飛機剎車控制系統(tǒng)仿真測試平臺設計

摘要：針對飛機在地面的快速反應，安全升空和著陸能力，以及飛機剎車系統(tǒng)的性能等問題，將半實物仿真測試技術應用到飛機剎車系統(tǒng)中。建立實物與模型之間的關系，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剎車半實物仿真系統(tǒng)的方法。結果表明：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，為飛機剎車系統(tǒng)的實驗研究提供了真實有效的實驗平臺。
關鍵詞：剎車控制系統(tǒng)；LabWindows／CVI；仿真；測試系統(tǒng)

    剎車系統(tǒng)是飛機著陸滑跑的關鍵系統(tǒng)，承受飛機的靜態(tài)重量和動態(tài)沖擊載荷，吸收飛機著陸時的動能，實現(xiàn)飛機的起飛、著陸、滑行、轉彎的制動和控制，其性能的優(yōu)劣直接影響到飛機在地面的快速反應，安全升空和著陸能力，對飛機整體的性能和安全起著至關重要的作用。為提高飛機剎車系統(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)進行全面準確的地面模擬實驗，對其性能優(yōu)劣與否進行檢驗。系統(tǒng)仿真是檢驗飛機系統(tǒng)性能的重要手段，可以模擬飛機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。筆者為此設計了飛機剎車控制系統(tǒng)仿真測試平臺，為飛機剎車控制系統(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
    測試平臺兼顧飛機剎車系統(tǒng)內外場仿真及測試，主要組成包括：上位機、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、輪速驅動箱及電源箱，設備功能齊全。其系統(tǒng)組成架構如圖1所示。

    系統(tǒng)中的主要設備功能如下：
    1)上位機：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。
    2)下位機：通過I／O設備與上位機通訊，編寫上位機程序，對輸出的信號逐一分析，實時的完成數(shù)據(jù)的分析運算，通過相應測試鏈路接口轉發(fā)信號至PXI測試設備測試。其中輪速驅動電路產生的信號通過信號線驅動飛機機輪按指定輪速轉動。
    3)輪速驅動箱：完成對內場輪速驅動的模擬：內場測試時模擬輪速驅動信號，通過調節(jié)控制信號使直線電機根據(jù)控制信號帶動輪速至相應轉速，并由傳感器采集相應信號傳輸給上位機，起到模擬機輪轉動的作用。
    4)成品負載模擬：對機載剎車成品，前輪轉彎成品輸入輸出信號的模擬。
    5)模擬測試斷線箱：通過跳線開關的通斷對需要控制、模擬、測試的信號準確的進行檢測和傳輸。
    6)測試鏈路：集成PXI多功能測試系統(tǒng)，提供信號源，產生3Hz～12KHz、步進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：完成對電源的轉化，將輸入AC220V轉化為直流線性正負15 V和標準DC10V、DC28V、DC24V輸出。

2 系統(tǒng)軟件設計
    剎車控制器測試軟件要完成系統(tǒng)參數(shù)設置，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，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、可擴展性及應用性，測試軟件采用模塊化設計，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。功能模塊結構圖如圖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、觀察仿真結果，對仿真數(shù)據(jù)進行存盤，回放等，同時提供豐富的信號處理函數(shù)、網絡支持、多線程和動態(tài)鏈接庫，能開發(fā)出跨平臺的，支持多線程及網絡傳輸?shù)膽密浖?br /> 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)設置實驗項目、測試時間、文件存盤路徑、操作人員等；
    2)設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，主要是程序內部全局變量、計算機端口的初始化，保障程序運行時數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性及準確性。
2．2．2 初始化模塊的詳細設計
    登錄系統(tǒng)后，用戶進入系統(tǒng)參數(shù)配置界面，進行測試前系統(tǒng)各參數(shù)的設置和標定。參數(shù)配置界面如圖4所示。

    點擊界面上的“飛機參數(shù)設置”按鈕可進入飛機參數(shù)設置界面，界面左上方為飛機參數(shù)的設置，右上方為起落架參數(shù)設置，界面下方可對摩擦面對偶數(shù)，剎車摩擦系數(shù)設置及跑道模型等的設置。設置完成后點擊“設置完成”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。飛機參數(shù)設置界面如圖5所示。

    傳感器使用之前，用戶必須對傳感器進行標定，點擊“傳感器標定”按鈕。進入傳感器標定界面，界面如圖6所示。
    傳感器標定界面左上方用圖表顯示計算機采樣值，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采樣值和實際值，右下方顯示標定結果。
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，面板最右側的開關用于用戶對各開關量的開啟和關閉操作。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，如關閉，用灰色顯示。下排進度條用于顯示模擬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，能為飛機剎車系統(tǒng)的實驗研究提供真實有效的實驗平臺。