飛機(jī)剎車控制系統(tǒng)仿真測試平臺設(shè)計

摘要：針對飛機(jī)在地面的快速反應(yīng)，安全升空和著陸能力，以及飛機(jī)剎車系統(tǒng)的性能等問題，將半實物仿真測試技術(shù)應(yīng)用到飛機(jī)剎車系統(tǒng)中。建立實物與模型之間的關(guān)系，以LabWindows／CVI 2009為仿真開發(fā)平臺，提出以實物代替模型引入仿真回路，與所建模型形成完整的飛機(jī)剎車半實物仿真系統(tǒng)的方法。結(jié)果表明：該測試系統(tǒng)與實物仿真相比投資少，效率高，同時又比傳統(tǒng)數(shù)字仿真更接近實際，是理想的測試手段，為飛機(jī)剎車系統(tǒng)的實驗研究提供了真實有效的實驗平臺。
關(guān)鍵詞：剎車控制系統(tǒng)；LabWindows／CVI；仿真；測試系統(tǒng)

    剎車系統(tǒng)是飛機(jī)著陸滑跑的關(guān)鍵系統(tǒng)，承受飛機(jī)的靜態(tài)重量和動態(tài)沖擊載荷，吸收飛機(jī)著陸時的動能，實現(xiàn)飛機(jī)的起飛、著陸、滑行、轉(zhuǎn)彎的制動和控制，其性能的優(yōu)劣直接影響到飛機(jī)在地面的快速反應(yīng)，安全升空和著陸能力，對飛機(jī)整體的性能和安全起著至關(guān)重要的作用。為提高飛機(jī)剎車系統(tǒng)的性能以確保其飛行安全，在實航之前必須對剎車控制系統(tǒng)進(jìn)行全面準(zhǔn)確的地面模擬實驗，對其性能優(yōu)劣與否進(jìn)行檢驗。系統(tǒng)仿真是檢驗飛機(jī)系統(tǒng)性能的重要手段，可以模擬飛機(jī)在剎車過程的真實環(huán)境，以驗證剎車系統(tǒng)的性能。系統(tǒng)仿真測試有效的提高其研制質(zhì)量，節(jié)省大量人力，物力，財力，縮短研發(fā)周期。
    半實物仿真的顯著特點(diǎn)是“硬件在回路中”與傳統(tǒng)的數(shù)字仿真相比，由于試驗中實物模型參與整個仿真過程，試驗過程中各個環(huán)節(jié)更逼近真實的狀態(tài)，試驗結(jié)果的可信度與參考價值更高，比數(shù)字仿真更接近實際，是較理想的研究手段。筆者為此設(shè)計了飛機(jī)剎車控制系統(tǒng)仿真測試平臺，為飛機(jī)剎車控制系統(tǒng)的試驗研究提供更加有效的試驗平臺。

1 系統(tǒng)硬件組成
    測試平臺兼顧飛機(jī)剎車系統(tǒng)內(nèi)外場仿真及測試，主要組成包括：上位機(jī)、剎車控制器測試箱、模擬測試斷線箱一、模擬測試斷線箱體二、剎車系統(tǒng)檢測控制器、輪速驅(qū)動箱及電源箱，設(shè)備功能齊全。其系統(tǒng)組成架構(gòu)如圖1所示。

    系統(tǒng)中的主要設(shè)備功能如下：
    1)上位機(jī)：在Matlab／Simulink環(huán)境下建立模型，完成程序的編譯，生成可執(zhí)行文件，并下載至下位機(jī)。
    2)下位機(jī)：通過I／O設(shè)備與上位機(jī)通訊，編寫上位機(jī)程序，對輸出的信號逐一分析，實時的完成數(shù)據(jù)的分析運(yùn)算，通過相應(yīng)測試鏈路接口轉(zhuǎn)發(fā)信號至PXI測試設(shè)備測試。其中輪速驅(qū)動電路產(chǎn)生的信號通過信號線驅(qū)動飛機(jī)機(jī)輪按指定輪速轉(zhuǎn)動。
    3)輪速驅(qū)動箱：完成對內(nèi)場輪速驅(qū)動的模擬：內(nèi)場測試時模擬輪速驅(qū)動信號，通過調(diào)節(jié)控制信號使直線電機(jī)根據(jù)控制信號帶動輪速至相應(yīng)轉(zhuǎn)速，并由傳感器采集相應(yīng)信號傳輸給上位機(jī)，起到模擬機(jī)輪轉(zhuǎn)動的作用。
    4)成品負(fù)載模擬：對機(jī)載剎車成品，前輪轉(zhuǎn)彎成品輸入輸出信號的模擬。
    5)模擬測試斷線箱：通過跳線開關(guān)的通斷對需要控制、模擬、測試的信號準(zhǔn)確的進(jìn)行檢測和傳輸。
    6)測試鏈路：集成PXI多功能測試系統(tǒng)，提供信號源，產(chǎn)生3Hz～12KHz、步進(jìn)1Hz、4ms刷新的任意頻率信號，程控電源信號等，并通過示波器，萬用表等測試設(shè)備完成系統(tǒng)各信號的采集與處理。
    7)電源箱：完成對電源的轉(zhuǎn)化，將輸入AC220V轉(zhuǎn)化為直流線性正負(fù)15 V和標(biāo)準(zhǔn)DC10V、DC28V、DC24V輸出。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計
    剎車控制器測試軟件要完成系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置，提供數(shù)據(jù)采集、顯示、存儲與回放功能，檢測控制器的狀態(tài)、剎車系統(tǒng)綜合性能及各附件性能指標(biāo)，剎車控制器模型的模擬。滿足系統(tǒng)要求，方便用戶使用，同時軟件系統(tǒng)必須具有可靠性、可擴(kuò)展性及應(yīng)用性，測試軟件采用模塊化設(shè)計，包括初始化模塊、實時界面模塊、仿真模塊與數(shù)據(jù)處理模塊。功能模塊結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

2．1 開發(fā)環(huán)境
    本測試系統(tǒng)選用LabWindows／CVI2009作為界面開發(fā)平臺，該軟件提供許多形象的控件，使操作界面形象生動，便于用戶操作、觀察仿真結(jié)果，對仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行存盤，回放等，同時提供豐富的信號處理函數(shù)、網(wǎng)絡(luò)支持、多線程和動態(tài)鏈接庫，能開發(fā)出跨平臺的，支持多線程及網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膽?yīng)用軟件。
2．2 部分軟件功能模塊說明
    用戶使用該測試系統(tǒng)時，首先進(jìn)入用戶登錄界面，輸入正確的用戶名和密碼后，方可登錄使用該系統(tǒng)，保證了測試系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的安全性。用戶登錄界面如圖3所示。

    用戶輸入正確的用戶名和密碼后進(jìn)入系統(tǒng)的初始化模塊界面。
2．2．1 初始化模塊
    初始化模塊的主要功能是：
    1)設(shè)置實驗項目、測試時間、文件存盤路徑、操作人員等；
    2)設(shè)置各路采集信號的參數(shù)，仿真模型方式；
    3)程序變量的初始化，主要是程序內(nèi)部全局變量、計算機(jī)端口的初始化，保障程序運(yùn)行時數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性及準(zhǔn)確性。
2．2．2 初始化模塊的詳細(xì)設(shè)計
    登錄系統(tǒng)后，用戶進(jìn)入系統(tǒng)參數(shù)配置界面，進(jìn)行測試前系統(tǒng)各參數(shù)的設(shè)置和標(biāo)定。參數(shù)配置界面如圖4所示。

    點(diǎn)擊界面上的“飛機(jī)參數(shù)設(shè)置”按鈕可進(jìn)入飛機(jī)參數(shù)設(shè)置界面，界面左上方為飛機(jī)參數(shù)的設(shè)置，右上方為起落架參數(shù)設(shè)置，界面下方可對摩擦面對偶數(shù)，剎車摩擦系數(shù)設(shè)置及跑道模型等的設(shè)置。設(shè)置完成后點(diǎn)擊“設(shè)置完成”按鈕退出該界面，返回到初始界面，完成其他參數(shù)的初始化。飛機(jī)參數(shù)設(shè)置界面如圖5所示。

    傳感器使用之前，用戶必須對傳感器進(jìn)行標(biāo)定，點(diǎn)擊“傳感器標(biāo)定”按鈕。進(jìn)入傳感器標(biāo)定界面，界面如圖6所示。
    傳感器標(biāo)定界面左上方用圖表顯示計算機(jī)采樣值，右上方以文本形式顯示傳感器的零偏益及增益，左下方顯示輪速傳感器及壓力傳感器的計算機(jī)采樣值和實際值，右下方顯示標(biāo)定結(jié)果。
2．2．3 實時界面模塊
    對系統(tǒng)各項參數(shù)的初始化完成后，用戶進(jìn)入測試系統(tǒng)實時檢測界面，界面如圖7所示。

    主界面的主要功能是實時顯示實驗過程中的數(shù)據(jù)以及當(dāng)前各狀態(tài)信號的信息。主控面板的左面，顯示測試數(shù)據(jù)的數(shù)值，對重要的，用戶需要特別關(guān)注的數(shù)據(jù)用面板中間的圖表，以數(shù)據(jù)曲線的方式顯示，面板右面顯示測試數(shù)據(jù)值，面板最右側(cè)的開關(guān)用于用戶對各開關(guān)量的開啟和關(guān)閉操作。面板下方的LED燈，用于顯示各D／I信號的狀態(tài)，如正常開啟，用綠色顯示，如發(fā)生故障用紅色顯示，如關(guān)閉，用灰色顯示。下排進(jìn)度條用于顯示模擬D／A量，右下角文本框用于實時顯示仿真進(jìn)行時，剎車系統(tǒng)各部件是否工作良好，便于用戶實時觀察剎車系統(tǒng)性能。右下角各按鈕提供實驗操作的各種選項，如點(diǎn)擊“數(shù)據(jù)回放”按鈕，可把保存后的數(shù)據(jù)以曲線的形式顯示出來，便于用戶尋找測試數(shù)據(jù)的規(guī)律。

3 結(jié)論
    本檢測平臺是半實物仿真測試平臺，可以將剎車系統(tǒng)的部分硬件實物接人測試系統(tǒng)的回路中，在條件允許的情況下，盡可能多的在仿真系統(tǒng)中接入實物，以取代相應(yīng)部分的仿真模型。這樣既極大的提高了仿真的逼真程度，又解決了系統(tǒng)建模方面的難題。該測試系統(tǒng)與實物仿真相比投資少，效率高，同時又比傳統(tǒng)數(shù)字仿真更接近實際，是理想的測試手段，能為飛機(jī)剎車系統(tǒng)的實驗研究提供真實有效的實驗平臺。