吳麗媛,王 偉

(中國直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所,江西 景德鎮(zhèn) 333001)

0 引言

各種機(jī)載系統(tǒng)如航天運(yùn)載器、航空器、輪船、現(xiàn)代化汽車等，其內(nèi)部都包括多個(gè)機(jī)電子系統(tǒng)，這些子系統(tǒng)也稱為公共設(shè)備子系統(tǒng)，比如航空器通常包括：防滑剎車、前輪轉(zhuǎn)彎、起落架收放、環(huán)境控制、電源管理、液壓及燃油子系統(tǒng)，它們是飛行控制系統(tǒng)、火控系統(tǒng)、航空電子系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)、機(jī)載武器投放系統(tǒng)的安全保障系統(tǒng)，這些系統(tǒng)的綜合化控制和管理即是機(jī)電綜合管理系統(tǒng)[1]。直升機(jī)機(jī)電綜合管理系統(tǒng)主要是監(jiān)控直升機(jī)各機(jī)電子系統(tǒng)包括動(dòng)力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、滅火系統(tǒng)、旋翼防除冰系統(tǒng)、外吊掛系統(tǒng)等的工作狀態(tài)，管理各機(jī)電子系統(tǒng)及自身的自測試過程，記錄故障數(shù)據(jù)，將故障告警信息和燃油量、主減滑油壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)等狀態(tài)參數(shù)傳送給航空電子系統(tǒng)，并將大氣溫度、真空速等航空電子系統(tǒng)參數(shù)傳送給機(jī)電子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信息共享。

直升機(jī)機(jī)電綜合管理系統(tǒng)仿真設(shè)備用于模擬直升機(jī)各機(jī)電子系統(tǒng)的工作狀態(tài)和邏輯以及航空電子系統(tǒng)的總線邏輯和工作模式的試驗(yàn)，以支持機(jī)電綜合管理系統(tǒng)的開發(fā)、調(diào)試、測試、驗(yàn)證以及交付驗(yàn)收，其功能圖見圖1。

以往的機(jī)電綜合管理系統(tǒng)仿真設(shè)備都是一對一模式，即一套機(jī)電綜合管理系統(tǒng)仿真設(shè)備對應(yīng)一個(gè)型號的研制，設(shè)備利用率低，會造成資源和人員的浪費(fèi)。為了實(shí)現(xiàn)一對多模式，即一套仿真設(shè)備滿足多個(gè)型號的使用要求，設(shè)計(jì)了一套機(jī)電綜合管理系統(tǒng)通用仿真設(shè)備，只需重新配置ICD，可適用于多個(gè)型號機(jī)電綜合管理系統(tǒng)的研制，可以節(jié)約成本，提高設(shè)備的利用效率，減少人員工作量。

圖1 功能圖

1 概要設(shè)計(jì)

從概念上講，機(jī)電綜合管理系統(tǒng)就是一個(gè)嵌入式實(shí)時(shí)計(jì)算網(wǎng)絡(luò)，傳輸全機(jī)系統(tǒng)大量數(shù)據(jù)的能力是實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)、重構(gòu)和資源共享的目標(biāo)的關(guān)鍵[2]。在通用仿真設(shè)備中以主控計(jì)算機(jī)和光纖、以太網(wǎng)為硬件，虛擬儀器工程軟件包LABVIEW、MATLAB建模軟件Simulink、Visual C++和其它用戶應(yīng)用程序?yàn)檐浖?，組成系統(tǒng)數(shù)字仿真平臺；以仿真目標(biāo)機(jī)、信號調(diào)理箱和信號轉(zhuǎn)接箱為硬件，在系統(tǒng)數(shù)字仿真平臺的基礎(chǔ)上，組成軟硬件開發(fā)、調(diào)試、測試與驗(yàn)證平臺。

機(jī)電綜合管理系統(tǒng)通用仿真設(shè)備體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。

綜合配線完成仿真設(shè)備層與機(jī)電綜合管理系統(tǒng)的連接關(guān)系匹配。

仿真設(shè)備層提供仿真設(shè)備所需的信號激勵(lì)及采集功能的執(zhí)行載體，包括模型仿真、機(jī)電接口仿真及總線接口仿真功能。

圖2 機(jī)電綜合管理系統(tǒng)通用仿真設(shè)備體系結(jié)構(gòu)

CIA傳輸層是核心構(gòu)成，為機(jī)電系統(tǒng)模擬綜合裝置提供了一個(gè)全部節(jié)點(diǎn)可見的全局?jǐn)?shù)據(jù)空間，所有功能部件均通過CIA傳輸層進(jìn)行數(shù)據(jù)和命令的交互。CIA傳輸層采用以太網(wǎng)及反射內(nèi)存網(wǎng)作為傳輸介質(zhì)，并提供一組CIA協(xié)議接口給所有的功能節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對CIA數(shù)據(jù)的訪問?；贑IA,實(shí)現(xiàn)了各節(jié)點(diǎn)的功能解耦，具備極好的擴(kuò)展能力。

人機(jī)接口層提供了對軟件仿真程序進(jìn)行配置、管理、操作的接口。

2 詳細(xì)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)構(gòu)成

機(jī)電綜合管理系統(tǒng)通用仿真設(shè)備主要包括以下五個(gè)組成部分：主控計(jì)算機(jī)、仿真目標(biāo)機(jī)、信號調(diào)理箱、信號轉(zhuǎn)接箱、直流穩(wěn)壓電源，如圖3所示。

圖3 機(jī)電綜合管理系統(tǒng)通用仿真設(shè)備構(gòu)成圖

直流穩(wěn)壓電源用于給機(jī)電綜合管理系統(tǒng)供電，能夠程控和手動(dòng)調(diào)節(jié)，具有穩(wěn)壓穩(wěn)流輸出、過壓過流保護(hù)功能。

主控計(jì)算機(jī)是通用仿真設(shè)備的核心，包含總線板卡，并駐留主要仿真軟件，包括ICD管理軟件、仿真主控軟件、虛擬儀表軟件、建模軟件和硬線管理軟件。針對不同型號的機(jī)電綜合管理系統(tǒng)，可以通過ICD管理軟件配置不同的ICD，并在仿真主控軟件中體現(xiàn)出來。仿真主控軟件能夠?qū)崿F(xiàn)任務(wù)配置管理、數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)顯示分析、狀態(tài)監(jiān)測、故障告警等功能。虛擬儀表軟件主要用于模擬航空電子系統(tǒng)操作界面以及數(shù)據(jù)、故障顯示畫面，通過總線與機(jī)電綜合管理系統(tǒng)進(jìn)行交聯(lián)，同時(shí)配合仿真主控軟件完成自動(dòng)測試功能。

仿真目標(biāo)機(jī)通過光纖和以太網(wǎng)與主控計(jì)算機(jī)連接，在主控計(jì)算機(jī)的控制下，加載并運(yùn)行航空電子系統(tǒng)和各機(jī)電子系統(tǒng)模型，包括電源系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)等。仿真目標(biāo)機(jī)中包含DIO卡、DA卡、電阻卡、小信號卡、頻率量卡、RS422串口卡等，能夠產(chǎn)生離散量輸入/輸出信號、模擬電壓信號、電阻信號、模擬小信號、頻率信號、RS422串口信號等，用于模擬仿真各機(jī)電子系統(tǒng)的信號。以太網(wǎng)主要用于下發(fā)ICD等靜態(tài)配置以及控制信息，光纖主要用于傳輸動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，將主控計(jì)算機(jī)中的仿真主控軟件中設(shè)置的數(shù)據(jù)和故障信息下發(fā)給仿真目標(biāo)機(jī)以實(shí)現(xiàn)仿真，同時(shí)也將從機(jī)電綜合管理系統(tǒng)采集的信號送給主控計(jì)算機(jī)。

信號調(diào)理箱中包含調(diào)理板卡，用于調(diào)理離散量輸入/輸出、RS422串口等信號值以符合要求。

信號轉(zhuǎn)接箱用于將模擬仿真的各信號值通過在轉(zhuǎn)接前面板使用跳線帽傳送給機(jī)電綜合管理系統(tǒng)，同時(shí)也采集機(jī)電綜合管理系統(tǒng)發(fā)送的信號值，并通過配線完成通用仿真設(shè)備與機(jī)電綜合管理系統(tǒng)的連接。

2.2 分布構(gòu)成

機(jī)電綜合管理系統(tǒng)通用仿真設(shè)備可以分成獨(dú)立的兩部分分別與機(jī)電綜合管理系統(tǒng)進(jìn)行交聯(lián)，一部分是機(jī)電系統(tǒng)模擬綜合裝置，一部分是機(jī)電管理計(jì)算機(jī)接口控制顯示裝置。將機(jī)電綜合管理系統(tǒng)通用仿真設(shè)備的主控計(jì)算機(jī)中的總線板卡獨(dú)立出來，作為機(jī)電管理計(jì)算機(jī)接口控制顯示裝置，UICD主控計(jì)算機(jī)中包括航電ICD管理軟件、虛擬航電界面軟件等，通過總線與機(jī)電綜合管理系統(tǒng)連接，用于模擬仿真航空電子系統(tǒng)的總線邏輯和工作模式。其余部分作為機(jī)電系統(tǒng)模擬綜合裝置，USI主控計(jì)算機(jī)中包括機(jī)電子系統(tǒng)ICD管理軟件、仿真主控軟件、建模軟件和硬線管理軟件等，通過配線與機(jī)電綜合管理系統(tǒng)連接，用于模擬仿真各機(jī)電子系統(tǒng)的工作狀態(tài)和邏輯，如圖4所示。

圖4 分布構(gòu)成圖

2.3 性能分析

配線所用電纜適配，可以完成與不同型號的機(jī)電綜合管理系統(tǒng)的物理連接。ICD可配置，仿真主控軟件的運(yùn)行項(xiàng)目可配置，可以完成與不同型號的機(jī)電綜合管理系統(tǒng)的通信，滿足機(jī)電綜合管理系統(tǒng)研制的需要，支持機(jī)電綜合管理系統(tǒng)的調(diào)試和驗(yàn)證。

仿真目標(biāo)機(jī)中各信號類型均有備份信號通道，當(dāng)某個(gè)信號通道不可用時(shí)，可以通過跳線的方式使用備份信號通道，提高了機(jī)電系統(tǒng)模擬綜合裝置的可靠性。

為了方便測試和驗(yàn)證機(jī)電綜合管理系統(tǒng)的功能與性能，開發(fā)了自動(dòng)測試功能，只需錄入所需測試用例，就能夠自動(dòng)測試機(jī)電綜合管理系統(tǒng)是否符合要求。

3 結(jié)論

為了滿足直升機(jī)機(jī)電綜合管理系統(tǒng)研制的需要，同時(shí)節(jié)約成本，減少人員工作量，設(shè)計(jì)了一套滿足多個(gè)型號機(jī)電綜合管理系統(tǒng)使用要求的通用仿真設(shè)備，用于模擬仿真各機(jī)電子系統(tǒng)的工作狀態(tài)和邏輯以及航空電子系統(tǒng)的總線邏輯和工作模式。同時(shí)還開發(fā)了自動(dòng)測試功能，一鍵操作就能實(shí)現(xiàn)所有接口的測試驗(yàn)證。通過可配置的ICD，該通用仿真設(shè)備適用于各型號機(jī)電綜合管理系統(tǒng)的研制。經(jīng)與多個(gè)型號的機(jī)電綜合管理系統(tǒng)的綜合試驗(yàn)驗(yàn)證，表明該通用仿真設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定可靠，具有較好的可靠性和可擴(kuò)展能力。

參考文獻(xiàn)：

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