CN115238437A - 一种发动机控制软件仿真平台集成方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机控制软件仿真平台集成方法及其系统。由服务器的调度中心提供静态仿真调度时序表，通过控制客户端的各仿真模块中所设置的与时序表中的各节点一一对应的各同步点的顺序，来统一调度各仿真模块按给定的时序进行仿真。各仿真模块内部各分区则基于分区调度配置表采用大、小帧的方式进行调度。由服务器的数据中心提供包括基本数据元素和数据端口的两层数据结构，通过网络接口与各仿真模块进行交互，并用于各仿真模块之间的中转交互。本发明降低了后续控制验证的成本，使得各个仿真模块具备灵活性和内聚性，提升仿真平台的可维护性。

Description

一种发动机控制软件仿真平台集成方法及其系统

技术领域

本发明涉及航空发动机控制领域，尤其涉及FADEC(Full Authority DigitalElectronic Control全权限数字电子控制)软件研发过程中仿真平台集成的方法和仿真系统。

背景技术

随着航空发动机的发展，航空发动机控制经历了从单个部件到整体、从模拟式到数字式、从有限功能到全权控制的发展过程，完成了从传统的液压控制向数字电子控制的转变。

作为高性能航空发动机及一体化控制目前的发展方向和研发重点，FADEC系统利用数字式电子控制系统的极限能力完成系统所规定的全部任务，具有提高发动机性能、降低燃油消耗量、提高可靠性、降低发动机维修成本等优点。

在FADEC系统研发过程中，仿真技术起着不可或缺的作用，它的使用可以降低FADEC系统研发成本并缩短其研发周期。具体而言，仿真技术不仅可以在研发初期用于需求确认，减少后续出错的可能，也可以在研发后期用作为验证的工具，大大提升验证测试的效率。

在搭建仿真平台时，集成方法的选择决定了仿真平台搭建的效率及成本。随着分布式架构以及云计算技术使用，仿真平台在搭建时有了更多的选择，在选择仿真平台集成方法时主要考虑如下两个方面：

1)各仿真模块的部署及交互方式的选择，一般的做法有以下三种：

■部署在同一计算机的同一个进程中，通过全局变量的形式交互；

■部署在同一计算机的不同进程中，通过IPC(Inter-Process Communication进程间通信)的形式交互；

■部署在不同计算机中，通过网络进行交互。

2)各仿真模块的同步及执行顺序的选择，也有以下三种方式可以选取：

■同步运行；

■异步运行；

■时间同步。

相应地，在搭建仿真平台时，需要考虑以下问题：

1)仿真平台各模块解耦合的问题；

2)如何使软件仿真按给定的顺序来执行的问题。

基于以上考虑点，本发明基于分布式原理，提出了一种发动机控制软件集成验证的仿真系统，并提出了一种基于静态调度的同步方式，保证仿真时序的同时又能提升仿真性能。

发明内容

提供本发明内容以便以简化形式介绍将在以下详细描述中进一步描述的一些概念。本发明内容并不旨在标识出所要求保护的主题的关键特征或必要特征；也不旨在用于确定或限制所要求保护的主题的范围。

本发明提供一种用于FADEC的基于服务器/客户端的仿真系统。该仿真系统的服务器可位于远程，服务器中包括数据中心和调度中心。客户端为仿真模块，如实时仿真时钟、操作中心、自动测试模块、飞机模型、发动机模型、EEC(油门杆)的A\B通道模型、EMU(EngineMonitoring Unit发动机监视单元)模型等。各客户端之间通过网络与服务器相连。

服务器中的调度中心，负责设计仿真系统的静态仿真调度时序表，通过控制客户端的各仿真模块中所设置的与该静态仿真调度时序表中的各节点一一对应的各同步点的顺序，来调度各个仿真模块按照给定的次序进行仿真。它提供一种仿真模块的框架，使得软件内部的运行时序也能得到控制，能适用于发动机控制软件的开发。

通过服务器上的统一的数据中心，使得仿真模块无需关注外部的接口。能单独配置每个仿真模块的输入输出接口，各仿真模块通过网络接口与服务器中的数据中心进行交互。各仿真模块之间通过数据中心中转交互，同时具备灵活性和内聚性。

各仿真模块内部有一个或多个分区，各分区之间采用总线式架构进行交互，并基于分区调度配置表采用大、小帧的方式进行调度。

本发明的仿真方法基于静态仿真调度时序表进行仿真时序控制，通过外部来控制仿真模块内部运行时序。

本发明的仿真方法将整个仿真系统中所有模块的输入输出统一进行管理，服务器中包含各仿真模块的数据配置文件和一张静态仿真调度时序表。每个仿真模块内部可以设置一个或多个仿真同步点，每个同步点对应静态仿真调度时序表中的一个节点，通过控制同步点的顺序，达到控制仿真时序的目的。

本发明的仿真系统和方法通过提供的统一的数据中心和接口配置的方法，使得各个仿真模块之间耦合性降低，后续各模块的维护成本减少，提升了仿真平台的可维护性。

本发明提供的时序控制方法，使得可以在仿真平台模拟真实平台的运行顺序，从而降低了后续控制验证的成本。

通过阅读下面的详细描述并参考相关联的附图，这些及其他特点和优点将变得显而易见。应该理解，前面的概括说明和下面的详细描述只是说明性的，不会对所要求保护的各方面形成限制。

附图说明

以下将通过参考附图中示出的具体实施例来对本发明进行更具体描述。

图1是根据本发明的仿真系统的整体框图；

图2是根据本发明的仿真系统的整体调度方案示意图；

图3是根据本发明的单个仿真模块内部结构的示意框图。

附图中显示了根据本申请的实施例的系统、方法可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。箭头表示数据通信，可以是内部通信，也可以是通过网络的有线或无线通信。

具体实施方式

以下将通过参考附图中示出的具体实施例来对本发明进行更具体描述。通过阅读下文具体实施方式的详细描述，本发明的各种优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的各实施方式所限制。提供以下实施方式是为了能够更透彻地理解本发明。除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域技术人员所理解的通常意义。

图1是根据本发明的仿真系统的整体框图。

本发明的仿真系统是基于服务器/客户端架构的，其包括一个服务器和多个客户端。所有客户端均为仿真模块，每个客户端各自通过网络与服务器相连进行有线或无线的通信。在服务器中部署了数据中心和调度中心。使得软件内部的运行时序也能得到控制，能适用于发动机控制软件的开发。

客户端的各个仿真模块包括，例如，实时仿真时钟(如果只进行行为仿真，则实时仿真时钟不是必需的)、操作中心(包括自动测试模块和飞机模型)、发动机模型、以及若干个控制器。控制器包括例如EEC的A\B通道模型、EMU模型等。

各仿真模块之间的数据交互，可经由网络通过服务器的数据中心进行。需要说明的是图1中的虚线，仅表示EEC通道A、EEC通道B，以及EMU之间的数据有交互，但是，在本发明的实施例中，并非经由如虚线所示的路径直接进行交互，而是经由它们各自与服务器的通信，通过服务器数据中心中转交互来实现。

服务器中的数据中心提供两层数据结构，一是基本数据元素，二是由基本数据元素组合而成的，以数据端口方式呈现，具体如下：

1)基本数据元素：

——提供数据符号、当前值、范围、类型、单位等基本属性。

——提供按符号进行索引的功能。

——提供数据的插入、删除、获取、设置等操作。

——提供数据配置表信息解析。

基本数据元素示例如下表所示：

符号	类型	最大值	最小值	信号名称	单位
						SENSOR_PLA_CHA	float	100	0	油门杆A通道	o
SENSOR_PLA_CHB	float	100	0	油门杆B通道	o
						…	…	…	…	…	…

2)数据端口：

——提供端口符号、端口承载的信号、端口数据的内存空间、大小端等基本属性。

——提供按符号进行索引的功能。

——提供端口的创建、删除、读取、写入等操作。

——提供数据配置表信息解析。

——支持bit，字节，短整形，整形，浮点型，数组等基本数据类型的组合。

——支持位序、字节序等按需配置。

数据端口示例如下表所示：

符号	类型	传输倍数	保留占位	保留值	信号含义
						SENSOR_PLA_CHA	float	1	0	0	油门杆正弦采集端口A通道
SENSOR_PLA_CHB	float	1	0	0	油门杆余弦采集端口A通道
						SENSOR_PLA_Valid	bit	1	0	0	数据有效性
Bak	bit	1	1	0	保留
						…	…	…	…	…	…

服务器中的调度中心设计了静态仿真调度时序表，从而调度各个仿真模块使它们按照给定的次序进行仿真。

整个防真系统通过同步的方式进行顺序调度。每个仿真模块内部设置一个或多个同步点，如图1中所示的同步点0、1、2…，有的模块包括一个同步点，有的模块则可有多个同步点，它们均由服务器中的调度中心负责统一调度。在每个同步点的起始等待被调度，在每个同步点的结尾通知服务器的调度中心该仿真模块的运行状态。调度中心、数据中心、每个仿真模块的输入输出接口通过配置文件进行配置，可以灵活适应变更。

图2是根据本发明的仿真系统的整体调度方案示意图。

服务器中的调度中心分为三个层级管理，一是仿真模块管理，二是同步点的管理，三是调度算法。调度算法为服务器+客户端的方案，因此在仿真模块中也包括相应的调度算法(参见图3)。

■仿真模块管理：

——提供仿真模块名称、所使用的网络端口、是否关键模块等基本属性。

——提供按名称符号进行索引的功能。

——提供仿真模块增加、删除、获取当前时间、数据接收方式等基本操作。

■同步点管理：

——提供同步点所在的仿真模块名称、同步点名称、时间预算(用于实时仿真)、是否开始运行、是否结束运行等基本属性。

——提供按名称符号进行索引的功能。

——提供同步开始、同步结束等基本操作。

■调度算法：

——提供按照静态仿真调度时序表配置的调度顺序进行调度。

同步点名称	所在仿真模块	运行时间
			Timer	实时仿真时钟	100μs
TestInput	操作中心	100μs
			MODUEL1	仿真模块1	500μs
MODUEL2_ISP	仿真模块2	1000μs
			MODUEL3_ISP	仿真模块3	1000μs
MODUEL2_COMM_Send	仿真模块2	300μs
			MODUEL3_COMM_Send	仿真模块3	300μs
MODUEL2_LOGIC	仿真模块2	600μs
			MODUEL3_LOGIC	仿真模块3	600μs
MODUEL4	仿真模块4	500μs

——提供错误处理、记录及告警功能。

图3是根据本发明的单个仿真模块内部框架结构的示意框图。

每个仿真模块有一个或多个分区，如图3所示的分区1…n。分区交互及分区调度的方案如下：

——对外与服务器的数据中心进行通信，接受数据中心提供的服务，对内采用总线式架构进行分区间交互方式。

——仿真模块对外接受服务器的调度中心提供的调度服务，通过设置同步点，完成周期性的调度；仿真模块对内采用大、小帧的方式进行调度，提供分区调度配置表进行配置。

本发明公开了一种发动机控制软件仿真平台集成方法及其系统。

由服务器的调度中心提供静态仿真调度时序表，通过控制客户端的各仿真模块中设置的与静态仿真调度时序表中的节点一一对应的同步点的顺序，来统一调度各仿真模块使得它们按照给定的仿真时序进行仿真。各仿真模块内部各分区则基于分区调度配置表采用大、小帧的方式进行调度。

此外，由服务器的数据中心提供包括基本数据原色和数据端口的两层数据结构，通过网络接口与各仿真模块进行交互，并用于各仿真模块之间通信的中转交互。

本发明的方法和系统通过外部来统一控制各仿真模块的运行时序，在仿真平台模拟真实平台的运行顺序，降低了后续控制验证的成本，并且通过提供的统一的数据中心和接口配置使得各个仿真模块之间耦合性降低，具备灵活性和内聚性，降低后续各模块的维护成本，提升仿真平台的可维护性。

以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本申请的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种用于发动机控制软件的仿真系统，所述仿真系统包括服务器和与所述服务器通信地连接的多个客户端，其中：

所述服务器包括：

提供两层数据结构的数据中心；和

调度中心，所述调度中心用于提供静态仿真调度时序表以对所述多个客户端进行统一调度；

所述客户端为仿真模块，每个仿真模块内部设置一个或多个同步点，各同步点与所述静态仿真调度时序表中的节点相对应，每个仿真模块接受所述调度中心基于所述静态仿真调度时序表进行的仿真时序控制，各仿真模块之间经由所述数据中心进行数据交互。

2.如权利要求1所述的仿真系统，其特征在于，所述客户端包括操作中心、自动测试模块、飞机模型、发动机模型、以及一个或多个控制器。

3.如权利要求2所述的仿真系统，其特征在于，所述控制器包括油门杆A\B通道模型和发动机监视单元模型。

4.如权利要求2所述的仿真系统，其特征在于，所述客户端进一步包括实时仿真时钟模块。

5.如权利要求1所述的仿真系统，其特征在于，每个仿真模块内有一个或多个分区，各分区之间采用总线式架构进行交互，并基于分区调度配置表采用大、小帧的方式进行调度。

6.如权利要求1所述的仿真系统，其特征在于，每个仿真模块包含用于输入输出接口的配置一个或多个输入输出端口配置文件。

7.如权利要求1所述的仿真系统，其特征在于，所述数据中心提供的所述两层数据结构包括：

基本数据元素，用于提供包括数据符号、当前值、范围、类型、单位中的一个或多个的基本属性，提供按所述数据符号进行索引的功能，提供数据的插入、删除、获取、设置操作，并提供数据配置表信息解析；以及

由基本数据元素组合而成数据端口，提供包括端口符号、端口承载的信号、端口数据的内存空间、大小端中的一个或多个的基本属性，提供所述端口的创建、删除、读取、写入操作，并提供数据配置表信息解析。

8.一种用于发动机控制软件的仿真方法，包括：

由服务器端的调度中心提供静态仿真调度时序表，所述静态仿真调度时序表中的节点与各客户端仿真模块中设置的同步点一一对应；以及

由客户端的各仿真模块在其每个同步点的起始等待被所述调度中心调度，并在所述每个同步点的结尾通知所述调度中心该仿真模块的运行状态。

9.如权利要求8所述的仿真方法，其特征在于，所述仿真模块内部各分区基于分区调度配置表采用大、小帧的方式进行调度。

10.如权利要求8所述的仿真方法，其特征在于，进一步包括：

由服务器端的数据中心提供包括基本数据元素和数据端口的两层数据结构，通过网络接口与各仿真模块进行交互，并用于各仿真模块之间通信的中转交互。

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