肖 力

(無(wú)錫工藝職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇 無(wú)錫 214200)

0 引 言

航空發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)字電子控制系統(tǒng)(數(shù)控系統(tǒng))涉及自動(dòng)控制、電子、軟件、機(jī)械液壓等眾多學(xué)科領(lǐng)域，是一個(gè)多變量、非線性、多功能的復(fù)雜系統(tǒng)，且朝著綜合化、小型化、智能化和分布式的方向發(fā)展[1-5]。由于航空發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)和試飛試驗(yàn)的高投入和高風(fēng)險(xiǎn)，在數(shù)控系統(tǒng)裝機(jī)之前的研發(fā)活動(dòng)中，需要進(jìn)行一系列仿真實(shí)驗(yàn)，其中主要包括數(shù)控系統(tǒng)全數(shù)字仿真、硬件在回路仿真和半物理仿真三個(gè)環(huán)節(jié)[6]。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，基于數(shù)字計(jì)算技術(shù)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)建模、控制算法和系統(tǒng)仿真對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的研制起到了重要的助推作用。數(shù)字仿真技術(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在控制算法和控制邏輯的缺陷識(shí)別、復(fù)雜環(huán)境模擬、故障注入和極限邊界逼近等方面，從而達(dá)到提升控制系統(tǒng)質(zhì)量、提高研發(fā)效率和降低驗(yàn)證成本的目的[7-8]。因此，開(kāi)發(fā)可靠高效的數(shù)字仿真平臺(tái)對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證起到十分關(guān)鍵的支撐作用。

Python語(yǔ)言是一種解釋型的動(dòng)態(tài)語(yǔ)言，既支持面向過(guò)程的編程又支持面向?qū)ο蟮木幊蘙9]。Python在數(shù)值計(jì)算和仿真方面有強(qiáng)大的第三方開(kāi)源庫(kù)支撐，開(kāi)發(fā)人員可以自行更改Python開(kāi)源算法的細(xì)節(jié)，與航空發(fā)動(dòng)機(jī)仿真平臺(tái)開(kāi)發(fā)常用的傳統(tǒng)的MATLAB或VC++環(huán)境相比較，在GUI設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)和可移植性方面，Python優(yōu)于MATLAB；在靈活性、易用性和開(kāi)源支持方面，Python優(yōu)于VC++。結(jié)合航空發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)控系統(tǒng)仿真驗(yàn)證的需要，本文開(kāi)發(fā)基于Python的航空發(fā)動(dòng)機(jī)全數(shù)字仿真平臺(tái)，從整體框架、發(fā)動(dòng)機(jī)模型和數(shù)據(jù)庫(kù)等方面進(jìn)行闡述，并通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了平臺(tái)的正確性。

1 仿真平臺(tái)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

仿真平臺(tái)的總體架構(gòu)見(jiàn)圖1，是由發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型、仿真數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)分析與圖形化顯示、人機(jī)交互界面和仿真調(diào)度等功能模塊構(gòu)成的綜合化純數(shù)字仿真環(huán)境。

圖1 仿真平臺(tái)整體結(jié)構(gòu)圖

數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊完成數(shù)據(jù)庫(kù)創(chuàng)建、更新和檢索等功能，數(shù)據(jù)庫(kù)包含的主要信息有用戶數(shù)據(jù)、發(fā)動(dòng)機(jī)特性數(shù)據(jù)和故障數(shù)據(jù)等。發(fā)動(dòng)機(jī)模型模塊是包含發(fā)動(dòng)機(jī)部件級(jí)模型的發(fā)動(dòng)機(jī)模型庫(kù)，采用Python類對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)各部件的氣動(dòng)熱力學(xué)模型和通用算法進(jìn)行設(shè)計(jì)和封裝，支持接口調(diào)用和繼承，可以方便地進(jìn)行擴(kuò)展。數(shù)據(jù)分析和顯示模塊綜合使用Python的矩陣運(yùn)算庫(kù)Numpy、數(shù)據(jù)運(yùn)算庫(kù)SciPy、數(shù)據(jù)處理庫(kù)Pandas和可視化繪圖庫(kù)Matplotlib對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并包括仿真報(bào)告生成等功能。人機(jī)交互模塊提供統(tǒng)一的界面管理能力，具有輸入?yún)?shù)設(shè)置、用戶信息配置、工具條等多種界面能力支持。任務(wù)管理模塊完成仿真平臺(tái)的任務(wù)調(diào)度和任務(wù)管理功能。

2 發(fā)動(dòng)機(jī)建模

航空發(fā)動(dòng)機(jī)模型是仿真系統(tǒng)的核心組成部分，發(fā)動(dòng)機(jī)建模方法通常有理論分析法和試驗(yàn)法，航空發(fā)動(dòng)機(jī)部件級(jí)建模的方法屬于理論分析法，它是根據(jù)航空發(fā)動(dòng)機(jī)在工作過(guò)程中所遵守的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)原理，把發(fā)動(dòng)機(jī)工作表示成一組非線性方程組。這種建模方法以發(fā)動(dòng)機(jī)各部件特性數(shù)據(jù)為依據(jù)，按部件間的共同工作關(guān)系來(lái)建立發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)或穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型。部件法建模包括兩方面工作：(1) 發(fā)動(dòng)機(jī)工作部件流道的氣動(dòng)熱力計(jì)算；(2) 建立反映發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)、穩(wěn)態(tài)工作中各個(gè)部件共同工作關(guān)系的控制方程并求解[10]。本文研究的某型渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)，結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。工作部件主要包括進(jìn)氣道、壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪和尾噴管。部件級(jí)模型的輸入?yún)?shù)是飛行高度(H)、馬赫數(shù)(Ma)、環(huán)境壓力(P0)、環(huán)境溫度(T0)和燃油流量(WF)。輸出參數(shù)為發(fā)動(dòng)機(jī)各部件的截面參數(shù)(轉(zhuǎn)速、溫度、壓力等)和性能參數(shù)(推力等)。

圖2 某航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

圖2中，截面①為進(jìn)氣道進(jìn)口，截面②為進(jìn)氣道出口(壓氣機(jī)進(jìn)口)，截面③為壓氣機(jī)出口(燃燒室進(jìn)口)，截面④為燃燒室出口(渦輪進(jìn)口)，截面⑤為渦輪出口，截面⑥為尾噴口。

2.1 部件模型設(shè)計(jì)

根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程的氣動(dòng)熱力學(xué)關(guān)系，建立各個(gè)部件的模型，再按照各部件的數(shù)據(jù)流交互關(guān)系將建好的各部件模型進(jìn)行調(diào)度組合，形成層次結(jié)構(gòu)的發(fā)動(dòng)機(jī)部件模型。

本文的部件模型程序設(shè)計(jì)采用了面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，面向?qū)ο蠹夹g(shù)具有封裝、繼承、派生等特點(diǎn)，可以自定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或模塊。使用面向?qū)ο蠓椒ǖ姆椒ㄟM(jìn)行航空發(fā)動(dòng)機(jī)部件建模，使得模型程序各模塊功能具有相對(duì)獨(dú)立性和可擴(kuò)展性，以適應(yīng)未來(lái)不斷升級(jí)的仿真需求。按照發(fā)動(dòng)機(jī)部件、工質(zhì)以及求解通用算法，設(shè)計(jì)不同的Python類，見(jiàn)圖3。PyClass_Solver是算法求解庫(kù)類，包含了三角函數(shù)算法、查找算法、非線性方程組數(shù)值求解算法等的實(shí)現(xiàn)和封裝。PyClass_Map類包含了發(fā)動(dòng)機(jī)部件特性插值算法。PyClass_Interface類屬于數(shù)據(jù)交換類，對(duì)接口進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)封裝，使得程序有良好的可擴(kuò)展性。

圖3 部件模型程序設(shè)計(jì)

2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)模型

航空發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，所有部件協(xié)同工作，形成一個(gè)有效的整體，各個(gè)部件必須共同滿足一定的協(xié)同工作條件。其中發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)工作必須同時(shí)滿足壓力平衡、功率平衡和流量連續(xù)三大條件[8]。

根據(jù)渦輪進(jìn)口截面流量連續(xù)可得控制方程，即：

(Wg4T-W4c)/Wg4T=0

(1)

式中：Wg4T是渦輪特性數(shù)據(jù)插值得到的渦輪進(jìn)口流量；W4c是經(jīng)過(guò)壓氣機(jī)、燃燒室等部件計(jì)算傳遞到渦輪進(jìn)口的流量。

根據(jù)尾噴口壓力平衡可得控制方程，即：

P6c/P6-1=0

(2)

式中：P6c是尾噴管出口的大氣壓力；P6是經(jīng)過(guò)各部件特性計(jì)算傳遞到尾噴管出口的壓力。

根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子功率平衡可得控制方程，即：

PT/PC-1=0

(3)

式中：PT是渦輪產(chǎn)生的功；PC是壓氣機(jī)消耗的功。

式(1)-式(3)共同組成了發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)控制方程。

發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)工作過(guò)程是渦輪和壓氣機(jī)扭矩差產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)加速度的過(guò)程，因此渦輪和壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)功率不再平衡(但壓力平衡和流量連續(xù)仍然成立)。根據(jù)動(dòng)力學(xué)原理，得到如下表達(dá)式：

(4)

式中：MT是燃?xì)鉁u輪的扭矩；ηT是燃?xì)鉁u輪效率；MC是壓氣機(jī)扭矩；J是轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；Ng是轉(zhuǎn)速。代入功率與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系，可得轉(zhuǎn)子加速度與功率的關(guān)系表達(dá)式。

(5)

因此，式(1)、式(2)和式(5)共同組成了發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)控制方程。

2.3 發(fā)動(dòng)機(jī)模型求解

部件級(jí)模型由許多非線性方程及圖表、曲線等組成，因此無(wú)法給出一個(gè)閉合形式的解析解，必須采用數(shù)值解法進(jìn)行求解計(jì)算。本文使用Newton-Raphson方法(牛頓-拉夫遜法)，這種方法的實(shí)質(zhì)是迭代求解，基本思想是不斷對(duì)初猜值進(jìn)行修正，使之逼近真實(shí)解。具體過(guò)程為：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)先確定一組初猜值(每個(gè)方程一個(gè))，將初猜值及其他已知參數(shù)代入方程，計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)截面的參數(shù)；將相關(guān)參數(shù)代入控制方程中檢查控制方程是否成立；如果成立，初猜值即為方程的解；否則，通過(guò)迭代對(duì)初猜值進(jìn)行修正；將修正后的參數(shù)代入部件模型進(jìn)行氣動(dòng)熱力計(jì)算，檢查控制方程是否成立。如此反復(fù)，通過(guò)不斷修正初猜值，使其逼近方程的真正解[8，10-13]。

本文穩(wěn)態(tài)模型的求解即為用牛頓-拉夫遜方法修正初值n1、n2、n3，控制方程組如下:

fi(n1,n2,n3)=εi

(6)

在一定精度(本文用εmin=10-5)意義下成立，即：

fi(n1,n2,n3)=εi≤εmin

(7)

式中：i=1,2,3；ε為相對(duì)誤差。

假設(shè)第K步計(jì)算后相對(duì)誤差不滿足期望，即：

fi(n1,n2,n3)=εi|K≥εmin

(8)

則根據(jù)牛頓-拉夫遜法按偏導(dǎo)數(shù)方向修正初猜值，得到下一步初猜值。

ni|K+1=ni|K+Δni

(9)

式中：

(10)

A為雅可比矩陣，表達(dá)式為：

(11)

發(fā)動(dòng)機(jī)仿真時(shí)，初猜值選擇壓氣機(jī)換算轉(zhuǎn)速Nc,渦輪落壓比Zg和壓氣機(jī)壓比系數(shù)Zc。

穩(wěn)態(tài)仿真的計(jì)算求解流程如圖4所示。

圖4 發(fā)動(dòng)機(jī)模型穩(wěn)態(tài)求解流程

3 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)仿真平臺(tái)的各類數(shù)據(jù)基本都是采用文本形式存儲(chǔ)，文本形式的數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)和讀寫(xiě)等方面存在數(shù)據(jù)冗余量大、數(shù)據(jù)交互性差等不足。本仿真平臺(tái)為了減少數(shù)據(jù)冗余、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的充分共享、提高數(shù)據(jù)的組織和管理能力、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與應(yīng)用程序的物理獨(dú)立，采用了數(shù)據(jù)庫(kù)的方式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和管理。數(shù)據(jù)庫(kù)包括用戶信息數(shù)據(jù)、發(fā)動(dòng)機(jī)特性數(shù)據(jù)和發(fā)動(dòng)機(jī)性能數(shù)據(jù)和故障數(shù)據(jù)等。本文采用SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，SQLite是一款輕量級(jí)嵌入式關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，具有開(kāi)源、系統(tǒng)開(kāi)銷小、檢索效率高等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了高效存儲(chǔ)中小規(guī)模的數(shù)據(jù)，它支持SQL的大多數(shù)公共特性[14-16]。Python中內(nèi)置了SQLite3，可以方便地進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)操作。

數(shù)據(jù)庫(kù)模塊見(jiàn)圖5，該模塊的輸入有XML數(shù)據(jù)格式的文件(發(fā)動(dòng)機(jī)特性數(shù)據(jù)和用戶信息數(shù)據(jù)等)和仿真數(shù)據(jù)文件，對(duì)XML文件使用Python的Pandas庫(kù)進(jìn)行XML解析，為提高解析大型XML數(shù)據(jù)文件的速度，提高數(shù)據(jù)庫(kù)創(chuàng)建和更新效率，采用了Pandas模塊對(duì)XML文件進(jìn)行分塊，以1 MB為單位分塊讀取并解析XML。啟動(dòng)仿真時(shí)，仿真模塊訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，獲取仿真需要的特性數(shù)據(jù)，仿真過(guò)程產(chǎn)生的仿真數(shù)據(jù)(包含發(fā)動(dòng)機(jī)性能數(shù)據(jù)、故障數(shù)據(jù)等)實(shí)時(shí)更新到數(shù)據(jù)庫(kù)中。圖6展示了數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)表設(shè)計(jì)以及故障信息表中的數(shù)據(jù)。

圖5 數(shù)據(jù)庫(kù)模塊結(jié)構(gòu)圖

圖6 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)示意圖

4 數(shù)據(jù)分析與顯示

該模塊支持?jǐn)?shù)據(jù)分析、圖形顯示和報(bào)表生成，其中數(shù)據(jù)分析是對(duì)仿真后的數(shù)據(jù)的離線分析，數(shù)據(jù)來(lái)源于數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)顯示包括仿真過(guò)程中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示和事后數(shù)據(jù)分析顯示。分析和顯示的數(shù)據(jù)包括發(fā)動(dòng)機(jī)各截面的參數(shù)，此外還包括發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)的分析，如仿真過(guò)程中的調(diào)節(jié)時(shí)間、超調(diào)量和穩(wěn)態(tài)誤差等。數(shù)據(jù)分析綜合使用Python的矩陣運(yùn)算庫(kù)Numpy、數(shù)據(jù)運(yùn)算庫(kù)SciPy和數(shù)據(jù)處理庫(kù)Pandas來(lái)實(shí)現(xiàn)，圖形化顯示使用Python數(shù)據(jù)可視化繪圖庫(kù)Matplotlib。Matplotlib源于模仿MATLAB，但是它依托于Python語(yǔ)言，繼承了Python語(yǔ)法面向?qū)ο?、易讀、代碼簡(jiǎn)潔等優(yōu)點(diǎn),是Python的開(kāi)源拓展庫(kù)。Matplotlib可獨(dú)立地用于繪圖，也可嵌入在應(yīng)用程序中，作為一個(gè)功能被使用。此外，數(shù)據(jù)分析與顯示還包含報(bào)表生成功能，可生成Excel格式的數(shù)據(jù)報(bào)表和Word文檔，這些形式的報(bào)表和文檔，對(duì)故障分析、仿真結(jié)果評(píng)審等可以提供很大便利。生成的報(bào)表和文檔作為數(shù)控系統(tǒng)適航認(rèn)證的證據(jù)鏈數(shù)據(jù)進(jìn)行歸檔，并與數(shù)控系統(tǒng)的其他數(shù)據(jù)項(xiàng)一起進(jìn)行全生命周期的配置管理。

5 人機(jī)交互模塊設(shè)計(jì)

人機(jī)交互模塊負(fù)責(zé)平臺(tái)與用戶的人機(jī)交互，為用戶提供友好、可靠、靈活易用的人機(jī)交互功能，主要包括用戶參數(shù)錄入、數(shù)據(jù)顯示、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置等功能，人機(jī)交互模塊結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖7。其中，菜單欄主要用于信息配置，包括用戶信息、項(xiàng)目信息和仿真參數(shù)等。對(duì)界面進(jìn)行功能區(qū)域劃分，主要分為數(shù)據(jù)顯示(包括關(guān)鍵參數(shù)、動(dòng)態(tài)曲線和實(shí)時(shí)故障信息三部分)、用戶輸入操作和子窗體操作幾個(gè)部分。

圖7 人機(jī)交互模塊界面結(jié)構(gòu)圖

6 仿真實(shí)驗(yàn)

仿真驗(yàn)證分為模塊級(jí)驗(yàn)證和系統(tǒng)閉環(huán)仿真驗(yàn)證兩部分，前者是對(duì)仿真平臺(tái)自身的單獨(dú)驗(yàn)證，后者主要是對(duì)控制系統(tǒng)和控制軟件的功能和性能驗(yàn)證。

模塊級(jí)驗(yàn)證的核心是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)模型的驗(yàn)證，首先驗(yàn)證模型與理論計(jì)算的符合性，選擇階躍信號(hào)作為燃油輸入量，部分?jǐn)?shù)據(jù)的仿真結(jié)果如圖8所示?？梢钥闯?，Python開(kāi)發(fā)的發(fā)動(dòng)機(jī)模型與理論計(jì)算分析的結(jié)果相符合，渦輪出口溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和推力都具有較好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。其次，在相同條件下，該模型的仿真結(jié)果與發(fā)動(dòng)機(jī)地面臺(tái)架實(shí)驗(yàn)的真實(shí)數(shù)據(jù)對(duì)比如表1所示?？梢钥闯鰯?shù)據(jù)誤差均在0.5%以內(nèi)，充分滿足項(xiàng)目數(shù)字仿真的精度要求。其他功能模塊的驗(yàn)證主要通過(guò)調(diào)試和代碼審查的方式進(jìn)行，均滿足平臺(tái)需求。

(a) 供油量曲線(b) 渦輪出口溫度曲線

(c) 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速曲線(d) 發(fā)動(dòng)機(jī)推力曲線圖8 模塊仿真結(jié)果

表1 300ml/min供油量下穩(wěn)態(tài)結(jié)果對(duì)比

系統(tǒng)閉環(huán)仿真驗(yàn)證是將發(fā)動(dòng)機(jī)控制軟件和仿真平臺(tái)構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)開(kāi)展閉環(huán)仿真驗(yàn)證，根據(jù)系統(tǒng)研制任務(wù)書(shū)和軟件需求規(guī)格說(shuō)明，設(shè)計(jì)和編寫(xiě)系統(tǒng)驗(yàn)證用例，包括基本功能集、故障用例集等內(nèi)容，并對(duì)驗(yàn)證用例和驗(yàn)證結(jié)果進(jìn)行專家評(píng)審。對(duì)于其中某型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的閉環(huán)仿真驗(yàn)證，讀取數(shù)據(jù)庫(kù)中的故障數(shù)據(jù)，部分結(jié)果見(jiàn)圖9，其中的故障發(fā)生時(shí)間和故障消失時(shí)間是指相對(duì)于啟動(dòng)仿真時(shí)刻的時(shí)間。

圖9 閉環(huán)實(shí)驗(yàn)故障數(shù)據(jù)記錄圖

與基于MATLAB開(kāi)發(fā)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)全數(shù)字仿真平臺(tái)相比，本仿真平臺(tái)在人機(jī)界面、數(shù)據(jù)管理和可移植性等方面有明顯的優(yōu)勢(shì)，而MATLAB/Simulink環(huán)境中自帶的開(kāi)發(fā)人員可以直接使用的部分航空類和執(zhí)行機(jī)構(gòu)類(慣性環(huán)節(jié)、二階系統(tǒng)等)的數(shù)學(xué)模型，目前尚缺少Python開(kāi)源庫(kù)，在本平臺(tái)開(kāi)發(fā)時(shí)采用Python編碼實(shí)現(xiàn)該類模型。與基于VC++開(kāi)發(fā)的全數(shù)字仿真平臺(tái)相比較，本仿真平臺(tái)在數(shù)值分析、報(bào)表生成和可維護(hù)性方面更具優(yōu)勢(shì)。但C/C++語(yǔ)言更接近計(jì)算機(jī)底層，基于C/C++語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的仿真平臺(tái)對(duì)底層驅(qū)動(dòng)(如DFTI通信驅(qū)動(dòng)等)有更多的支持，易于與硬件實(shí)物相結(jié)合，容易實(shí)現(xiàn)從全數(shù)字仿真平臺(tái)到硬件在回路仿真平臺(tái)的切換和資源重用。綜合分析，在全數(shù)字仿真層級(jí)，本平臺(tái)能充分滿足當(dāng)前項(xiàng)目的仿真需要，且與傳統(tǒng)平臺(tái)相比較，具有多方面的優(yōu)勢(shì)。

7 結(jié) 語(yǔ)

本文采用模塊化設(shè)計(jì)，同時(shí)又采用面向?qū)ο蟮慕７椒ㄍ瓿珊娇瞻l(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)控系統(tǒng)全數(shù)字仿真平臺(tái)的開(kāi)發(fā)，充分結(jié)合Python語(yǔ)言的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，全數(shù)字仿真平臺(tái)集成了航空發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)、模型庫(kù)、人機(jī)交互界面等功能模塊，具有低耦合、數(shù)據(jù)與程序相分離等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)模塊驗(yàn)證和系統(tǒng)閉環(huán)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了仿真平臺(tái)的正確性。目前，該平臺(tái)已應(yīng)用于某系列型號(hào)航空發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)控系統(tǒng)原型設(shè)計(jì)過(guò)程中的全數(shù)字仿真。該平臺(tái)現(xiàn)階段僅支持發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)過(guò)程的仿真，后續(xù)將結(jié)合項(xiàng)目進(jìn)度需要，加入發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程模型等，形成可支撐發(fā)動(dòng)機(jī)全狀態(tài)仿真的全數(shù)字仿真平臺(tái)。在模型的使用和繼承方面，未來(lái)考慮將MATLAB/Simulink環(huán)境中自帶的和已自定義開(kāi)發(fā)的部分?jǐn)?shù)學(xué)模型通過(guò)MATLAB/Simulink的RTW自動(dòng)代碼生成工具自動(dòng)生成源代碼，并將源代碼封裝成動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)(Dynamic Link Library，DLL)，在本平臺(tái)中直接對(duì)該動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)進(jìn)行集成和調(diào)用。