一種大型飛機液壓系統實時仿真系統的製作方法
2023-04-25 09:32:21 1
一種大型飛機液壓系統實時仿真系統的製作方法
【專利摘要】本發明屬於航空機載液壓系統設計【技術領域】，涉及對飛機液壓系統提出一種實時仿真系統。本系統包括通過實時乙太網連接的人機界面交互子系統和實時解算子系統。該系統基於分布式並行仿真、系統集成建模等先進的設計理念，快速實現控制系統快速原型化，旨在建立多系統的綜合數字模型，力圖全面反映機械、液壓、電氣、電子、控制多學科子系統之間的複雜集成和耦合，洞察和獲取系統更多的品質。
【專利說明】一種大型飛機液壓系統實時仿真系統【技術領域】
[0001]本發明屬於航空機載液壓系統設計【技術領域】，涉及對飛機液壓系統提出一種實時仿真系統。
【背景技術】
[0002]目前，我國機載液壓系統設計還處於傳統的設計一驗證一設計改進一驗證的過程，大量的驗證需要通過鐵鳥實物臺來驗證，主要存在以下問題:
[0003]I)在設計初期由於技術手段和設計方法的欠缺，無法保證系統設計合理性和正確性，無法與其餘關聯繫統進行各種參數匹配，無法快速的對設計缺陷進行驗證和改進；
[0004]2)設計驗證階段通過「鐵鳥試驗」等各類物理試驗進行系統綜合和整機性能驗證，一方面成本較高，另一方面由於系統集成是在整個研發階段的中後期進行，發現問題則需要進行排查並修改設計方案，甚至推倒原有方案，引起較多的重複工作；
[0005]經專利檢索，最接 近的發明專利為飛機反推力液壓裝置半實物實時仿真系統，編號為 200910029413.1。
[0006]該發明不需要製備液壓裝置，即可對飛機反推力液壓裝置進行各種參數的測試與分析；大大縮短反推力液壓裝置的研製分析周期，提高設計質量，減少測試費用。但是，相對於大型飛機的機載液壓系統而言，飛機反推力液壓裝置功能和原理相對獨立且簡單。而實時仿真系統的構建與被仿真系統的複雜度有直接的關係。因此，採用該專利的實時仿真系統的構建模式不能很好的解決複雜多餘度飛機液壓系統實時仿真的需求。
【發明內容】
[0007]本發明的目的:
[0008]本發明針對以上問題，通過一定方法和策略在設計初期快速建立複雜多餘度飛機液壓實時仿真系統，使系統方案驗證從物理試驗轉至虛擬試驗，在集成的虛擬環境下分析、評價和優化系統級性能和設計方案，並考慮子系統和其餘子系統乃至大系統之間的耦合作用。
[0009]本發明的技術方案:
[0010]一種大型飛機液壓系統實時仿真系統，包括通過實時乙太網連接的人機界面交互子系統和實時解算子系統，其中，
[0011]人機界面交互子系統包括控制面板、多功能顯示模塊、故障監控模塊、模型加載模塊和信號配置模塊；
[0012]控制面板，用於模擬飛機液壓系統人工控制功能；
[0013]多功能顯示模塊，用於模擬與飛機液壓系統有關的飛機座艙效應，包括液壓系統簡圖頁、告警、記錄功能；
[0014]故障監控模塊，用於模擬飛機液壓系統故障維護及狀態檢測；
[0015]模型加載模塊，用於配置管理液壓系統模型，以及從液壓系統模型庫中下載模型至實時解算子系統；
[0016]信號配置模塊；用於對實時解算子系統中的液壓系統模型進行信號配置；
[0017]實時解算子系統包括人機接口模塊、液壓執行機構模型、液壓能源系統模型以及模型數據處理模塊；
[0018]人機接口模塊，用於人機界面交互子系統與液壓執行機構模型、液壓能源系統模型以及模型數據處理模塊進行通信；
[0019]液壓執行機構模型，用於模擬飛機液壓系統各用戶子系統，模擬的飛機液壓系統各用戶子系統包括飛控系統、起落架控制系統、艙門控制系統、應急電機；
[0020]液壓能源系統模型，用於模擬飛機液壓能源系統，模擬的飛機液壓能源系統包括發動機驅動泵、交流電動泵、油箱、油濾、安全閥、優先閥、管路、吸油通斷閥、功率轉換裝置以及衝壓空氣渦輪；
[0021]數據處理模塊，用於模擬飛機液壓監控系統，模擬的飛機液壓監控系統包括數據採集計算機、綜合處理計算機以及電氣負載裝置。
[0022]本發明的優點:
[0023]該系統基於分布式並行仿真、系統集成建模等先進的設計理念，快速實現控制系統快速原型化，旨在建立多系統的綜合數字模型，力圖全面反映機械、液壓、電氣、電子、控制多學科子系統之間的複雜集成和耦合，洞察和獲取系統更多的品質。
[0024]該系統是一種通用化的液壓系統集成測試環境，為外場、在研、預研等型號飛機的機載液壓系統開發提供必要的設計手段，完善設計流程、改善設計環境、優化系統設計，避免不必要的重複設計工作，減少物理試驗的次數和成本；可以應用於飛機級機、電、液大系統虛擬樣機的開發，是一種飛機多系統協同交互系統，能有效研究分析多系統之間的耦合作用，尤其在集成各分系統，評估和驗證整體性能，進行整體的調優和匹配，同時進行可靠性和故障模式分析等方面提供了良好的可供設計和評價方法。
[0025]該技術屬於軍、民通用技術，不僅可以在航空領域，只要是大型複雜設備的開發與研製中均可使用，不僅能促進和提高系統在設計與試驗階段的工作效率和質量外，還能為設備的維護使用提供故障維護和檢測手段。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1為本發明的原理框圖。
【具體實施方式】
[0027]本發明的一種實施方式如下:
[0028]該系統採用AMESim、Matlab、Iabview及c語言建立了飛機液壓系統整機模型，應用基於分布式並行仿真技術，完成了 「人在環」的全數字及半物理仿真系統；該系統硬體採用為酷睿雙核3.0GHZ臺式計算機3臺以及高速專用計算機HILBOX—臺；網絡採用了實時乙太網和ffiEE1394。
[0029]一種大型飛機液壓系統實時仿真系統，包括通過實時乙太網連接的人機界面交互子系統和實時解算子系統，其中，
[0030]人機界面交互子系統包括控制面板、多功能顯示模塊、故障監控模塊、模型加載模塊和信號配置模塊；
[0031]控制面板，用於模擬飛機液壓系統人工控制功能；採用物理開關模擬液壓控制板功能，通過數據採集卡與人機界面子系統進行交互。
[0032]多功能顯示模塊，用於模擬與飛機液壓系統有關的飛機座艙效應，包括液壓系統簡圖頁、告警、記錄功能；該模塊包括通過LAbview及C生成模擬與飛機液壓系統有關的飛機座艙效應顯示系統，以及用於顯示的液晶顯示屏；其中，模擬飛機座艙效應顯示系統通過AFDX總線及429總線與人機接口模塊進行交互；
[0033]故障監控模塊，用於模擬飛機與液壓系統有關的飛機液壓系統故障維護及狀態檢測；採用LAbview及C建立故障監控模塊，通過AFDX總線實現與人機接口模塊交互；
[0034]模型加載模塊，用於配置管理液壓系統模型，以及從液壓系統模型庫中下載模型至實時解算子系統；採用C語言建立模型加載模塊，模型加載模塊通過實時乙太網與人機接口模塊交互；，模型加載模塊通過串口與液壓系統模型庫交互；
[0035]信號配置模塊；用於對實時解算子系統中的液壓系統模型進行信號配置；採用C語言建立信號配置模塊，信號配置模塊通過實時乙太網與人機接口模塊交互；配置的信號包括:控制顯示信號、模型與模型的約束關係信號。
[0036]實時解算子系統包括人機接口模塊、液壓執行機構模型、液壓能源系統模型以及模型數據處理模塊；
[0037]人機接口模塊，用於人機界面交互子系統與液壓執行機構模型、液壓能源系統模型以及模型數據處理模塊進行通信；通過專用的API函數庫與人機界面交互子系統進行交聯，同時也具備與物理設備實時交互的能力，包括AFDX總線、429總線、1553B、CAN。
[0038]上述的液壓系統模型庫建立如下，分為以下兩類:
[0039]第一類，對於飛機液壓系統各用戶子系統和液壓能源系統，首先利用AEMSim建立系統非實時仿真模型，再將已完成的系統非實時仿真模型進行模型置信度試驗，即仿真模型與物理試驗系統的對比試驗，最終確定可以替代物理試驗系統的系統非實時仿真模型；
[0040]第二類，對於飛機液壓監控系統，利用Matlab建立用於數據處理的液壓系統數據處理仿真模型。
[0041]完成以上兩類模型的建立，液壓系統模型庫即可建立完成。
[0042]通過模型加載模塊將液壓系統模型庫的系統非實時仿真模型和數據處理仿真模型下載至實時解算子系統，緊接著進行模型集成調試，調試具體步驟如下:
[0043]a)系統非實時仿真模型調試遵循如下步驟:
[0044]I)在變步長仿真結果正確的前提下選擇合適的步長，選定解法器，使用定步長仿真；
[0045]確定可以替代物理試驗系統的系統非實時仿真模型之後，按照如圖3所示的模型實時化縮減技術，對確立的系統非實時仿真模型進行實時化修改。採用設計分析方法進行參數識別，降低了模型的複雜程度，而且縮減後的系統仍有足夠的精度來仿真被研究對象，減少了仿真運行的時間。
[0046]2)在定步長仿真結果正確的前提下添加SMULINK接口，並且生成所需的文件；
[0047]3)在SMULINK下進行變步長仿真，對比和AMESM環境下的運行結果；
[0048]4)在變步長仿真結果一致的前提下，選擇和先前AMESIM所選相同的參數進行定步長仿真。
[0049]由於系統非實時仿真模型的特殊性，必須使用較小的步長運算才能得到正確的結果，而步長越小，對硬體的要求也就越高。
[0050]b)數據處理仿真模型調試步驟如下:
[0051]I)在變步長下運行模型，保證仿真模型與物理部件或系統的參數一致；
[0052]2)在變步長仿真結果一致的前提下，選擇合適的步長，進行定步長仿真；
[0053]3)在定步長仿真結果一致的前提下，進行模型的實時化修改，進行定步長仿真。
[0054]c)綜合調試:利用人機界面交互子系統中信號配置模塊將液壓能源系統模型、液壓執行機構模型及數據處理模型進行接口信號配置交聯，按照預先設定的各種工況對系統功能、性能進行逐一的測試，同時按模型實時化縮減技術進行優化設計，尋找出大系統模型中的實時化影響因子，直至與物理系統所需的各種參數要求一致，到此一套液壓系統實時仿真系統即可完成。
【權利要求】
1.一種大型飛機液壓系統實時仿真系統，其特徵是，本系統包括通過實時乙太網連接的人機界面交互子系統和實時解算子系統， 其中，人機界面交互子系統包括控制面板、多功能顯示模塊、故障監控模塊、模型加載模塊和信號配置模塊；控制面板，用於模擬飛機液壓系統人工控制功能；多功能顯示模塊，用於模擬與飛機液壓系統有關的飛機座艙效應；故障監控模塊，用於模擬飛機液壓系統故障維護及狀態檢測；模型加載模塊，用於配置管理液壓系統模型，以及從液壓系統模型庫中下載模型至實時解算子系統；信號配置模塊；用於對實時解算子系統中的液壓系統模型進行信號配置； 實時解算子系統包括人機接口模塊、液壓執行機構模型、液壓能源系統模型以及模型數據處理模塊；人機接口模塊，用於人機界面交互子系統與液壓執行機構模型、液壓能源系統模型以及模型數據處理模塊進行通信；液壓執行機構模型，用於模擬飛機液壓系統各用戶子系統；液壓能源系統模型，用於模擬飛機液壓能源系統，；數據處理模塊，用於模擬飛機液壓監控系統。
2.如權利要求1所述的一種大型飛機液壓系統實時仿真系統，其特徵是，所述模擬的飛機座艙效應包括:液壓系統簡圖頁、告警、記錄功能。
3.如權利要求1所述的一種大型飛機液壓系統實時仿真系統，其特徵是，所述的模擬的飛機液壓系統各用戶子系統包括:飛控系統、起落架控制系統、艙門控制系統、應急電機。
4.如權利要求1所述的一種大型飛機液壓系統實時仿真系統，其特徵是，所述的模擬的飛機液壓能源系統包括:發動機驅動泵、交流電動泵、油箱、油濾、安全閥、優先閥、管路、吸油通斷閥、功率轉換裝置以及衝壓空氣渦輪。
5.如權利要求1所述的一種大型飛機液壓系統實時仿真系統，其特徵是，所述的模擬的飛機液壓監控系統包括:數據採集計算機、綜合處理計算機以及電氣負載裝置。
6.如權利要求1所述的一種大型飛機液壓系統實時仿真系統，其特徵是，所述的多功能顯示模塊包括通過LAbview及C生成模擬與飛機液壓系統有關的飛機座艙效應顯示系統，以及用於顯示的液晶顯示屏。
7.如權利要求1所述的一種大型飛機液壓系統實時仿真系統，其特徵是，所述的人機接口模塊通過專用的API函數庫與人機界面交互子系統進行交聯，同時也具備與物理設備實時交互的能力，包括AFDX總線、429總線、1553B、CAN。
【文檔編號】G05B17/02GK103970024SQ201310034127
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2013年1月29日 優先權日:2013年1月29日
【發明者】杜朝陽, 李昆, 劉紅 申請人:中國航空工業集團公司西安飛機設計研究所