RU2554667C2 - Stand for testing digital systems for automatic control, inspection and diagnosis of multi-engine propulsion systems - Google Patents
Stand for testing digital systems for automatic control, inspection and diagnosis of multi-engine propulsion systems Download PDFInfo
- Publication number
- RU2554667C2 RU2554667C2 RU2013138531/06A RU2013138531A RU2554667C2 RU 2554667 C2 RU2554667 C2 RU 2554667C2 RU 2013138531/06 A RU2013138531/06 A RU 2013138531/06A RU 2013138531 A RU2013138531 A RU 2013138531A RU 2554667 C2 RU2554667 C2 RU 2554667C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- information
- output
- model
- input
- systems
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Feedback Control In General (AREA)
- Testing And Monitoring For Control Systems (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области стендовых испытаний цифровых систем автоматического управления, контроля и диагностики (ЦСАУКиД) газотурбинных двигателей (ГТД), в частности к полунатурным испытаниям ЦСАУКиД силовыми установками (СУ) летательных аппаратов типа FADEC, и может быть использовано для проведения комплексных исследований и тестирования алгоритмов ЦСАУКиД СУ в составе многодвигательной силовой установки.The invention relates to the field of bench tests of digital automatic control, monitoring and diagnostics systems (CSAUKiD) of gas turbine engines (GTE), in particular, to semi-natural tests of CSAUKiD power plants (SU) of FADEC type aircraft, and can be used for complex research and testing algorithms CSAUKiD SU as part of a multi-engine power plant.
Известен стенд для исследования системы управления летательного аппарата, содержащий бортовую реальную аппаратуру (испытываемую аппаратуру), имитаторы внешних воздействий (имитаторы датчиков) и исполнительных механизмов (ИМ), машинную модель летательного аппарата (математическую модель, воспроизводящую динамику движения объекта управления системы автоматического управления (САУ) с помощью средств вычислительной техники) [Е.Д. Горбацевич. Аналоговое моделирование систем управления. М.: Наука, 1984, с. 295].A well-known stand for the study of the control system of an aircraft, containing on-board real equipment (test equipment), simulators of external influences (simulators of sensors) and actuators (MI), a machine model of an aircraft (mathematical model that reproduces the dynamics of the control object of an automatic control system (ACS) ) using computer technology) [E.D. Gorbatsevich. Analog modeling of control systems. M .: Nauka, 1984, p. 295].
Недостатком указанного стенда является сложность моделирования отказов двигателя, ИМ и датчиков, вызванная наличием большого количества аппаратно-программных средств, включаемых дополнительно в состав стенда, и невозможность проведения полунатурных испытаний систем управления многодвигательными СУ самолетов.The disadvantage of this stand is the complexity of modeling engine failures, MIs and sensors, caused by the presence of a large number of hardware and software tools that are additionally included in the stand, and the inability to conduct semi-natural tests of control systems for multi-engine aircraft SU.
Аналогичным недостатком обладает стенд для испытаний ГТД совместно с цифровой системой автоматического управления и контроля (ЦСАУК), который содержит ГТД, ИМ, датчики, ЦСАУК, персональный компьютер, пульт, технологические стендовые системы, причем ИМ соединены с ГТД, персональный компьютер подключен через интерфейс к ЦСАУК, пульт соединен с ЦСАУК, технологические стендовые системы соединены с ГТД, пульт соединен с технологическими стендовыми системами, выход ГТД соединен с датчиками, [Куликов Г.Г., Арьков В.Ю., Погорелов Г.И., Хаит Л.Х. Унификация информационно-измерительных систем стендов для испытаний ГТД совместно с цифровой САУ // Авиационная промышленность - №5-6. - 1997 - 52-57 с.].The GTE test bench has a similar disadvantage in conjunction with the digital automatic control and monitoring system (CSAUK), which contains the GTE, MI, sensors, CSAUK, a personal computer, a remote control, technological bench systems, the MI connected to the TBG, the personal computer connected via an interface to CSAUK, remote control connected to CSAUK, technological bench systems connected to gas turbine engines, remote control connected to technological bench systems, gas turbine output connected to sensors, [Kulikov GG, Arkov V.Yu., Pogorelov GI, Khait L.Kh . Unification of information-measuring systems of test benches for gas turbine engine tests in conjunction with a digital self-propelled guns // Aviation industry - No. 5-6. - 1997 - 52-57 p.].
Наиболее близким техническим решением, выбранным за прототип, является стенд для испытаний систем автоматического управления двигательными установками, содержащий функциональный блок информационной модели самолета - цифровую информационную модель САУ самолета, функциональный блок САУ СУ - натурную систему автоматического управления силовыми установками (САУ СУ), полунатурную модель первой двигательной установки (ДУ), информационные буферные модели ДУ. Полунатурная модель первой ДУ состоит из натурной электронной системы управления, имитаторов ИМ, машинной модели ГТД, имитаторов датчиков, при этом натурная электронная система посредством имитаторов ИМ соединена с машинной моделью ГТД, которая, в свою очередь, посредством имитаторов датчиков соединена с натурной электронной системой управления. Информационные буферные модели включают регистр приема и хранения информации, устройство расчета и модификации характеристик ДУ, устройство вывода, при этом вход регистра приема и хранения информации является входом информационной буферной модели, его выход соединен с устройством расчета и модификации характеристик ДУ, выход которого соединен с устройством вывода информации, выход которого в свою очередь является выходом информационной буферной модели. Выход цифровой информационной модели САУ самолета соединен с натурной САУ ДУ, которая посредством мультиплексного канала информационного обмена соединена с полунатурной моделью и информационными буферными моделями двигательных установок [патент РФ №2063622, дата публикации 10.07.1996 г. ].The closest technical solution selected for the prototype is a test bench for systems of automatic control of propulsion systems, containing a functional block of the aircraft information model - a digital information model of the ACS of the aircraft, a functional block of the ACS of the SU - a full-scale system of automatic control of power plants (ACS of the SU), a semi-natural model first propulsion system (DU), information buffer models of DU. The semi-natural model of the first remote control consists of a full-scale electronic control system, MI simulators, a gas turbine engine model, and sensor simulators, while a full-scale electronic system is connected to a gas turbine engine simulator by a MI simulator, which, in turn, is connected to a full-scale electronic control system via sensor simulators . Information buffer models include a register for receiving and storing information, a device for calculating and modifying the characteristics of the remote control, an output device, while the input of the register for receiving and storing information is an input of the information buffer model, its output is connected to a device for calculating and modifying the characteristics of the remote control, the output of which is connected to the device information output, the output of which in turn is the output of the information buffer model. The output of the digital information model of the aircraft’s self-propelled guns is connected to the full-scale self-propelled guns, which is connected via a multiplexed information exchange channel to the semi-natural model and information buffer models of propulsion systems [RF patent No. 2063622, publication date July 10, 1996].
Недостатками прототипа являются:The disadvantages of the prototype are:
1. Сложность проведения исследований САУ, вызванная:1. The complexity of the research of self-propelled guns caused by:
- наличием цифровой информационной модели САУ самолета, которая имеет ограниченную функциональность, программно не отвечающую современным требованиям при проведении испытаний цифровых САУ;- the presence of a digital information model of the self-propelled guns of the aircraft, which has limited functionality that does not programmatically meet modern requirements for testing digital self-propelled guns;
- наличием дополнительной реальной электронной системы управления ДУ в полунатурной модели, что существенно повышает затраты на испытания.- the presence of an additional real electronic control system for remote control in the full-scale model, which significantly increases the cost of testing.
2. Невозможность проверки функций контроля и диагностики натурной САУ СУ из-за программного отсутствия таких возможностей.2. The inability to verify the control functions and diagnostics of full-scale self-propelled guns SU due to the software lack of such capabilities.
3. Ограниченное моделирование программных сигналов двигателя и отсутствие контрольно-проверочных функций в цифровой информационной модели САУ самолета.3. Limited simulation of engine software signals and the lack of control and verification functions in the digital information model of the aircraft self-propelled guns.
4. Отсутствие моделирования заданной комбинации отказов в автоматизированном режиме.4. Lack of simulation of a given combination of failures in an automated mode.
5. Сложность проведения удаленных исследований САУ из-за отсутствия подключения стенда к рабочим местам пользователей.5. The difficulty of conducting remote research of self-propelled guns due to the lack of connection of the stand to users' workstations.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является обеспечение возможности проведения комплексных испытаний электронных систем управления с интегрированными функциями контроля и диагностики (ЦСАУКиД СУ) в составе многодвигательной силовой установки, снижение затрат на проведение исследований за счет использования полунатурной модели ДУ на основе эталонной ЦСАУКиД СУ, сохранение точностных характеристик, повышение информативности и достоверности исследований за счет введения информационно-измерительной системы.The problem to which the invention is directed is to enable comprehensive testing of electronic control systems with integrated monitoring and diagnostic functions (CSAUKiD SU) as part of a multi-engine power plant, reducing the cost of research through the use of a semi-full-scale model of remote control based on the reference CSAUKiD SU, maintaining accuracy characteristics, increasing the information content and reliability of research through the introduction of an information-measuring system.
Технический результат при осуществлении изобретения заключается в аппаратном расширении функциональных возможностей стенда за счет замены цифровой информационной модели САУ самолета на усовершенствованный функциональный блок информационной модели самолета - информационную модель самолетных систем (ИМСС), замены натурной САУ СУ на усовершенствованный функциональный блок САУ СУ - цифровую систему автоматического управления, контроля и диагностики силовыми установками (ЦСАУКиД СУ), введения модели ДУ, преобразователей сигналов ИМ, информационно-измерительной системы, матрицы моделей отказов, сервера многоканальных подключений, локальной вычислительной сети и системы управления стендом, что позволяет проводить комплексные исследования алгоритмов управления, контроля и диагностики ЦСАУКиД СУ, моделировать самолетные системы и отказы двигателя, датчиков и ИМ с возможностью удаленных испытаний в реальном масштабе времени.The technical result in the implementation of the invention consists in the hardware expansion of the functional capabilities of the stand by replacing the digital information model of the ACS of the aircraft with an improved functional block of the information model of the aircraft - the information model of aircraft systems (IMSS), replacing the full-scale self-propelled guns of the SU with the improved functional block of the self-propelled guns - a digital automatic system control, monitoring and diagnostics of power plants (CSAUKiD SU), the introduction of remote control model, signal converters IM, in a formation-measuring system, a matrix of failure models, a server of multi-channel connections, a local computer network and a control system for a bench, which allows complex studies of control algorithms, monitoring and diagnostics of CSAUKiD SU, to simulate aircraft systems and engine failures, sensors and MI with the possibility of remote testing in real time.
Самолетные системы представляют собой стандартный набор бортовых систем (оборудования), которые обмениваются информацией с ЦСАУКиД СУ по каналу информационного обмена. Это, например, гидравлические, пневматические, электрические и другие системы управления самолетом, включая приборное оборудование кабины пилотов [Интернет-ресурс: http://www.migavia.com/design-features.html].Aircraft systems are a standard set of on-board systems (equipment) that exchange information with CSAUKiD SU through the channel of information exchange. This, for example, hydraulic, pneumatic, electrical and other aircraft control systems, including instrumentation cockpit [Internet resource: http://www.migavia.com/design-features.html].
Следует отметить, что прототип и заявляемое техническое решение имеют функциональные блоки (соответственно цифровую информационную модель САУ самолета и информационную модель самолетных систем, натурную САУ СУ и ЦСАУКиД), выполняющие определенные схожие функции на качественно разном уровне:It should be noted that the prototype and the claimed technical solution have functional blocks (respectively, a digital information model of an ACS aircraft and an information model of aircraft systems, full-scale ACS SU and CSAUKiD), performing certain similar functions at a qualitatively different level:
1. В отличие от цифровой информационной модели САУ самолета в прототипе, схемотехника и программное обеспечение которой позволяло моделировать программные сигналы по тяге, давлению, температуре двигателя, в функциональном блоке информационной модели самолета по заявляемому решению - ИМСС - измененные схемотехника и программное обеспечение позволяют моделировать программные сигналы бортовой цифровой вычислительной машины, самолетных систем и его оборудования, а также выполнять функцию контрольно-проверочной аппаратуры [Погорелов Г.И., Азанов М.Р., Абдулнагимов А.И., Арьков В.Ю. Полунатурный стенд для испытаний САУ ГТД с имитацией датчиков и обеспечением информационного обмена с информационными моделями систем самолета // Сб. Мавлютовские тезисы, Уфа: УГАТУ, 2007; рекламный проспект ОАО УНПП «Молния», 2011 год].1. In contrast to the digital information model of the ACS of the aircraft in the prototype, the circuitry and software of which made it possible to simulate program signals by thrust, pressure, engine temperature, in the functional block of the aircraft’s information model according to the claimed solution — IMSS — modified circuitry and software allow simulating software signals of an on-board digital computer, aircraft systems and its equipment, and also perform the function of test equipment [G. Pogorelov , Azanov M.R., Abdulnagimov A.I., Arkov V.Yu. A semi-standard test bench for self-propelled guns with a simulation of sensors and providing information exchange with information models of aircraft systems // Sat. Mavlyutovskie theses, Ufa: USATU, 2007; advertising brochure of OJSC UNPP "Lightning", 2011].
ИМСС содержит модуль дискретных сигналов (интерфейсный блок), адаптер мультиплексного канала информационного обмена, адаптер канала информационного обмена, шину цифровых данных и ПЭВМ [Интернет-ресурс: http://www.gosniias.ru/pages/21-5.html].IMSS contains a discrete signal module (interface unit), an adapter for a multiplex information exchange channel, an adapter for an information exchange channel, a digital data bus and a personal computer [Internet resource: http://www.gosniias.ru/pages/21-5.html].
2. ЦСАУКиД (например, FADEC) в заявляемом решении, в отличие от известной согласно прототипу натурной САУ ДУ, дополнительно включает в себя устройства контроля технического состояния, диагностики отказов элементов САУ ДУ и их парирования, а также усовершенствованное программное обеспечение [Интернет-ресурс: http://www.safran.ru/spip.php?articlel759].2. CSAUKiD (for example, FADEC) in the claimed solution, in contrast to the well-known full-time self-propelled guns remote control, additionally includes devices for monitoring the technical condition, diagnostics of failures of self-propelled guns remote control devices and their parry, as well as advanced software [Internet resource: http://www.safran.ru/spip.php?articlel759].
Замена имеющихся функциональных блоков на ИМСС и ЦСАУКиД обеспечивает возможность проведения комплексных испытаний ЦСАУКиД СУ, позволяет исключить из полунатурной модели ДУ реальную электронную систему управления ДУ и тем самым снизить объем дорогостоящих натурных испытаний ЦСАУКиД СУ.Replacing existing functional blocks with IMSS and TsSAUKiD provides the possibility of conducting comprehensive tests of the TsSAUKiD SU, eliminates the real electronic control system of the remote control from the semi-natural model of the remote control, and thereby reduces the amount of expensive full-scale tests of the CSAUKiD SU.
В отличие от машинной модели ГТД, используемой в составе полунатурной модели первой ДУ согласно прототипу, модель ДУ реализована на цифровой вычислительной машине или персональном компьютере, что позволяет воспроизводить динамику движения объекта управления ЦСАУКиД по формулеIn contrast to the gas turbine engine model used as part of the semi-full-scale model of the first remote control according to the prototype, the remote control model is implemented on a digital computer or personal computer, which allows you to reproduce the dynamics of the control object CSAUKiD according to the formula
где А и В - коэффициенты динамической модели, соответствующие исправному состоянию двигателя, x - переменная, в качестве которой могут выступать частоты вращения роторов турбокомпрессора и винтовентилятора; u - переменная, отражающая управляющее воздействие (расход топлива, углы остановки лопастей винтов и т.д.) [Куликов Г.Г., Арьков В.Ю., Фатиков B.C., Абдулнагимов А.И., Погорелов Г.И. Методология полунатурного комплексного функционального моделирования ГТД и его систем // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета имени академика СП. Королева, №3-2, 2009. - С. 392-400; патент РФ №68070, дата публикации 10.11.2007 г. ].where A and B are the coefficients of the dynamic model corresponding to the serviceable state of the engine, x is the variable, which may be the rotational speed of the rotors of the turbocompressor and fan; u is a variable that reflects the control action (fuel consumption, stopping angles of propeller blades, etc.) [Kulikov G.G., Arkov V.Yu., Fatikov B.C., Abdulnagimov A.I., Pogorelov G.I. Methodology of semi-integrated complex functional modeling of gas turbine engines and its systems // Bulletin of Samara State Aerospace University named after academician SP. Queen, No. 3-2, 2009. - S. 392-400; RF patent No. 68070,
В отличие от имитаторов ИМ, используемых в составе полунатурной модели ДУ согласно прототипу, преобразователи сигналов ИМ преобразуют входные сигналы ИМ в желаемый выходной сигнал, эквивалентный реальным выходным сигналам электрических цепей, которые поступают на вход модели ГТД в виде управляющих сигналов. Кроме того, преобразователи ИМ функционируют во всем необходимом диапазоне электрических сигналов, позволяя преобразовать сигналы (типа напряжения или тока) в любой унифицированный выходной сигнал с высокой точностью. Состоят данные преобразователи из стандартных электронных плат ЦАП и АЦП так же, как и имитаторы ИМ согласно прототипу, однако их программная реализация является более совершенной [Интернет-ресурс: http://www.moluch.ru/archive/26/2825/].Unlike IM simulators used as part of the full-scale model of remote control according to the prototype, IM signal converters convert the IM input signals to the desired output signal, equivalent to the actual output signals of the electrical circuits that are input to the GTE model in the form of control signals. In addition, IM converters operate in the entire necessary range of electrical signals, allowing you to convert signals (such as voltage or current) into any unified output signal with high accuracy. These converters consist of standard electronic DAC and ADC boards as well as IM simulators according to the prototype, but their software implementation is more advanced [Internet resource: http://www.moluch.ru/archive/26/2825/].
Указанный технический результат достигается тем, что стенд для испытания ЦСАУКиД многодвигательными СУ содержит функциональный блок информационной модели самолета, функциональный блок САУ СУ, полунатурную модель первой ДУ, информационные модели со второй по n ДУ, причем функциональный блок информационной модели самолета посредством канала информационного обмена соединен с функциональным блоком САУ СУ, который посредством канала информационного обмена соединен с полунатурной моделью первой ДУ, выход полунатурной модели первой ДУ и выходы информационных моделей со второй по n ДУ соединены с функциональным блоком информационной модели самолета. При этом функциональный блок информационной модели самолета представляет собой информационную модель самолетных систем (ИМСС), функциональный блок системы автоматического управления силовой установкой представляет собой цифровую систему автоматического управления, контроля и диагностики силовыми установками (ЦСАУКиД СУ), стенд дополнительно содержит информационно-измерительную систему, матрицу моделей отказов, сервер многоканальных подключений, локальную вычислительную сеть, систему управления стендом, причем выход ИМСС соединен со вторым входом ЦСАУКиД СУ, выход которой соединен со вторым входом полунатурной модели первой ДУ, первый выход I1 полунатурной модели первой ДУ и первые выходы информационных моделей со второй по n ДУ соединены с входами информационно-измерительной системы, вторые выходы R1 полунатурной модели первой ДУ и вторые выходы информационных моделей со второй по n ДУ соединены с входами ИМСС, третий выход полунатурной модели первой ДУ соединен со входами информационных моделей со второй по n ДУ, первый выход матрицы моделей отказов соединен со входом полунатурной модели первой ДУ, со второго по n выходы матрицы моделей отказов соединены с информационными моделями со второй по n ДУ, выход сервера многоканальных подключений соединен с входом локальной вычислительной сети, выход которой соединен с входом системы управления стендом, первый выход которого соединен с входом матрицы моделей отказов, второй выход которого соединен с первым входом полунатурной модели первой ДУ, третий выход которого соединен с первым входом ЦСАУКиД СУ. Полунатурная модель первой ДУ включает преобразователи сигналов ИМ, модель ДУ, имитаторы датчиков, причем входом полунатурной модели первой ДУ является вход преобразователей сигналов ИМ, выход преобразователей сигналов ИМ соединен со входом модели ДУ, выход которой соединен со входом имитаторов датчиков, выход которых соединен со входом преобразователей сигналов ИМ, выход имитаторов датчиков является выходом полунатурной модели. Информационные модели со второй по n ДУ содержат блок расчета и модификаций характеристик двигательных установок, регистр приема и хранения информации, устройство вывода, причем входом информационной модели со второй по n ДУ является вход регистра приема и хранения информации, выход которого соединен с входом блока расчета и модификации характеристик двигательных установок, выход которого соединен с устройством вывода информации, выход которого является выходом информационных моделей со второй по n ДУ.The specified technical result is achieved by the fact that the test bench for the CSAUKiD with multi-engine SU contains a functional block of the aircraft information model, the SAU SU functional block, the semi-full-scale model of the first remote control, information models from the second to n remote control, and the functional block of the aircraft information model is connected to the information exchange channel with the functional unit of the self-propelled guns SU, which is connected via a data exchange channel to the full-scale model of the first remote control, the output of the full-scale model of the first remote control and the outputs of information models from the second to n remote control are connected to the functional block of the information model of the aircraft. At the same time, the functional block of the airplane’s information model is the airplane systems information model (IMSS), the power unit’s automatic control system functional block is a digital system for automatic control, monitoring and diagnostics of power plants (CSAUKiD SU), the stand additionally contains an information-measuring system, a matrix failure models, multichannel connection server, local area network, stand management system, and the output of the IMSC connection a second input TsSAUKiD SA, whose output is connected to the second input HIL model of the first control, first output I 1 HIL model of the first control and the first outputs information models with the second n controller connected to inputs information measurement system, the second outputs of R 1 HIL model first The remote control and the second outputs of the information models from the second to n remote control are connected to the inputs of the IMSS, the third output of the semi-full-scale model of the first remote control is connected to the inputs of the information models from the second to n remote control, the first output of the matrix of failure models is connected to in the course of the semi-natural model of the first remote control, from the second to n outputs of the matrix of failure models are connected to information models from the second to n remote control, the output of the multi-channel connection server is connected to the input of the local area network, the output of which is connected to the input of the control system of the stand, the first output of which is connected to the input matrix failure models, the second output of which is connected to the first input of the semi-natural model of the first remote control, the third output of which is connected to the first input of the CSAUKiD SU. The full-scale model of the first remote control includes IM signal converters, the remote control model, sensor simulators, and the input of the first remote control model is the input of the IM signal converters, the output of the IM signal converters is connected to the input of the remote control model, the output of which is connected to the input of the sensor simulators, the output of which is connected to the input IM signal converters, the output of sensor simulators is the output of the semi-natural model. Information models from the second to n remote control contain a unit for calculating and modifying the characteristics of propulsion systems, a register for receiving and storing information, an output device, and the input of the information model from second to n remote control is an input to the register for receiving and storing information, the output of which is connected to the input of the calculation unit and modification of the characteristics of propulsion systems, the output of which is connected to an information output device, the output of which is the output of information models from the second to n remote controls.
Сущность изобретения состоит в том, что на стенде для проведения комплексных испытаний ЦСАУКиД СУ используется полунатурная модель первой ДУ, остальные (n-1) ДУ заменяются информационными моделями, где в качестве (n-1) информационных моделей двигательных установок используются запомненные выходные параметры одной ЦСАУКиД СУ. Информационные модели (n-1) ДУ подключаются к ИМСС, которая, в свою очередь, взаимодействует с ЦСАУКиД СУ, что позволяет ЦСАУКиД работать в режимах управления, контроля и диагностики СУ с полным составом моделей самолетных систем, ДУ и ее отказами.The essence of the invention lies in the fact that the bench for conducting comprehensive tests of the CSAUKiD SU uses a full-scale model of the first remote control, the remaining (n-1) remote control are replaced by information models, where the stored output parameters of one CSAUKiD are used as (n-1) information models of propulsion systems SU. Information models (n-1) of the remote control are connected to the IMSS, which, in turn, interacts with the CSAUKiD SU, which allows the CSAUKiD to work in the control, monitoring and diagnostics of the SU with the full range of models of aircraft systems, remote control and its failures.
Сервер многоканальных подключений синхронизирует удаленные компьютеры пользователей, подключает их через локально-вычислительную сеть к стенду для проведения испытаний.The multichannel connection server synchronizes remote computers of users, connects them through a local area network to the test bench.
Система управления стендом посредством локальной вычислительной сети содержит кнопки включения/отключения стенда, программные тумблеры активации матрицы моделей отказов, задания режимов работы модели ДУ, имитаторов датчиков, преобразователей сигналов ИМ, информационно-измерительной системы.The control system of the bench through the local area network contains buttons to enable / disable the stand, software toggle switches for activating the matrix of failure models, setting the operating modes of the remote control model, sensor simulators, signal converters IM, information-measuring system.
Матрица моделей отказов включает отказы ДУ, датчиков и ИМ для проверки алгоритмов контроля и диагностики ЦСАУКиД СУ за счет передачи сигналов отказов в полунатурную и информационные модели. Матрица моделей отказов позволяет имитировать одиночные и множественные отказы, создавая различные последовательности и цепочки включения отказов.The matrix of failure models includes failures of the remote control, sensors, and MIs for testing the control and diagnostic algorithms of the CSAUKiD SU by transmitting the failure signals to the semi-natural and information models. The matrix of failure models allows you to simulate single and multiple failures, creating different sequences and chains of failures.
Полунатурная модель первой ДУ используется для моделирования в реальном масштабе времени параметров одной ДУ, ИМ и датчиков в замкнутом контуре с реальной ЦСАУКиД СУ и передачи этих параметров на информационные модели ДУ.The semi-natural model of the first remote control is used to simulate in real time the parameters of one remote control, MI and sensors in a closed loop with a real CSAUKiD control and transfer these parameters to the information model of the remote control.
Блок расчета и модификации характеристик ДУ используется для модификации характеристик ДУ в информационных моделях со второй по n ДУ. В указанном блоке производится заданное (расчетное) искажение выходных параметров со второй по n-ую моделях ДУ относительно первой ДУ, что повышает точность и достоверность исследований.The block for calculating and modifying the characteristics of the remote control is used to modify the characteristics of the remote control in information models from the second to n remote control. In this block, a given (calculated) distortion of the output parameters from the second to the n-th remote control models relative to the first remote control is performed, which increases the accuracy and reliability of the studies.
Информационно-измерительная система отображает (визуализирует), регистрирует выходные параметры ЦСАУКиД СУ и ее систем и обрабатывает их на ЭВМ.The information-measuring system displays (visualizes), registers the output parameters of the CSAUKiD SU and its systems and processes them on a computer.
На фигуре представлена структурная схема стенда для испытания ЦСАУКиД СУ, состоящей из n ДУ.The figure shows a structural diagram of a test bench for CSAUKiD SU, consisting of n remote control.
Стенд содержит функциональный блок информационной модели самолета, представляющий собой информационную модель самолетных систем 1, функциональный блок системы автоматического управления, представляющий собой цифровую систему автоматического управления, контроля и диагностики силовыми установками 2, полунатурную модель первой двигательной установки 3, информационные модели со второй по n двигательных установок 4, информационно-измерительную систему 5, преобразователи сигналов исполнительных механизмов 6, модель двигательной установки 7, имитаторы датчиков 8, регистр приема и хранения информации 9, блок расчета и модификаций характеристик двигательной установки 10, устройство вывода 11, матрицу моделей отказов 12, сервер многоканальных подключений 13, локальную вычислительную сеть 14, систему управления стендом 15, причем выход информационной модели самолетных систем 1 посредством канала информационного обмена соединен со вторым входом цифровой системы автоматического управления, контроля и диагностики силовыми установками 2, выход которой посредством канала информационного обмена соединен со вторым входом полунатурной модели первой двигательной установки 3, первые выходы I1 полунатурной модели первой двигательной установки 3 и информационных моделей со второй по n двигательных установок 4 соединены с входами информационно-измерительной системы 5, вторые выходы R1 полунатурной модели первой двигательной установки 3 и информационных моделей со второй по n двигательных установок 4 соединены с входами информационной модели самолетных систем 1, третий выход полунатурной модели первой двигательной установки 3 соединен с входами информационных моделей со второй по n двигательных установок 4, входом полунатурной модели первой двигательной установки 3 является вход преобразователей сигналов исполнительных механизмов 6, который соединен со входом модели двигательной установки 7, выход которой соединен с входом имитаторов датчиков 8, выход которого соединен с входом преобразователей сигналов исполнительных механизмов 6, выход имитаторов датчиков 8 является выходом полунатурной модели первой двигательной установки 3, входом информационных моделей со второй по n двигательных установок 4 является вход регистра приема и хранения информации 9, выход которого соединен с входом блока расчета и модификации характеристик двигательной установки 10, выход которого соединен с устройством вывода информации 11, выход которого является выходом информационных моделей со второй по n двигательных установок 4, первый выход матрицы моделей отказов 12 соединен с входом полунатурной модели первой двигательной установки 3, со второго по n-ый выходы матрицы моделей отказов соединены с входами информационных моделей со второй по n двигательных установок 4, выход сервера многоканальных подключений 13 соединен с входом локальной вычислительной сети 14, выход которой соединен с входом системы управления стендом 15, первый выход которого соединен с входом матрицы моделей отказов 12, второй выход которого соединен с первым входом полунатурной модели первой двигательной установки 3, третий выход которого соединен с первым входом цифровой системы автоматического управления, контроля и диагностики силовыми установками 2.The stand contains a functional block of the information model of the aircraft, which is an information model of
Реальный комплекс полунатурного моделирования ЦСАУКиД СУ работает следующим образом.The real complex of semi-natural modeling CSAUKiD SU works as follows.
Сервер многоканальных подключений 13 создает каналы связи и подключает удаленные компьютеры по локально-вычислительной сети 14 к стенду. На сервере 13 ведется контроль доступа к данным испытаний и разграничение прав пользователей, которое устанавливается инженером заранее для каждого испытания. Система управления стендом 15, принимающая соответствующие сигналы, формирует управляющие команды для ИМСС 1, ЦСАУКиД СУ 2, полунатурной модели ДУ 3 и матрицы моделей отказов 12. ИМСС 1 моделирует дискретные сигналы бортовой цифровой вычислительной машины и общесамолетного оборудования, которые через канал информационного обмена поступают в ЦСАУКиД СУ 2. Каналы информационного обмена поддерживают распределенное управление в реальном масштабе времени с высоким уровнем безопасности.The
ЦСАУКиД СУ 2 реализует функции приема, обработки и передачи информации между ИМСС 1, полунатурной моделью 3 первой ДУ и информационными моделями со второй по n ДУ 4 в соответствии с техническим заданием. В ЦСАУКиД СУ 2 производится расчет параметров n ДУ, контроль и диагностика отказов. Обмен информацией ЦСАУКиД СУ 2 с полунатурной 3 и информационными моделями ДУ 4 происходит циклически, передачей «кадра» информации. При передаче «кадра» информации из ЦСАУКиД СУ 2 в полунатурную модель первой ДУ 3 одновременно вектор выходных параметров полунатурной модели первой ДУ 3 запоминается в информационных моделях со второй по n ДУ 4, а также поступает на входы ЦСАУКиД СУ 2 и информационно-измерительной системы 5. Со второго по n-ый «кадры» информации записываются в регистр приема и хранения информации 9, где в блоке расчета и модификаций характеристик ДУ 10 искажаются относительно первой ДУ и через устройство вывода 11 (по каналам I1 и R1) поступают на входы ЦСАУКиД СУ 2 и информационно-измерительной системы 5. ЦСАУКиД СУ 2 подает на вход полунатурной модели управляющие воздействия на преобразователи сигналов ИМ 6, которые, в свою очередь, преобразуют сигнал в код (унифицированный выходной сигнал), и подают его на вход модели ДУ 7 (в виде входных управляющих параметров). Выходные параметры модели ДУ 7 фиксируются имитаторами датчиков 8 и подаются на вход преобразователей сигналов ИМ 6 и выходы полунатурной модели первой ДУ 3.
Имитация отказов происходит следующим образом. В заданные моменты времени в системе управления стендом 15 выбираются комбинации отказов и расписание их включения, управляющие сигналы посылаются матрице моделей отказов 12. Включение отказов вызывает соответствующие изменения в полунатурной 3 и информационных моделях со второй по n ДУ 4, что позволяет проверить реакцию ЦСАУКиД СУ 2 на отказы (алгоритмы парирования отказов). Имитируются отказы двигателя, датчиков и исполнительных механизмов: отказы по входным сигналам, отказы по выходным командам, отказы аппаратуры блока ЦСАУКиД СУ.Simulation of failures is as follows. At specified times in the control system of
Динамика ДУ в случае имитации i-го отказа двигателя моделируется с помощью дифференциального уравненияThe dynamics of the remote control in the case of simulating the i-th engine failure is modeled using the differential equation
то естьi.e
где скачкообразное изменение коэффициентов А на величины дельта А, В на дельта В приводит к определенному отказу из матрицы моделей отказов. Величина этих скачков определяется заранее по термодинамической модели двигателя для каждого отказа. К моделируемым состояниям двигателя относят исправное состояние, деградацию характеристик расхода топлива, тяги, температуры газа, «помпаж» компрессора, прогорание камеры сгорания, погасание камеры сгорания, разрушение лопатки турбины и другие.where an abrupt change in the coefficients A by the values of delta A, B by delta B leads to a certain failure from the matrix of failure models. The magnitude of these jumps is determined in advance by the thermodynamic model of the engine for each failure. The simulated conditions of the engine include good condition, degradation of the characteristics of fuel consumption, traction, gas temperature, compressor “surge”, burnout of the combustion chamber, extinction of the combustion chamber, destruction of the turbine blade and others.
К отказам датчиков и исполнительных механизмов относят обрыв электрической цепи, короткое замыкание, фиксацию ИМ в заданном состоянии, движение исполнительного механизма в одну сторону с постоянной скоростью до ограничения. Например, для фиксации ИМ в заданном состоянии на вход преобразователя сигналов ИМ поступает модифицированный сигнал из матрицы моделей отказов. На выходе преобразователя сигналов ИМ устанавливается постоянный выходной сигнал, который не меняется при выходе, тогда считается, что реальный ИМ перестает выполнять команды ЦСАУКиД.Failures of sensors and actuators include an open circuit, a short circuit, fixing the MI in a given state, the movement of the actuator in one direction at a constant speed to a limit. For example, to fix the MI in a given state, a modified signal from the matrix of failure models is input to the input of the IM signal converter. At the output of the IM signal converter, a constant output signal is set, which does not change when the output, then it is considered that the real IM ceases to execute CSAUKiD commands.
В результате на мониторе информационно-измерительной системы отображаются все регистрируемые входные/выходные параметры ЦСАУКиД СУ и ее систем, моделируемые и диагностированные отказы/состояния ЦСАУКиД СУ и ее систем, ход проведения испытаний. Вся текущая информация записывается на носитель информации для последующего детального анализа.As a result, on the monitor of the information-measuring system, all recorded input / output parameters of the CSAUKiD SU and its systems, simulated and diagnosed failures / states of the CSAUKiD SU and its systems, the course of the tests are displayed. All current information is recorded on a storage medium for subsequent detailed analysis.
Таким образом, введение ИМСС, ЦСАУКиД СУ, модели ДУ, информационно-измерительной системы, матрицы моделей отказов, сервера многоканальных подключений, локальной вычислительной сети и системы управления стендом позволяет расширить функциональные и аппаратные возможности стенда для проведения комплексных исследований и тестирования ЦСАУКиД в составе многодвигательных силовых установок.Thus, the introduction of IMSS, CSAUKiD SU, model of remote control, information-measuring system, matrix of failure models, server of multi-channel connections, local computer network and control system of the stand allows you to expand the functional and hardware capabilities of the stand for complex research and testing of CSAUKiD as part of multi-engine power installations.
Использование предлагаемого стенда для испытаний ЦСАУКиД СУ обеспечивает следующие преимущества:Using the proposed test bench CSAUKiD SU provides the following advantages:
1) позволяет моделировать самолетные системы и различные отказы датчиков, ИМ и двигателя при стендовых испытаниях ЦСАУКиД многодвигательных силовых установок, то есть обеспечивает возможность проведения комплексных испытаний ЦСАУКиД СУ;1) allows you to simulate aircraft systems and various failures of sensors, MIs and the engine during bench tests of the CSAUKiD multi-engine power plants, that is, it provides the ability to conduct complex tests of the CSAUKiD SU;
2) снижает объем дорогостоящих натурных испытаний ЦСАУКиД СУ за счет исключения из полунатурной модели ДУ реальной электронной системы управления ДУ и использования только входных параметров ЦСАУКиД СУ, а также за счет автоматизированной отработки отказов путем их моделирования матрицей моделей отказов;2) reduces the volume of costly full-scale tests of the CSAUKiD SU by eliminating the real electronic control system of the remote control from the semi-natural model of the remote control and using only the input parameters of the CSAUKiD SU, as well as through automated failure processing by modeling them with the matrix of failure models;
3) позволяет наблюдать и проводить исследования ЦСАУКиД СУ с удаленных компьютеров, используя для подключения к стенду интернет соединение.3) allows you to observe and conduct research CSAUKiD SU from remote computers, using an Internet connection to connect to the stand.
4) повышает точность и достоверность исследований ЦСАУКиД СУ за счет использования информационно-измерительной системы.4) improves the accuracy and reliability of research CSAUKiD SU through the use of information-measuring system.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013138531/06A RU2554667C2 (en) | 2013-08-19 | 2013-08-19 | Stand for testing digital systems for automatic control, inspection and diagnosis of multi-engine propulsion systems |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013138531/06A RU2554667C2 (en) | 2013-08-19 | 2013-08-19 | Stand for testing digital systems for automatic control, inspection and diagnosis of multi-engine propulsion systems |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2013138531A RU2013138531A (en) | 2015-02-27 |
| RU2554667C2 true RU2554667C2 (en) | 2015-06-27 |
Family
ID=53279232
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013138531/06A RU2554667C2 (en) | 2013-08-19 | 2013-08-19 | Stand for testing digital systems for automatic control, inspection and diagnosis of multi-engine propulsion systems |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2554667C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2660214C1 (en) * | 2017-10-05 | 2018-07-05 | Публичное акционерное общество "ОДК-Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") | Method for testing a gas turbine engine |
| RU2774479C1 (en) * | 2021-11-01 | 2022-06-21 | Акционерное общество "Центр научно-технических услуг "ЦАГИ" | Method for identifying and validating a mathematical model of flight dynamics and a control system for vertical takeoff and landing unmanned aerial vehicles (vt uav) using a robotic stand for semi-natural simulation |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2039963C1 (en) * | 1992-02-03 | 1995-07-20 | Уфимское агрегатное конструкторское бюро "Молния" | Method of semifull-scale research of power plant automatic control system |
| RU2063222C1 (en) * | 1992-12-28 | 1996-07-10 | Игорь Электринович Острейковский | Method for curing patients |
| US6262550B1 (en) * | 1999-12-17 | 2001-07-17 | General Electric Company | Electrical motor monitoring system and method |
| RU2331054C2 (en) * | 2006-07-17 | 2008-08-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Уфимский государственный авиационный технический университет | Method of semifull-scale test of acs for gas turbine engines and engine-test stand |
| RU2340883C1 (en) * | 2007-05-18 | 2008-12-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Уфимский государственный авиационный технический университет | Method of semi-natural testing of automatic and gas turbine engine control systems and stand to that end |
| CA2848138A1 (en) * | 2011-09-15 | 2013-03-21 | Snecma | System for monitoring a measurement chain of a turbojet engine |
-
2013
- 2013-08-19 RU RU2013138531/06A patent/RU2554667C2/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2039963C1 (en) * | 1992-02-03 | 1995-07-20 | Уфимское агрегатное конструкторское бюро "Молния" | Method of semifull-scale research of power plant automatic control system |
| RU2063222C1 (en) * | 1992-12-28 | 1996-07-10 | Игорь Электринович Острейковский | Method for curing patients |
| US6262550B1 (en) * | 1999-12-17 | 2001-07-17 | General Electric Company | Electrical motor monitoring system and method |
| RU2331054C2 (en) * | 2006-07-17 | 2008-08-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Уфимский государственный авиационный технический университет | Method of semifull-scale test of acs for gas turbine engines and engine-test stand |
| RU2340883C1 (en) * | 2007-05-18 | 2008-12-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Уфимский государственный авиационный технический университет | Method of semi-natural testing of automatic and gas turbine engine control systems and stand to that end |
| CA2848138A1 (en) * | 2011-09-15 | 2013-03-21 | Snecma | System for monitoring a measurement chain of a turbojet engine |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2660214C1 (en) * | 2017-10-05 | 2018-07-05 | Публичное акционерное общество "ОДК-Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") | Method for testing a gas turbine engine |
| RU2774479C1 (en) * | 2021-11-01 | 2022-06-21 | Акционерное общество "Центр научно-технических услуг "ЦАГИ" | Method for identifying and validating a mathematical model of flight dynamics and a control system for vertical takeoff and landing unmanned aerial vehicles (vt uav) using a robotic stand for semi-natural simulation |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2013138531A (en) | 2015-02-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Bélanger et al. | The what, where and why of real-time simulation | |
| CN203759532U (en) | Aeroengine general emulator | |
| CN104699068A (en) | Universal simulator for aircraft engines | |
| Wu et al. | Design and implementation of a power-hardware-in-the-loop interface: a nonlinear load case study | |
| CN109933047B (en) | Joint reliability test profile construction method of software and hardware hybrid system | |
| CA2917240C (en) | Programmable actuator simulation card | |
| RU2554667C2 (en) | Stand for testing digital systems for automatic control, inspection and diagnosis of multi-engine propulsion systems | |
| CN113358366A (en) | Aircraft engine fault simulation system and control method | |
| Thomas et al. | The application of hardware in the loop testing for distributed engine control | |
| KR20090055056A (en) | Tester of microgrid management system | |
| RU187791U1 (en) | STAND FOR TESTS OF ELECTRONIC UNITS OF THE AUTOMATIC CONTROL SYSTEM AND CONTROL OF A GAS TURBINE ENGINE | |
| RU103914U1 (en) | STAND FOR TESTING THE AUTOMATIC CONTROL SYSTEM OF A CONVERTED AVIATION GAS TURBINE INSTALLATION FOR DRIVING A POWER GENERATOR | |
| Ambrosovskaya et al. | Approach for Advanced Testing of DP Control System | |
| KR101901525B1 (en) | Multi-mode system integration laboratory apparatus and method for avionics system with hierarchical architecture | |
| Kim et al. | Development of a system integration laboratory for aircraft avionics systems | |
| Ağdere et al. | An Indigenous Flight Control System Test | |
| CN104182273A (en) | Optimal control method of single-machine infinite-bus affine nonlinear system | |
| Miller et al. | Hardware-in-the-loop electric drive stand issues for jet engine simulation | |
| RU2039963C1 (en) | Method of semifull-scale research of power plant automatic control system | |
| Karasubaşi et al. | Model Based Testing of Aircraft Interfaces | |
| Mutlu et al. | System Level Design Verification Testing for Different Interconnected units with Hardware-in-the-loop (HIL) Simulation | |
| US11754637B2 (en) | Power system component testing using a power system emulator-based testing apparatus | |
| Yildirim et al. | Test System for Avionics Central Data Management Units | |
| Curry et al. | Propulsion directorate/control and engine health management (CEHM): Real-time turbofan engine simulation | |
| Wang et al. | Hardware-in-the-Loop Simulation Platform for Fault Diagnosis of Distributed Engine Control System |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| HZ9A | Changing address for correspondence with an applicant |