、交换机II52以及交换机III53电性连接的交换机IV71，与交换机I51、交换机II52以及交换机III53电性连接的交换机V72；

所述任务管控层8设置在顶层交换机7的上方；

所述任务管控层8包括与交换机IV71、交换机V72电性连接的实验管控工作站81，以及与交换机IV71、交换机V72电性连接的数据中心服务器82。

所述基础环境模拟设备网段2包括冷却水系统21、复叠制冷系统22、标准制冷系统23、载冷剂系统24、新风系统25、循环风系统26、蒸汽系统27、空压系统28以及纯水系统29。

所述特殊环境模拟设备网段3包括降雨系统31、降雪系统32、降雾系统33、太阳辐射系统34、吹风系统35以及冻雨系统36。

所述测试设备网段4包括温度采集设备41、湿度采集设备42、降雨强度采集设备43、液态水含量采集设备44、中值直径采集设备45、辐照度采集设备46以及风速采集设备47。

基础环境模拟设备网段2、特殊环境模拟设备网段3以及测试设备网段4内的各系统设备均配置两块网卡，且两块网卡配置成同一网段内的相邻地址。

操作监控层6首先向各系统设备的第一块网卡发送数据请求，当发出多次数据请求无回应时自动切换问询地址，向第二块网卡发送数据请求。

交换机IV71、交换机V72之间通过VRRP协议创建第一虚拟路由器。

交换机I51、交换机II52以及交换机III53通过VRRP协议创建第二虚拟路由器。

实施例2

本实施例记载的是实施例1的控制系统的控制方法，包括以下步骤：

S1、根据试验工况配置系统设备

首先向试验管控工作站81输入飞机试验所需要的环境工况，试验管控工作站81根据环境工况在基础环境模拟设备网段2、特殊环境模拟设备网段3以及测试设备网段4中选择配置相应的系统设备，并生成试验任务；

S2、下发试验任务

试验管控工作站81、数据中心服务器82依次通过顶层交换机7、接入层交换机5将试验任务传输至操作监控层6；然后操作监控层6的基础环境模拟上位机61、特殊环境模拟上位机62以及测试设备上位机63分别对应将试验任务下发至基础环境模拟设备网段2、特殊环境模拟设备网段3以及测试设备网段4中的相应系统设备；

S3、系统设备运行

S3-1、基础环境模拟设备网段2中相应的系统设备接收到试验任务后进行自检；自检完成后，基础环境模拟上位机61控制基础环境模拟设备网段2的系统设备按照试验任务启动运行；其中，试验任务的温湿度谱包括目标温度、目标湿度、调节时间、维持时间；使实验室达到基础环境条件；

S3-2、特殊环境模拟设备网段3中相应的系统设备进行自检，然后特殊环境模拟上位机62控制特殊环境模拟设备网段3进行降雨、降雪、雾环境、太阳辐照、风环境、冻雨环境以及复合环境的模拟；

S3-3、测试设备网段4中相应的系统设备进行自检后，对模拟环境的数据进行持续采集；

S4、数据监控与回放

操作监控层6根据试验任务，基于本次环境工况的控制逻辑向系统设备层1的各环境模拟设备下发控制指令后，同时接收基础环境模拟设备网段2、特殊环境模拟设备网段3以及测试设备网段4中的数据；操作监控层6接收到的所有数据用于监视设备状态和判断试验进程；

任务管控层8根据操作监控层6得到的设备状态、试验进程，对试验任务的过程进行指挥控制，并将所有数据基于试验任务进行存储，后期可查看回放。

应用例

应用实施例2的一种飞机试验的控制系统的控制方法，进行风吹雪试验，具体包括以下步骤：

S1、根据试验工况配置系统设备

首先向试验管控工作站81输入飞机试验所需要的环境工况，试验管控工作站81根据环境工况在基础环境模拟设备网段2、特殊环境模拟设备网段3以及测试设备网段4中选择配置相应的系统设备，并生成试验任务；

其中，基础环境模拟设备网段2配置的系统设备有冷却水系统21、复叠制冷系统22、标准制冷系统23、载冷剂系统24、新风系统25、循环风系统26、蒸汽系统27、空压系统28和纯水系统29；

特殊环境模拟设备网段3配置的系统设备有降雪系统32、吹风系统35；

测试设备网段4中配置的系统设备有温度采集设备41、液态水含量采集设备44、风速采集设备47；

S2、下发试验任务

试验管控工作站81、数据中心服务器82依次通过顶层交换机7、接入层交换机5将试验任务传输至操作监控层6；然后操作监控层6的基础环境模拟上位机61、特殊环境模拟上位机62以及测试设备上位机63分别对应将试验任务下发至基础环境模拟设备网段2、特殊环境模拟设备网段3以及测试设备网段4中配置的系统设备；

S3、系统设备运行

S3-1、操作监控层6依据试验任务，向基础环境模拟设备网段1下发指令：

试验管控工作站81下发空压系统28运行指令，基础环境模拟上位机61接收指令后下发空压系统28自检指令，空压系统28自检完成后，基础环境模拟上位机61设置空压系统28的压缩空气供气压力，空压系统28启动，并实时反馈供气压力；

试验管控工作站81下发蒸汽系统27运行指令，基础环境模拟上位机61接收指令后下发蒸汽系统27自检指令，蒸汽系统27自检完成后，基础环境模拟上位机61设置蒸汽系统27的高压蒸汽压力和低压蒸汽压力，蒸汽锅炉启动，并实时反馈高压蒸汽温度、高压蒸汽压力、低压蒸汽温度、低压蒸汽压力；

空压系统28和蒸汽系统27运行参数满足动力条件时，试验管控工作站81向基础环境模拟上位机61下发检查指令，基础环境模拟上位机61接收指令后，冷却水系统21、复叠制冷系统22、标准制冷系统23、载冷剂系统24、新风系统25、循环风系统26进行自检；自检完成后，试验管控工作站81下发温湿度谱，包括目标温度、目标湿度、调节时间、维持时间，冷却水系统21、复叠制冷系统22、标准制冷系统23、载冷剂系统24、新风系统25、循环风系统26运行，使实验室达到-25℃的目标温度；

试验管控工作站81下发纯水系统29运行指令，基础环境模拟上位机61向纯水系统29下发自检指令，纯水系统29进行自检，自检完成后，纯水系统29运行，利用载冷剂系统24的常温载冷剂调节纯水温度，纯水目标温度为2℃；

S3-2、实验室温度达到-25℃，且纯水目标温度到达2℃时，试验管控工作站81下发降雪系统32检查指令，特殊环境模拟上位机62接收指令后下发降雪系统32自检指令，自检完成后，降雪系统32运行；

降雪系统32正常运行且液态水含量满足要求时，试验管控工作站81下发吹风系统35检查指令，特殊环境模拟上位机62接收指令后下发吹风系统35自检指令，自检完成后，吹风系统35运行，风速满足试验要求时，进行风吹雪环境下的飞机气候环境适应性验证试验；

S3-3、测试设备网段4中的温度采集设备41、液态水含量采集设备44、风速采集设备47进行自检后，对模拟环境的数据进行持续采集；

S4、数据监控与回放

操作监控层6根据试验任务，基于本次环境工况的控制逻辑向系统设备层1的各环境模拟设备下发控制指令后，同时接收基础环境模拟设备网段2、特殊环境模拟设备网段3以及测试设备网段4中的数据；操作监控层6接收到的所有数据用于监视设备状态和判断试验进程；

任务管控层8根据操作监控层6得到的设备状态、试验进程，对试验任务的过程进行指挥控制，并将所有数据基于试验任务进行存储，后期可查看回放。

Claims (9)

1.一种飞机试验的控制系统，其特征在于，包括系统设备层（1）、接入层交换机（5）、操作监控层（6）、顶层交换机（7）以及任务管控层（8）；

系统设备层（1）、接入层交换机（5）、操作监控层（6）、顶层交换机（7）以及任务管控层（8）依次由下至上设置；

系统设备层（1）设置在最下层；

系统设备层（1）包括用于调控试验室内温度、湿度的基础环境模拟设备网段（2），负责实验室内雨、雪、雾、太阳辐射、风、冻雨模拟的特殊环境模拟设备网段（3），以及测试设备网段（4）；

接入层交换机（5）设置在系统设备层（1）的上方；

接入层交换机（5）包括交换机I（51）、交换机II（52）以及交换机III（53）；交换机I（51）与基础环境模拟设备网段（2）电性连接；交换机II（52）与特殊环境模拟设备网段（3）电性连接；交换机III（53）与测试设备网段（4）电性连接；

操作监控层（6）、顶层交换机（7）并列设置在接入层交换机（5）的上方；

操作监控层（6）包括与交换机I（51）电性连接的基础环境模拟上位机（61），与交换机II（52）电性连接的特殊环境模拟上位机（62），与交换机III（53）电性连接的测试设备上位机（63）；

顶层交换机（7）包括与交换机I（51）、交换机II（52）以及交换机III（53）电性连接的交换机IV（71），与交换机I（51）、交换机II（52）以及交换机III（53）电性连接的交换机V（72）；

任务管控层（8）设置在顶层交换机（7）的上方；

任务管控层（8）包括与交换机IV（71）、交换机V（72）电性连接的实验管控工作站（81），以及与交换机IV（71）、交换机V（72）电性连接的数据中心服务器（82）。

2.根据权利要求1所述的一种飞机试验的控制系统，其特征在于，基础环境模拟设备网段（2）包括冷却水系统（21）、复叠制冷系统（22）、标准制冷系统（23）、载冷剂系统（24）、新风系统（25）、循环风系统（26）、蒸汽系统（27）、空压系统（28）以及纯水系统（29）。

3.根据权利要求2所述的一种飞机试验的控制系统，其特征在于，特殊环境模拟设备网段（3）包括降雨系统（31）、降雪系统（32）、降雾系统（33）、太阳辐射系统（34）、吹风系统（35）以及冻雨系统（36）。

4.根据权利要求3所述的一种飞机试验的控制系统，其特征在于，测试设备网段（4）包括温度采集设备（41）、湿度采集设备（42）、降雨强度采集设备（43）、液态水含量采集设备（44）、中值直径采集设备（45）、辐照度采集设备（46）以及风速采集设备（47）。

5.根据权利要求4所述的一种飞机试验的控制系统，其特征在于，基础环境模拟设备网段（2）、特殊环境模拟设备网段（3）以及测试设备网段（4）内的各系统设备均配置两块网卡，且两块网卡配置成同一网段内的相邻地址。

6.根据权利要求5所述的一种飞机试验的控制系统，其特征在于，操作监控层（6）首先向各系统设备的第一块网卡发送数据请求，当发出多次数据请求无回应时自动切换问询地址，向第二块网卡发送数据请求。

7.根据权利要求1所述的一种飞机试验的控制系统，其特征在于，交换机IV（71）、交换机V（72）之间通过VRRP协议创建第一虚拟路由器。

8.根据权利要求1所述的一种飞机试验的控制系统，其特征在于，交换机I（51）、交换机II（52）以及交换机III（53）通过VRRP协议创建第二虚拟路由器。

9.根据权利要求1~8任意一项的一种飞机试验的控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、根据试验工况配置系统设备

首先向试验管控工作站（81）输入飞机试验所需要的环境工况，试验管控工作站（81）根据环境工况在基础环境模拟设备网段（2）、特殊环境模拟设备网段（3）以及测试设备网段（4）中选择配置相应的系统设备，并生成试验任务；

S2、下发试验任务

试验管控工作站（81）、数据中心服务器（82）依次通过顶层交换机（7）、接入层交换机（5）将试验任务传输至操作监控层（6）；然后操作监控层（6）的基础环境模拟上位机（61）、特殊环境模拟上位机（62）以及测试设备上位机（63）分别对应将试验任务下发至基础环境模拟设备网段（2）、特殊环境模拟设备网段（3）以及测试设备网段（4）中配置的相应系统设备；

S3、系统设备运行

S3-1、基础环境模拟设备网段（2）中相应的系统设备接收到试验任务后进行自检；自检完成后，基础环境模拟上位机（61）控制基础环境模拟设备网段（2）的系统设备按照试验任务启动运行；其中，试验任务的温湿度谱包括目标温度、目标湿度、调节时间、维持时间；使实验室达到基础环境条件；

S3-2、特殊环境模拟设备网段（3）中相应的系统设备进行自检，然后特殊环境模拟上位机（62）控制特殊环境模拟设备网段（3）进行降雨、降雪、雾环境、太阳辐照、风环境、冻雨环境以及复合环境的模拟；

S3-3、测试设备网段（4）中相应的系统设备进行自检后，对模拟环境的数据进行持续采集；

S4、数据监控与回放

操作监控层（6）根据试验任务，基于本次环境工况的控制逻辑向系统设备层（1）的各环境模拟设备下发控制指令后，同时接收基础环境模拟设备网段（2）、特殊环境模拟设备网段（3）以及测试设备网段（4）中的数据；操作监控层（6）接收到的所有数据用于监视设备状态和判断试验进程；

任务管控层（8）根据操作监控层（6）得到的设备状态、试验进程，对试验任务的过程进行指挥控制，并将所有数据基于试验任务进行存储，后期进行查看回放。

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