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液压起落架半物理仿真验证平台
浏览次数:830    发布时间:2012-6-28 16:07

1. 项目背景

       针对大型客机液压起落架系统研制开发与试验验证的需求,本项目采用离线数字及半物理仿真技术,建立液压起落架数字化综合控制及半物理仿真验证平台,为液压起落架的收放系统、前轮转弯系统、机轮刹车系统、液压综合控制系统等子系统的设计和试验验证提供支持。

2. 解决方案


                     

       液压起落架的控制系统、液压系统、机械系统通过数字仿真系统建立模型,进行数字仿真,并通过代码生成模块生成目标代码。目标代码由综合管理系统下载到仿真目标机中进行实时的半物理仿真。综合管理系统对整个半物理仿真过程进行统一管理。仿真目标机通过数据接口与硬件实物交互,进一步实现对真实系统逻辑控制器等硬件的功能测试与试验,以及实现对硬件的部分性能测试。在仿真过程中,信号模拟系统为仿真目标机以及仪表显示系统提供模拟的航电信号等。同时,仪表显示系统参照真实座舱仪表面板以可视化方式显示起落架系统相关的重要数据和状态信息。故障模拟设备可以模拟产生控制系统与液压/机械系统之间的信号连接的物理故障,以分析控制系统在故障产生情况下的控制效果。上述子系统共同构成飞机液压起落架数字化综合控制软硬件开发及半物理仿真验证平台。

2.1 数字仿真系统

2.1.1 统一的数字建模仿真环境

       提供基于Modelica语言的多领域统一建模环境MWorks。

2.1.2 专业领域系统建模

       在专业领域系统建模方面,采用已有的成熟的专业软件。
       (1) Matlab/Simulink进行控制建模仿真。
       (2) Simpack、Virtual.Lab Motion进行机械多体建模仿真。
       (3) AMESim、DSHplus进行液压建模仿真。
       (4) MWorks进行控制、机械、液压多领域耦合建模仿真。

2.1.3 联合仿真

       各个仿真软件支持模型耦合、求解器耦合和进程耦合三种方式中的一种或多种,可根据实际情况,选择最适合的方式进行联合仿真。

2.1.4 多领域耦合分析

       使用MWorks进行控制、液压、机械等多领域统一建模仿真与耦合分析。

2.1.5 代码生成

       提供设备接口模型库,可建立包括液压起落架和物理接口的实时模型,并利用Matlab/ Simulink的RTW,自动生成目标代码。

2.2 综合管理系统

       综合管理系统是液压起落架半物理仿真平台的主控软件,软件名称为SimTarget,采用VS2005开发。通过友好的人机界面,使用户能够完成整个仿真平台的工作流程管理,包括:仿真工程管理、仿真配置、代码自动下载、仿真控制、参数预置、在线调参、仿真监视以及仿真数据的存储和离线分析等功能。

                   

2.3 信号模拟系统

       信号模拟系统通过真实硬件或虚拟仪器方式提供液压、起落架系统逻辑控制器所需的所有外部总线信号,并接收存储和转发发送到航电系统或其它系统的总线信号。具体信号格式及数据内容的定义根据大型客机液压能源系统、起落架系统的系统供应商的总线信号接口定义文件规定。软件名称为SimSignal,采用LabWindows和VS2005共同开发。

                   

2.4 仪表显示系统

       仪表显示系统以飞机航电系统真实的仪表显示设备为设计基准,基于标准计算机技术,以定制开发的软件为核心,实现仿真飞机驾驶舱仪表显示系统的主要功能。系统仿真显示的内容与真实仪表设备一致,显示效果与真实仪表设备一致或相当。软件名称为SimPanel,基于FLTK和OpenGL库在VS2005上开发。

                   

2.5 仿真目标机

       仿真目标机是液压起落架半物理仿真平台中进行实时运算模型代码的计算机,其上运行实时操作系统VxWorks,以保证系统的响应速度满足起落架系统仿真实时性的需求。实时仿真机是平台的硬件核心设备,平台提供两台仿真目标机,其中一台用于液压系统、起落架系统的一维和三维数字模型的仿真,模拟实现飞机环境系统的相关信号;另一台用于液压、起落架系统控制器(ECU)代码的实时仿真,模拟实现控制器的相关信号。

                   

2.6 故障模拟

       故障模拟装置包括了数字信号故障模拟面板、电阻调节面板和电感调节面板。其中,数字信号故障模拟面板是对数字信号进行故障模拟,而电阻调节和电感调节面板都是对模拟信号进行故障模拟的。

                   

2.7 数据接口

       数据接口设备共包括接口连接器、机柜面板、信号调理以及其他设备(1台16端口以太网交换机;1台~220V,6kVA,UPS电源;2台28V,10A,DC电源)四个部分。

       (1) 接口连接器用于实现与真实系统逻辑控制器、铁鸟台架真实部件以及航电等其它系统的连接,采用的是方便插拔的标准航插接口。

                     

       (2) 接线面板可以实现信号板卡I/O端口与机柜上的接口连接器之间的连接。同时提供线缆连接、转接、改接以及信号检测、标定等功能。

                   

       (3) 信号调理是物理电信号的转换模块,通过信号调理电路,可以将数据采集板卡直接连接到传感器或驱动器。关键的信号调理,可以提高数据采集板卡的总体性能。

                   

3. 项目成果

       (1) 建立了液压起落架子库及系统模型
       建立了液压起落架机械、液压、控制等部分子库以及多种工况下的液压起落架系统模型,如起落架应急放模型、前起落架手轮转向模型、前起落架脚蹬转向模型、机轮自动刹车模型、液压能源故障模型等。

       (2) 搭建了液压起落架半物理仿真验证平台
       搭建了液压起落架半物理仿真验证平台,平台包括数字仿真系统、仪表显示系统、信号模拟系统、综合管理系统、仿真目标机、故障模拟装置和数据接口设备。

       (3) 实现了液压起落架系统的半物理仿真
       将相关工况的起落架系统模型放在已搭建的半物理仿真验证平台上进行仿真,通过对相关参数和结果进行分析,从而实现了对起落架系统进行性能分析和试验验证的目的。

4. 应用价值

    液压起落架数字化综合控制软硬件开发及半物理仿真验证平台可以切实提高大客联合工程队成员的工作效率,加快液压系统、起落架系统概念和方案设计阶段的研制进度,保证研发质量,提高大客研发过程中的创新能力和协作能力。通过该平台提供可持续扩展和完善的框架,为满足研制后续阶段的应用需求奠定良好的基础。因此,该平台对大客关键部件的研制具有重要的技术与经济意义。