无人机发动机控制仿真验证平台构建

概述

针对无人机的发动机控制仿真验证平台用于数字电子控制器半实物仿真试验。根据真实逻辑模拟飞行管理计算机，基于飞行任务实现各个剖面下飞机执行不同动作时，对数字电子控制器激励，完成对推进系统的指令传输，同时监控并记录环境中数字电子控制器总线传输的信息。为配合数字电子控制器正常工作，该平台同时模拟飞行管理计算机、动力装置控制终端、远程接口单元及数管/地面站/地检站等设备，控制发动机完成半实物仿真测试试验。

该项目属于HIL硬件在环半实物仿真测试系统，是以实时处理器运行仿真模型来模拟受控对象的运行状态，通过1394B总线及数字I/O接口与电子控制器连接，对电子控制器进行全方面的、系统的测试。从安全性、可行性和合理的成本上考虑，HIL硬件在环仿真测试已经成为开发流程中非常重要的一环，减少了真件实测的次数，缩短开发时间和降低成本的同时提高软件质量，降低研发风险。

系统架构

发动机控制仿真验证平台硬件主要由飞行管理实时仿真模拟器、动力装置控制终端实时仿真模拟器、远程接口单元实时仿真模拟器、数据管理与地面站实时仿真模拟器、人机交互计算机及电缆等组成。

各仿真模拟器之间的交互关系见下图所示：

图 1 发动机控制仿真验证平台模拟环境设备交联关系图

系统功能

发动机控制仿真验证模拟平台采用三层结构，包括人机交互层、模型及硬件接口层、物理接口层。如图所示：

图 2发动机控制仿真验证平台系统结构图

系统主要功能

1)人机交互平台功能

作为发动机控制仿真验证模拟平台系统的人机交互窗口，为用户提供便捷的操作流程和可视化的页面展示。通过网络实现与各实时仿真模拟器的信息交互，具备如下功能：

a.具备图形化界面，通过曲线、数值(物理量、源码)以及声光的形式显示各类通讯数据；

b.具备测试数据的组帧、发送、解析、显示等功能；

c.具备创建试验项目工程的功能；

d.具备试验过程的控制、通信状态监测、故障状态监测功能；

e.具备对飞控任务剖面过程控制、关键参数配置及发送功能；

f.具备为仿真模拟器提供通讯数据、故障模式仿真等服务功能；

g.具备实时数据存储、回放分析功能，可选择不同的记录数据进行回放，获取每个时刻点的参数值，支持不同参数绘制成曲线并可保存为图片。

h.具备系统配置功能，对系统信息、版本信息、命令参数及断连信号进行配置；

i.具备日志管理功能，为了保证试验信息的可追溯性，进行日志记录，主要包括操作日志和系统日志；

2)仿真模拟器主要功能

仿真模拟器主要由实时仿真目标机、仿真板卡、仿真模型软件组成，集成到仿真测试系统的目标仿真机上，主要功能如下：

a.仿真管理功能

①具备实时机资源分配和参数配置功能；

②具备I/O信号处理功能，通过NI-DAQ采集板卡采集和控制信号输入和输出，为被测对象提供信号测试功能，配合界面控制信号断连器的断连；

③具备信息特征值配置功能，基于流程逻辑模型生成控制信号，通过1394B进行流程控制，控制VMC模型、EIU模型、起动机模型等，并将起动机转速等相关信号通讯发动机模型；

④具备发动机控制系统模型和健康管理模型仿真验证环境；

⑤模型仿真状态设置运行功能，将通过数据总线向数字电子控制器JDK发送模型数据、起动机状态和相关发动机工作状态数据；

⑥基于故障模式和模型拉偏的故障复现及系统验证试验功能。

b.数据总线管理

①基于AS5643标准组网协议实现仿真模拟器系统与被试对象基于总线协议的数据通信功能，实现ms级周期控制。

②系统选用旋极自研1394B板卡，模拟AS5643组网协议中12个通讯节点。

③飞行管理计算机实时仿真模拟器作为1394B总线上的CC节点；其他实时仿真模拟器作为RN节点；

④具备满足被试对象仿真测试要求的军用1394B总线技术，总线提供自动环检测和断开能力，当总线上某节点失效时，可向其它节点提供另外一条路径。

⑤支持总线通道配置、消息ID及数据配置、周期设置等功能。

c.故障模拟及监测功能

①具备实时仿真模拟器通讯故障功能，实现1394B总线通讯故障，可分别设置多种故障状态；

②具备实时通讯数据故障监测及处理功能，依据实时仿真模拟器故障类型及模型处理措施，实现实时通讯数据故障监测、信号比较数据故障监测、信号状态数据故障监测等功能；

③具备对故障监测结果的逻辑处理，故障状态机处理结果上传人机交互平台实时显示。

d.信号模拟系统功能  

①能够接收或激励发动机模型系统输出的信号数据；

②能够控制模拟输入输出信号连接器的断连；

③具备信号数据转换接口，基于所接收数据的模拟信号配置；

④能够采集试验对象输出的指令信号、驱动信号；

⑤具备模拟信号的配置、编辑和扩展功能。

软件界面展示

系统软件设计人机交互软件平台和实时仿真模拟软件，人机交互平台软件采用QT+QSS技术开发，提供图形化的显示和控制接口，如下图所示；实时仿真模拟软件采用NI Labview+RT实时模块开发，实现各实时仿真模拟器软件模型功能。

图 3 发动机控制仿真验证平台界面展示

关键技术

● 人机交互软件采用QT+QSS技术开发，提供图形化的显示和控制接口；

● 基于NI LabviewRT(实时内核pharlap)实现各实时仿真模拟器功能；

● 基于飞控流程模型需求，实现各模拟器实时控制模型，为数字控制器硬件在环仿真测试提供功能及性能试验测试环境，支持多种控制流程试验；

● 基于AS5643标准协议，实现1394B总线协议，支持消息ID、通信数据、控制周期的配置，支持非周期和周期消息配置，实现ms级周期内多余度多消息的信息交互；

● 系统选用旋极自研1394B板卡，模拟AS5643组网协议中12个通讯节点，实现自研1394B板卡的NI LabviewRT下的第三方驱动开发及应用。

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