一種大型飛機(jī)液壓系統(tǒng)實時仿真系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于航空機(jī)載液壓系統(tǒng)設(shè)計【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及對飛機(jī)液壓系統(tǒng)提出一種實時仿真系統(tǒng)。本系統(tǒng)包括通過實時以太網(wǎng)連接的人機(jī)界面交互子系統(tǒng)和實時解算子系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于分布式并行仿真、系統(tǒng)集成建模等先進(jìn)的設(shè)計理念，快速實現(xiàn)控制系統(tǒng)快速原型化，旨在建立多系統(tǒng)的綜合數(shù)字模型，力圖全面反映機(jī)械、液壓、電氣、電子、控制多學(xué)科子系統(tǒng)之間的復(fù)雜集成和耦合，洞察和獲取系統(tǒng)更多的品質(zhì)。
【專利說明】一種大型飛機(jī)液壓系統(tǒng)實時仿真系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于航空機(jī)載液壓系統(tǒng)設(shè)計【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及對飛機(jī)液壓系統(tǒng)提出一種實時仿真系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，我國機(jī)載液壓系統(tǒng)設(shè)計還處于傳統(tǒng)的設(shè)計一驗證一設(shè)計改進(jìn)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(shè)計初期由于技術(shù)手段和設(shè)計方法的欠缺，無法保證系統(tǒng)設(shè)計合理性和正確性，無法與其余關(guān)聯(lián)系統(tǒng)進(jìn)行各種參數(shù)匹配，無法快速的對設(shè)計缺陷進(jìn)行驗證和改進(jìn)；
[0004]2)設(shè)計驗證階段通過“鐵鳥試驗”等各類物理試驗進(jìn)行系統(tǒng)綜合和整機(jī)性能驗證，一方面成本較高，另一方面由于系統(tǒng)集成是在整個研發(fā)階段的中后期進(jìn)行，發(fā)現(xiàn)問題則需要進(jìn)行排查并修改設(shè)計方案，甚至推倒原有方案，引起較多的重復(fù)工作；
[0005]經(jīng)專利檢索，最接 近的發(fā)明專利為飛機(jī)反推力液壓裝置半實物實時仿真系統(tǒng)，編號為 200910029413.1。
[0006]該發(fā)明不需要制備液壓裝置，即可對飛機(jī)反推力液壓裝置進(jìn)行各種參數(shù)的測試與分析；大大縮短反推力液壓裝置的研制分析周期，提高設(shè)計質(zhì)量，減少測試費用。但是，相對于大型飛機(jī)的機(jī)載液壓系統(tǒng)而言，飛機(jī)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(tǒng)的構(gòu)建與被仿真系統(tǒng)的復(fù)雜度有直接的關(guān)系。因此，采用該專利的實時仿真系統(tǒng)的構(gòu)建模式不能很好的解決復(fù)雜多余度飛機(jī)液壓系統(tǒng)實時仿真的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的:
[0008]本發(fā)明針對以上問題，通過一定方法和策略在設(shè)計初期快速建立復(fù)雜多余度飛機(jī)液壓實時仿真系統(tǒng)，使系統(tǒng)方案驗證從物理試驗轉(zhuǎn)至虛擬試驗，在集成的虛擬環(huán)境下分析、評價和優(yōu)化系統(tǒng)級性能和設(shè)計方案，并考慮子系統(tǒng)和其余子系統(tǒng)乃至大系統(tǒng)之間的耦合作用。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案:
[0010]一種大型飛機(jī)液壓系統(tǒng)實時仿真系統(tǒng)，包括通過實時以太網(wǎng)連接的人機(jī)界面交互子系統(tǒng)和實時解算子系統(tǒng)，其中，
[0011]人機(jī)界面交互子系統(tǒng)包括控制面板、多功能顯示模塊、故障監(jiān)控模塊、模型加載模塊和信號配置模塊；
[0012]控制面板，用于模擬飛機(jī)液壓系統(tǒng)人工控制功能；
[0013]多功能顯示模塊，用于模擬與飛機(jī)液壓系統(tǒng)有關(guān)的飛機(jī)座艙效應(yīng)，包括液壓系統(tǒng)簡圖頁、告警、記錄功能；
[0014]故障監(jiān)控模塊，用于模擬飛機(jī)液壓系統(tǒng)故障維護(hù)及狀態(tài)檢測；
[0015]模型加載模塊，用于配置管理液壓系統(tǒng)模型，以及從液壓系統(tǒng)模型庫中下載模型至實時解算子系統(tǒng)；
[0016]信號配置模塊；用于對實時解算子系統(tǒng)中的液壓系統(tǒng)模型進(jìn)行信號配置；
[0017]實時解算子系統(tǒng)包括人機(jī)接口模塊、液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)模型、液壓能源系統(tǒng)模型以及模型數(shù)據(jù)處理模塊；
[0018]人機(jī)接口模塊，用于人機(jī)界面交互子系統(tǒng)與液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)模型、液壓能源系統(tǒng)模型以及模型數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行通信；
[0019]液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)模型，用于模擬飛機(jī)液壓系統(tǒng)各用戶子系統(tǒng)，模擬的飛機(jī)液壓系統(tǒng)各用戶子系統(tǒng)包括飛控系統(tǒng)、起落架控制系統(tǒng)、艙門控制系統(tǒng)、應(yīng)急電機(jī)；
[0020]液壓能源系統(tǒng)模型，用于模擬飛機(jī)液壓能源系統(tǒng)，模擬的飛機(jī)液壓能源系統(tǒng)包括發(fā)動機(jī)驅(qū)動泵、交流電動泵、油箱、油濾、安全閥、優(yōu)先閥、管路、吸油通斷閥、功率轉(zhuǎn)換裝置以及沖壓空氣渦輪；
[0021]數(shù)據(jù)處理模塊，用于模擬飛機(jī)液壓監(jiān)控系統(tǒng)，模擬的飛機(jī)液壓監(jiān)控系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集計算機(jī)、綜合處理計算機(jī)以及電氣負(fù)載裝置。
[0022]本發(fā)明的優(yōu)點:
[0023]該系統(tǒng)基于分布式并行仿真、系統(tǒng)集成建模等先進(jìn)的設(shè)計理念，快速實現(xiàn)控制系統(tǒng)快速原型化，旨在建立多系統(tǒng)的綜合數(shù)字模型，力圖全面反映機(jī)械、液壓、電氣、電子、控制多學(xué)科子系統(tǒng)之間的復(fù)雜集成和耦合，洞察和獲取系統(tǒng)更多的品質(zhì)。
[0024]該系統(tǒng)是一種通用化的液壓系統(tǒng)集成測試環(huán)境，為外場、在研、預(yù)研等型號飛機(jī)的機(jī)載液壓系統(tǒng)開發(fā)提供必要的設(shè)計手段，完善設(shè)計流程、改善設(shè)計環(huán)境、優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計，避免不必要的重復(fù)設(shè)計工作，減少物理試驗的次數(shù)和成本；可以應(yīng)用于飛機(jī)級機(jī)、電、液大系統(tǒng)虛擬樣機(jī)的開發(fā)，是一種飛機(jī)多系統(tǒng)協(xié)同交互系統(tǒng)，能有效研究分析多系統(tǒng)之間的耦合作用，尤其在集成各分系統(tǒng)，評估和驗證整體性能，進(jìn)行整體的調(diào)優(yōu)和匹配，同時進(jìn)行可靠性和故障模式分析等方面提供了良好的可供設(shè)計和評價方法。
[0025]該技術(shù)屬于軍、民通用技術(shù)，不僅可以在航空領(lǐng)域，只要是大型復(fù)雜設(shè)備的開發(fā)與研制中均可使用，不僅能促進(jìn)和提高系統(tǒng)在設(shè)計與試驗階段的工作效率和質(zhì)量外，還能為設(shè)備的維護(hù)使用提供故障維護(hù)和檢測手段。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明的原理框圖。
【具體實施方式】
[0027]本發(fā)明的一種實施方式如下:
[0028]該系統(tǒng)采用AMESim、Matlab、Iabview及c語言建立了飛機(jī)液壓系統(tǒng)整機(jī)模型，應(yīng)用基于分布式并行仿真技術(shù)，完成了 “人在環(huán)”的全數(shù)字及半物理仿真系統(tǒng)；該系統(tǒng)硬件采用為酷睿雙核3.0GHZ臺式計算機(jī)3臺以及高速專用計算機(jī)HILBOX—臺；網(wǎng)絡(luò)采用了實時以太網(wǎng)和ffiEE1394。
[0029]一種大型飛機(jī)液壓系統(tǒng)實時仿真系統(tǒng)，包括通過實時以太網(wǎng)連接的人機(jī)界面交互子系統(tǒng)和實時解算子系統(tǒng)，其中，
[0030]人機(jī)界面交互子系統(tǒng)包括控制面板、多功能顯示模塊、故障監(jiān)控模塊、模型加載模塊和信號配置模塊；
[0031]控制面板，用于模擬飛機(jī)液壓系統(tǒng)人工控制功能；采用物理開關(guān)模擬液壓控制板功能，通過數(shù)據(jù)采集卡與人機(jī)界面子系統(tǒng)進(jìn)行交互。
[0032]多功能顯示模塊，用于模擬與飛機(jī)液壓系統(tǒng)有關(guān)的飛機(jī)座艙效應(yīng)，包括液壓系統(tǒng)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(jī)液壓系統(tǒng)有關(guān)的飛機(jī)座艙效應(yīng)顯示系統(tǒng)，以及用于顯示的液晶顯示屏；其中，模擬飛機(jī)座艙效應(yīng)顯示系統(tǒng)通過AFDX總線及429總線與人機(jī)接口模塊進(jìn)行交互；
[0033]故障監(jiān)控模塊，用于模擬飛機(jī)與液壓系統(tǒng)有關(guān)的飛機(jī)液壓系統(tǒng)故障維護(hù)及狀態(tài)檢測；采用LAbview及C建立故障監(jiān)控模塊，通過AFDX總線實現(xiàn)與人機(jī)接口模塊交互；
[0034]模型加載模塊，用于配置管理液壓系統(tǒng)模型，以及從液壓系統(tǒng)模型庫中下載模型至實時解算子系統(tǒng)；采用C語言建立模型加載模塊，模型加載模塊通過實時以太網(wǎng)與人機(jī)接口模塊交互；，模型加載模塊通過串口與液壓系統(tǒng)模型庫交互；
[0035]信號配置模塊；用于對實時解算子系統(tǒng)中的液壓系統(tǒng)模型進(jìn)行信號配置；采用C語言建立信號配置模塊，信號配置模塊通過實時以太網(wǎng)與人機(jī)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(guān)系信號。
[0036]實時解算子系統(tǒng)包括人機(jī)接口模塊、液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)模型、液壓能源系統(tǒng)模型以及模型數(shù)據(jù)處理模塊；
[0037]人機(jī)接口模塊，用于人機(jī)界面交互子系統(tǒng)與液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)模型、液壓能源系統(tǒng)模型以及模型數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行通信；通過專用的API函數(shù)庫與人機(jī)界面交互子系統(tǒng)進(jìn)行交聯(lián)，同時也具備與物理設(shè)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(tǒng)模型庫建立如下，分為以下兩類:
[0039]第一類，對于飛機(jī)液壓系統(tǒng)各用戶子系統(tǒng)和液壓能源系統(tǒng)，首先利用AEMSim建立系統(tǒng)非實時仿真模型，再將已完成的系統(tǒng)非實時仿真模型進(jìn)行模型置信度試驗，即仿真模型與物理試驗系統(tǒng)的對比試驗，最終確定可以替代物理試驗系統(tǒng)的系統(tǒng)非實時仿真模型；
[0040]第二類，對于飛機(jī)液壓監(jiān)控系統(tǒng)，利用Matlab建立用于數(shù)據(jù)處理的液壓系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理仿真模型。
[0041]完成以上兩類模型的建立，液壓系統(tǒng)模型庫即可建立完成。
[0042]通過模型加載模塊將液壓系統(tǒng)模型庫的系統(tǒng)非實時仿真模型和數(shù)據(jù)處理仿真模型下載至實時解算子系統(tǒng)，緊接著進(jìn)行模型集成調(diào)試，調(diào)試具體步驟如下:
[0043]a)系統(tǒng)非實時仿真模型調(diào)試遵循如下步驟:
[0044]I)在變步長仿真結(jié)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(tǒng)的系統(tǒng)非實時仿真模型之后，按照如圖3所示的模型實時化縮減技術(shù)，對確立的系統(tǒng)非實時仿真模型進(jìn)行實時化修改。采用設(shè)計分析方法進(jìn)行參數(shù)識別，降低了模型的復(fù)雜程度，而且縮減后的系統(tǒng)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(jié)果正確的前提下添加SMULINK接口，并且生成所需的文件；
[0047]3)在SMULINK下進(jìn)行變步長仿真，對比和AMESM環(huán)境下的運行結(jié)果；
[0048]4)在變步長仿真結(jié)果一致的前提下，選擇和先前AMESIM所選相同的參數(shù)進(jìn)行定步長仿真。
[0049]由于系統(tǒng)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(jié)果，而步長越小，對硬件的要求也就越高。
[0050]b)數(shù)據(jù)處理仿真模型調(diào)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(tǒng)的參數(shù)一致；
[0052]2)在變步長仿真結(jié)果一致的前提下，選擇合適的步長，進(jìn)行定步長仿真；
[0053]3)在定步長仿真結(jié)果一致的前提下，進(jìn)行模型的實時化修改，進(jìn)行定步長仿真。
[0054]c)綜合調(diào)試:利用人機(jī)界面交互子系統(tǒng)中信號配置模塊將液壓能源系統(tǒng)模型、液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)模型及數(shù)據(jù)處理模型進(jìn)行接口信號配置交聯(lián)，按照預(yù)先設(shè)定的各種工況對系統(tǒng)功能、性能進(jìn)行逐一的測試，同時按模型實時化縮減技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，尋找出大系統(tǒng)模型中的實時化影響因子，直至與物理系統(tǒng)所需的各種參數(shù)要求一致，到此一套液壓系統(tǒng)實時仿真系統(tǒng)即可完成。
【權(quán)利要求】
1.一種大型飛機(jī)液壓系統(tǒng)實時仿真系統(tǒng)，其特征是，本系統(tǒng)包括通過實時以太網(wǎng)連接的人機(jī)界面交互子系統(tǒng)和實時解算子系統(tǒng)， 其中，人機(jī)界面交互子系統(tǒng)包括控制面板、多功能顯示模塊、故障監(jiān)控模塊、模型加載模塊和信號配置模塊；控制面板，用于模擬飛機(jī)液壓系統(tǒng)人工控制功能；多功能顯示模塊，用于模擬與飛機(jī)液壓系統(tǒng)有關(guān)的飛機(jī)座艙效應(yīng)；故障監(jiān)控模塊，用于模擬飛機(jī)液壓系統(tǒng)故障維護(hù)及狀態(tài)檢測；模型加載模塊，用于配置管理液壓系統(tǒng)模型，以及從液壓系統(tǒng)模型庫中下載模型至實時解算子系統(tǒng)；信號配置模塊；用于對實時解算子系統(tǒng)中的液壓系統(tǒng)模型進(jìn)行信號配置； 實時解算子系統(tǒng)包括人機(jī)接口模塊、液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)模型、液壓能源系統(tǒng)模型以及模型數(shù)據(jù)處理模塊；人機(jī)接口模塊，用于人機(jī)界面交互子系統(tǒng)與液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)模型、液壓能源系統(tǒng)模型以及模型數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行通信；液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)模型，用于模擬飛機(jī)液壓系統(tǒng)各用戶子系統(tǒng)；液壓能源系統(tǒng)模型，用于模擬飛機(jī)液壓能源系統(tǒng)，；數(shù)據(jù)處理模塊，用于模擬飛機(jī)液壓監(jiān)控系統(tǒng)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種大型飛機(jī)液壓系統(tǒng)實時仿真系統(tǒng)，其特征是，所述模擬的飛機(jī)座艙效應(yīng)包括:液壓系統(tǒng)簡圖頁、告警、記錄功能。
3.如權(quán)利要求1所述的一種大型飛機(jī)液壓系統(tǒng)實時仿真系統(tǒng)，其特征是，所述的模擬的飛機(jī)液壓系統(tǒng)各用戶子系統(tǒng)包括:飛控系統(tǒng)、起落架控制系統(tǒng)、艙門控制系統(tǒng)、應(yīng)急電機(jī)。
4.如權(quán)利要求1所述的一種大型飛機(jī)液壓系統(tǒng)實時仿真系統(tǒng)，其特征是，所述的模擬的飛機(jī)液壓能源系統(tǒng)包括:發(fā)動機(jī)驅(qū)動泵、交流電動泵、油箱、油濾、安全閥、優(yōu)先閥、管路、吸油通斷閥、功率轉(zhuǎn)換裝置以及沖壓空氣渦輪。
5.如權(quán)利要求1所述的一種大型飛機(jī)液壓系統(tǒng)實時仿真系統(tǒng)，其特征是，所述的模擬的飛機(jī)液壓監(jiān)控系統(tǒng)包括:數(shù)據(jù)采集計算機(jī)、綜合處理計算機(jī)以及電氣負(fù)載裝置。
6.如權(quán)利要求1所述的一種大型飛機(jī)液壓系統(tǒng)實時仿真系統(tǒng)，其特征是，所述的多功能顯示模塊包括通過LAbview及C生成模擬與飛機(jī)液壓系統(tǒng)有關(guān)的飛機(jī)座艙效應(yīng)顯示系統(tǒng)，以及用于顯示的液晶顯示屏。
7.如權(quán)利要求1所述的一種大型飛機(jī)液壓系統(tǒng)實時仿真系統(tǒng)，其特征是，所述的人機(jī)接口模塊通過專用的API函數(shù)庫與人機(jī)界面交互子系統(tǒng)進(jìn)行交聯(lián)，同時也具備與物理設(shè)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(yōu)先權(quán)日:2013年1月29日
【發(fā)明者】杜朝陽, 李昆, 劉紅 申請人:中國航空工業(yè)集團(tuán)公司西安飛機(jī)設(shè)計研究所