吳麗媛,王 偉

(中國直升機設計研究所,江西 景德鎮(zhèn) 333001)

0 引言

各種機載系統(tǒng)如航天運載器、航空器、輪船、現(xiàn)代化汽車等，其內(nèi)部都包括多個機電子系統(tǒng)，這些子系統(tǒng)也稱為公共設備子系統(tǒng)，比如航空器通常包括：防滑剎車、前輪轉彎、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電綜合管理系統(tǒng)[1]。直升機機電綜合管理系統(tǒng)主要是監(jiān)控直升機各機電子系統(tǒng)包括動力系統(tǒng)、傳動系統(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)動機參數(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)傳送給機電子系統(tǒng)，實現(xiàn)信息共享。

直升機機電綜合管理系統(tǒng)仿真設備用于模擬直升機各機電子系統(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，以支持機電綜合管理系統(tǒng)的開發(fā)、調(diào)試、測試、驗證以及交付驗收，其功能圖見圖1。

以往的機電綜合管理系統(tǒng)仿真設備都是一對一模式，即一套機電綜合管理系統(tǒng)仿真設備對應一個型號的研制，設備利用率低，會造成資源和人員的浪費。為了實現(xiàn)一對多模式，即一套仿真設備滿足多個型號的使用要求，設計了一套機電綜合管理系統(tǒng)通用仿真設備，只需重新配置ICD，可適用于多個型號機電綜合管理系統(tǒng)的研制，可以節(jié)約成本，提高設備的利用效率，減少人員工作量。

圖1 功能圖

1 概要設計

從概念上講，機電綜合管理系統(tǒng)就是一個嵌入式實時計算網(wǎng)絡，傳輸全機系統(tǒng)大量數(shù)據(jù)的能力是實現(xiàn)容錯、重構和資源共享的目標的關鍵[2]。在通用仿真設備中以主控計算機和光纖、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++和其它用戶應用程序為軟件，組成系統(tǒng)數(shù)字仿真平臺；以仿真目標機、信號調(diào)理箱和信號轉接箱為硬件，在系統(tǒng)數(shù)字仿真平臺的基礎上，組成軟硬件開發(fā)、調(diào)試、測試與驗證平臺。

機電綜合管理系統(tǒng)通用仿真設備體系結構如圖2所示。

綜合配線完成仿真設備層與機電綜合管理系統(tǒng)的連接關系匹配。

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

圖2 機電綜合管理系統(tǒng)通用仿真設備體系結構

CIA傳輸層是核心構成，為機電系統(tǒng)模擬綜合裝置提供了一個全部節(jié)點可見的全局數(shù)據(jù)空間，所有功能部件均通過CIA傳輸層進行數(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，實現(xiàn)對CIA數(shù)據(jù)的訪問。基于CIA,實現(xiàn)了各節(jié)點的功能解耦，具備極好的擴展能力。

人機接口層提供了對軟件仿真程序進行配置、管理、操作的接口。

2 詳細設計

2.1 系統(tǒng)構成

機電綜合管理系統(tǒng)通用仿真設備主要包括以下五個組成部分：主控計算機、仿真目標機、信號調(diào)理箱、信號轉接箱、直流穩(wěn)壓電源，如圖3所示。

圖3 機電綜合管理系統(tǒng)通用仿真設備構成圖

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

主控計算機是通用仿真設備的核心，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。仿真主控軟件能夠實現(xiàn)任務配置管理、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，通過總線與機電綜合管理系統(tǒng)進行交聯(lián)，同時配合仿真主控軟件完成自動測試功能。

仿真目標機通過光纖和以太網(wǎng)與主控計算機連接，在主控計算機的控制下，加載并運行航空電子系統(tǒng)和各機電子系統(tǒng)模型，包括電源系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)等。仿真目標機中包含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態(tài)數(shù)據(jù)，將主控計算機中的仿真主控軟件中設置的數(shù)據(jù)和故障信息下發(fā)給仿真目標機以實現(xiàn)仿真，同時也將從機電綜合管理系統(tǒng)采集的信號送給主控計算機。

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。

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

2.2 分布構成

機電綜合管理系統(tǒng)通用仿真設備可以分成獨立的兩部分分別與機電綜合管理系統(tǒng)進行交聯(lián)，一部分是機電系統(tǒng)模擬綜合裝置，一部分是機電管理計算機接口控制顯示裝置。將機電綜合管理系統(tǒng)通用仿真設備的主控計算機中的總線板卡獨立出來，作為機電管理計算機接口控制顯示裝置，UICD主控計算機中包括航電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。其余部分作為機電系統(tǒng)模擬綜合裝置，USI主控計算機中包括機電子系統(tǒng)ICD管理軟件、仿真主控軟件、建模軟件和硬線管理軟件等，通過配線與機電綜合管理系統(tǒng)連接，用于模擬仿真各機電子系統(tǒng)的工作狀態(tài)和邏輯，如圖4所示。

圖4 分布構成圖

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，仿真主控軟件的運行項目可配置，可以完成與不同型號的機電綜合管理系統(tǒng)的通信，滿足機電綜合管理系統(tǒng)研制的需要，支持機電綜合管理系統(tǒng)的調(diào)試和驗證。

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

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

3 結論

為了滿足直升機機電綜合管理系統(tǒng)研制的需要，同時節(jié)約成本，減少人員工作量，設計了一套滿足多個型號機電綜合管理系統(tǒng)使用要求的通用仿真設備，用于模擬仿真各機電子系統(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。同時還開發(fā)了自動測試功能，一鍵操作就能實現(xiàn)所有接口的測試驗證。通過可配置的ICD，該通用仿真設備適用于各型號機電綜合管理系統(tǒng)的研制。經(jīng)與多個型號的機電綜合管理系統(tǒng)的綜合試驗驗證，表明該通用仿真設備運行穩(wěn)定可靠，具有較好的可靠性和可擴展能力。

參考文獻：

[1] 王占林,陳 娟.機電系統(tǒng)的總線綜合管理[M].北京:國防工業(yè)出版社,2010.

[2] 陳 娟,王占林,馬保海等.機載機電系統(tǒng)綜合管理仿真平臺的研究[J].儀器儀表學報,2002,23(3):933-935.

[3] 王占林,裘麗華.機載機電系統(tǒng)總線管理研究[J].中國工程科學,2001,3(6):48-52.

[4] 劉巧珍,裘麗華,王占林.機載機電系統(tǒng)綜合管理分布式仿真平臺設計[J].系統(tǒng)仿真學報,2005,17(3):620-622.