針對無人機的發動機控制仿真驗證平臺

       ?概述

針對無人機的發動機控制仿真驗證平臺用于數字電子控制器半實物仿真試驗。根據真實邏輯模擬飛行管理計算機，基于飛行任務實現各個剖面下飛機執行不同動作時，對數字電子控制器激勵，完成對推進系統的指令傳輸，同時監控并記錄環境中數字電子控制器總線傳輸的信息。為配合數字電子控制器正常工作，該平臺同時模擬飛行管理計算機、動力裝置控制終端、遠程接口單元及數管/地面站/地檢站等設備，控制發動機完成半實物仿真測試試驗。

該項目屬于HIL硬件在環半實物仿真測試系統，是以實時處理器運行仿真模型來模擬受控對象的運行狀態，通過1394B總線及數字I/O接口與電子控制器連接，對電子控制器進行全方面的、系統的測試。從安全性、可行性和合理的成本上考慮，HIL硬件在環仿真測試已經成為開發流程中非常重要的一環，減少了真件實測的次數，縮短開發時間和降低成本的同時提高軟件質量，降低研發風險。

系統架構

發動機控制仿真驗證平臺硬件主要由飛行管理實時仿真模擬器、動力裝置控制終端實時仿真模擬器、遠程接口單元實時仿真模擬器、數據管理與地面站實時仿真模擬器、人機交互計算機及電纜等組成。

各仿真模擬器之間的交互關系見下圖所示：

圖 1 發動機控制仿真驗證平臺模擬環境設備交聯關系圖

系統功能

發動機控制仿真驗證模擬平臺采用三層結構，包括人機交互層、模型及硬件接口層、物理接口層。如圖所示：

圖 2發動機控制仿真驗證平臺系統結構圖

系統主要功能

 1)人機交互平臺功能

作為發動機控制仿真驗證模擬平臺系統的人機交互窗口，為用戶提供便捷的操作流程和可視化的頁面展示。通過網絡實現與各實時仿真模擬器的信息交互，具備如下功能：
a.具備圖形化界面，通過曲線、數值(物理量、源碼)以及聲光的形式顯示各類通訊數據；
b.具備測試數據的組幀、發送、解析、顯示等功能；
c.具備創建試驗項目工程的功能；
d.具備試驗過程的控制、通信狀態監測、故障狀態監測功能；
e.具備對飛控任務剖面過程控制、關鍵參數配置及發送功能；
f.具備為仿真模擬器提供通訊數據、故障模式仿真等服務功能；
g.具備實時數據存儲、回放分析功能，可選擇不同的記錄數據進行回放，獲取每個時刻點的參數值，支持不同參數繪制成曲線并可保存為圖片。
h.具備系統配置功能，對系統信息、版本信息、命令參數及斷連信號進行配置；
i.具備日志管理功能，為了保證試驗信息的可追溯性，進行日志記錄，主要包括操作日志和系統日志；

2)仿真模擬器主要功能

仿真模擬器主要由實時仿真目標機、仿真板卡、仿真模型軟件組成，集成到仿真測試系統的目標仿真機上，主要功能如下：

a.仿真管理功能
①具備實時機資源分配和參數配置功能；
②具備I/O信號處理功能，通過NI-DAQ采集板卡采集和控制信號輸入和輸出，為被測對象提供信號測試功能，配合界面控制信號斷連器的斷連；
③具備信息特征值配置功能，基于流程邏輯模型生成控制信號，通過1394B進行流程控制，控制VMC模型、EIU模型、起動機模型等，并將起動機轉速等相關信號通訊發動機模型；
④具備發動機控制系統模型和健康管理模型仿真驗證環境；
⑤模型仿真狀態設置運行功能，將通過數據總線向數字電子控制器JDK發送模型數據、起動機狀態和相關發動機工作狀態數據；
⑥基于故障模式和模型拉偏的故障復現及系統驗證試驗功能。

b.數據總線管理

①基于AS5643標準組網協議實現仿真模擬器系統與被試對象基于總線協議的數據通信功能，實現ms級周期控制。
②系統選用旋極自研1394B板卡，模擬AS5643組網協議中12個通訊節點。
③飛行管理計算機實時仿真模擬器作為1394B總線上的CC節點；其他實時仿真模擬器作為RN節點；
④具備滿足被試對象仿真測試要求的軍用1394B總線技術，總線提供自動環檢測和斷開能力，當總線上某節點失效時，可向其它節點提供另外一條路徑。
⑤支持總線通道配置、消息ID及數據配置、周期設置等功能。

c.故障模擬及監測功能
①具備實時仿真模擬器通訊故障功能，實現1394B總線通訊故障，可分別設置多種故障狀態；
②具備實時通訊數據故障監測及處理功能，依據實時仿真模擬器故障類型及模型處理措施，實現實時通訊數據故障監測、信號比較數據故障監測、信號狀態數據故障監測等功能；
③具備對故障監測結果的邏輯處理，故障狀態機處理結果上傳人機交互平臺實時顯示。

d.信號模擬系統功能  
①能夠接收或激勵發動機模型系統輸出的信號數據；
②能夠控制模擬輸入輸出信號連接器的斷連；
③具備信號數據轉換接口，基于所接收數據的模擬信號配置；
④能夠采集試驗對象輸出的指令信號、驅動信號；
⑤具備模擬信號的配置、編輯和擴展功能。

軟件界面展示

系統軟件設計人機交互軟件平臺和實時仿真模擬軟件，人機交互平臺軟件采用QT+QSS技術開發，提供圖形化的顯示和控制接口，如下圖所示；實時仿真模擬軟件采用NI Labview+RT實時模塊開發，實現各實時仿真模擬器軟件模型功能。

圖 3 發動機控制仿真驗證平臺界面展示

關鍵技術

● 人機交互軟件采用QT+QSS技術開發，提供圖形化的顯示和控制接口；

● 基于NI LabviewRT(實時內核pharlap)實現各實時仿真模擬器功能；

● 基于飛控流程模型需求，實現各模擬器實時控制模型，為數字控制器硬件在環仿真測試提供功能及性能試驗測試環境，支持多種控制流程試驗；

● 基于AS5643標準協議，實現1394B總線協議，支持消息ID、通信數據、控制周期的配置，支持非周期和周期消息配置，實現ms級周期內多余度多消息的信息交互；

● 系統選用旋極自研1394B板卡，模擬AS5643組網協議中12個通訊節點，實現自研1394B板卡的NI LabviewRT下的第三方驅動開發及應用。

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