摘 要：本文介紹了某型飛機(jī)多級多組態(tài)鐵鳥試驗綜合控制系統(tǒng)，給出了其總體設(shè)計方案，并描述了其中某些部分的具體內(nèi)容。該系統(tǒng)為鐵鳥集成驗證試驗進(jìn)行集中管理、分布式控制和通訊指揮的綜合控制系統(tǒng)，完成了各種試驗項目的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理與信號分析任務(wù)，實現(xiàn)了試驗平臺中分布離散、距離較遠(yuǎn)的諸多對象的遠(yuǎn)程集成自動化控制。

關(guān)鍵詞：鐵鳥試驗 綜合控制 設(shè)計

中圖分類號：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）03（c）-0030-02

某型飛機(jī)以適應(yīng)西部地區(qū)高溫高原機(jī)場降落和復(fù)雜航路越障的營運要求為設(shè)計目標(biāo)，具備多項先進(jìn)技術(shù)，為保證其飛行安全和適航取證，鐵鳥集成驗證試驗必不可少。鐵鳥集成驗證試驗包括影響飛行操縱和安全的重要系統(tǒng)的綜合研發(fā)試驗、適航驗證試驗（MOC4）、駕駛員在環(huán)試驗以及各系統(tǒng)間的匹配試驗[1-2]；這些集成驗證試驗綜合級別高，對機(jī)上和飛行環(huán)境模擬程度要求高，是機(jī)型研制成功的必由之路[3]。

本文開展了“某型飛機(jī)鐵鳥綜合控制系統(tǒng)”的設(shè)計開發(fā)，發(fā)展先進(jìn)、可靠的鐵鳥試驗平臺和驗證能力。目前，國內(nèi)尚無研究機(jī)構(gòu)涉及民用飛機(jī)鐵鳥試驗，多任務(wù)復(fù)雜構(gòu)型的集成性驗證試驗的綜合控制也并無單位涉及。本文旨在填補國內(nèi)該項空白，并用于提升某型飛機(jī)全機(jī)系統(tǒng)鐵鳥試驗的可靠性和準(zhǔn)確性，以支持型號的適航取證和商業(yè)成功。

1 總體方案

本系統(tǒng)為鐵鳥試驗進(jìn)行集中管理、分布式控制和通訊指揮的綜合控制系統(tǒng)。鐵鳥試驗的分系統(tǒng)包括液壓能源系統(tǒng)、轉(zhuǎn)彎控制系統(tǒng)、剎車控制系統(tǒng)、起落架收放系統(tǒng)、反推力控制系統(tǒng)、飛控WOW信號模擬、飛控RVDT計算機(jī)、前起落架頂起裝置及液壓泵控制系統(tǒng)等。

綜合控制系統(tǒng)通過遠(yuǎn)程控制計算機(jī)、現(xiàn)場執(zhí)行控制器、轉(zhuǎn)接模塊等與現(xiàn)場各分系統(tǒng)組成多級綜合控制系統(tǒng)，使用多組態(tài)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行設(shè)備間通訊，實現(xiàn)鐵鳥試驗平臺的綜合控制。由遠(yuǎn)程控制計算機(jī)對各分系統(tǒng)進(jìn)行實時調(diào)度、動態(tài)協(xié)調(diào)和綜合控制，完成各種試驗項目的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理與信號分析任務(wù)，實現(xiàn)了試驗平臺中分布離散、距離較遠(yuǎn)的諸多對象的遠(yuǎn)程集成自動化控制。

2 多級鐵鳥試驗綜合控制網(wǎng)絡(luò)

遠(yuǎn)程控制計算機(jī)利用虛擬儀器技術(shù)，完成飛行試驗參數(shù)設(shè)置與仿真。遠(yuǎn)程控制計算機(jī)還通過網(wǎng)絡(luò)與LXI儀器、飛控RVDT計算機(jī)、前起落架頂起裝置控制器、液壓泵驅(qū)動裝置控制計算機(jī)通信，實現(xiàn)對試驗運行的自動控制，通過網(wǎng)絡(luò)接收飛控RVDT計算機(jī)、前起落架頂起裝置控制器、液壓泵驅(qū)動裝置控制計算機(jī)的試驗狀態(tài)反饋信息。遠(yuǎn)程控制計算機(jī)還通過反射內(nèi)存卡及傳輸光纜獲取現(xiàn)場信號激勵計算機(jī)收集的液壓控制邏輯電子裝置、轉(zhuǎn)向控制裝置、剎車控制組件、位置動作控制裝置的運行狀態(tài)信息。遠(yuǎn)程控制計算機(jī)通過對各試驗狀態(tài)的信息分析、判斷，發(fā)出預(yù)警信息，若出現(xiàn)異?；虺?，立即進(jìn)行緊急停機(jī)。

現(xiàn)場執(zhí)行控制裝置由LXI設(shè)備及其調(diào)理電路、RVDT/LVDT動作模擬器、現(xiàn)場手動操作臺及其驅(qū)動調(diào)理電路、自動/手動操作控制切換模塊組成。其中，LXI設(shè)備包含DI/O開關(guān)量接口、D/A接口、多路轉(zhuǎn)換器，通過網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程控制計算機(jī)連接。調(diào)理電路將LXI設(shè)備發(fā)出的操作指令變換為與各真實執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)適應(yīng)的驅(qū)動信號，這些信號經(jīng)過自動/手動操作控制切換模塊連接到各真實執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)，完成對各真實執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)的控制?，F(xiàn)場手動操作臺及其驅(qū)動調(diào)理電路進(jìn)行手動控制操作使用，當(dāng)其面板上的自動/手動開關(guān)置于手動時，對各真實執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)的控制將由手動控制完成，當(dāng)其面板上的自動/手動開關(guān)置于自動時，對各真實執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)的控制將由遠(yuǎn)程控制計算機(jī)通過LXI設(shè)備控制完成，如圖1所示。

3 多組態(tài)鐵鳥試驗綜合控制網(wǎng)絡(luò)

地面試驗綜合控制系統(tǒng)，采用遠(yuǎn)程控制計算機(jī)統(tǒng)一管理的總體方案，通過反射內(nèi)存網(wǎng)、以太網(wǎng)、ARINC總線網(wǎng)、硬線網(wǎng)絡(luò)多種組態(tài)的網(wǎng)絡(luò)組合，有效實現(xiàn)試驗中信息通訊及試驗進(jìn)程控制，從而實現(xiàn)某型飛機(jī)鐵鳥試驗的綜合自動控制。

（1）反射內(nèi)存網(wǎng)。是主控計算機(jī)與各分系統(tǒng)之間高速共享試驗運行數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)。反射內(nèi)存卡利用光纖傳輸信息，傳輸速率高，且與操作系統(tǒng)和處理器無關(guān)，傳輸距離可達(dá)300m。遠(yuǎn)程控制計算機(jī)中的反射內(nèi)存卡與分系統(tǒng)計算機(jī)的反射內(nèi)存卡型號一致，構(gòu)建的環(huán)形反射內(nèi)存網(wǎng)絡(luò)具有實時性強，傳輸穩(wěn)定性高的特點，滿足試驗中實時性高的需求。

（2）以太網(wǎng)。是主控計算機(jī)與分系統(tǒng)之間最常用的局域網(wǎng)通訊方式。遠(yuǎn)程控制計算機(jī)與分系統(tǒng)計算機(jī)統(tǒng)一采用TCP/IP協(xié)議。以太網(wǎng)通訊數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定，速度較快，且能夠滿足長距離傳輸，能夠滿足大部分試驗設(shè)備的通訊需求。

（3）ARINC總線。是本機(jī)型采用的通訊方式之一，綜合控制系統(tǒng)與飛機(jī)控制盒的通訊必須遵循采用該通訊協(xié)議。使用ARINC網(wǎng)絡(luò)，能夠模擬航電通訊接口與設(shè)備盒之間進(jìn)行ARINC通訊，為完成機(jī)載設(shè)備測試試驗提供了模擬輸入，滿足特定設(shè)備的通訊需求。

（4）硬線網(wǎng)絡(luò)。是指模擬量信號傳輸網(wǎng)絡(luò)。信號采用模擬量形式傳輸，具有方便測量與檢測的優(yōu)點，同時信號傳輸可靠，穩(wěn)定性好。硬線網(wǎng)絡(luò)布置在控制設(shè)備與末端執(zhí)行設(shè)備間，實現(xiàn)設(shè)備的模擬量驅(qū)動與控制。采用硬線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)字信息完成模擬量信息轉(zhuǎn)變后的信號傳遞，實現(xiàn)綜合控制系統(tǒng)的執(zhí)行控制。此外，硬線網(wǎng)絡(luò)搭建了一套硬急停保護(hù)系統(tǒng)，為綜合控制系統(tǒng)提供了額外的安全保障。

4 多級多組態(tài)控制網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化

按照該機(jī)型電子控制設(shè)備的通訊協(xié)議，與轉(zhuǎn)彎控制單元、剎車控制單元、液壓邏輯控制單元、位置作動控制單元需采用ARINC通訊，故在信號激勵計算機(jī)與控制單元之間采用ARINC總線連接，模擬飛機(jī)上系統(tǒng)的總線數(shù)據(jù)通訊。信號激勵計算機(jī)與遠(yuǎn)程控制計算機(jī)之間采用光纖反射內(nèi)存網(wǎng)建立高速信息通訊。通過反射內(nèi)存網(wǎng)，保證了信號激勵計算機(jī)與遠(yuǎn)程計算機(jī)的實時性。信號激勵計算機(jī)獲得的控制單元的數(shù)據(jù)能夠通過反射內(nèi)存網(wǎng)絡(luò)實時傳輸至遠(yuǎn)程控制計算機(jī)，有效提高了數(shù)據(jù)傳輸效率與實時性能?，F(xiàn)場執(zhí)行控制器是現(xiàn)場控制的中繼站，現(xiàn)場執(zhí)行控制器通過TCP/IP協(xié)議接收遠(yuǎn)程控制計算機(jī)指令；同時對下游設(shè)備進(jìn)行控制指令輸出，通過硬線網(wǎng)絡(luò)以模擬量形式為執(zhí)行設(shè)備提供指令。遠(yuǎn)程控制計算機(jī)通過以太網(wǎng)交換機(jī)與其他終端設(shè)別建立多點TCP/IP通訊連接，包括前起落架頂起裝置、液壓泵控制計算機(jī)等，實現(xiàn)對分系統(tǒng)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的特點，對多態(tài)網(wǎng)絡(luò)組合采用優(yōu)化的策略，搭建了一個鐵鳥試驗自動綜合控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架如圖2所示。

采用多級網(wǎng)絡(luò)，有效地實現(xiàn)了眾多分設(shè)備的分級管理與控制。采用多態(tài)組合控制網(wǎng)絡(luò)，滿足了不同需求的控制要求，對各分系統(tǒng)有效的進(jìn)行了通訊連接。采用多級多組態(tài)地面試驗綜合控制系統(tǒng)在使用中，實現(xiàn)了對系統(tǒng)設(shè)備的綜合控制和數(shù)據(jù)監(jiān)控，數(shù)據(jù)傳輸具有較高的實時性，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定。

5 結(jié)語

本文開展了“某型飛機(jī)多級多組態(tài)鐵鳥試驗綜合控制系統(tǒng)”的設(shè)計開發(fā)，旨在填補國內(nèi)該項空白，打破國外老牌飛機(jī)制造商的民用飛機(jī)鐵鳥集成驗證技術(shù)壟斷。基于任務(wù)導(dǎo)向的鐵鳥集成驗證理念，在試驗任務(wù)的綜合控制方面實現(xiàn)了操縱自動化、平臺網(wǎng)絡(luò)化、接口集成化、構(gòu)型可控化，同時具有很好的靈活性和擴(kuò)展性，其高速可靠實時的數(shù)據(jù)交換方法為大型試驗系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)交換提供了很好的探索，可以應(yīng)用于其他軍民機(jī)及大型工程測控系統(tǒng)中。

參考文獻(xiàn)

[1] 李振水.飛機(jī)鐵鳥技術(shù)進(jìn)展綜述[J].航空科學(xué)技術(shù)， 2016（6）：21.

[2] 朱良杰.某型飛機(jī)鐵鳥系統(tǒng)集成驗證試驗綜合控制平臺的設(shè)計及實現(xiàn)[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2014（22）：175.

[3] 陳燁.鐵鳥測控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].南京航空航天大學(xué)，2015.