某型號飛機(jī)飛控加載控制系統(tǒng)的硬件架構(gòu)

陸偉銘

LU Wei-ming

（上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，上海 200436）

0 引言

飛控鐵鳥臺架加載系統(tǒng)的主要功能是在飛控系統(tǒng)地面模擬試驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)對控制面氣動鉸鏈力矩的模擬，對飛控系統(tǒng)靜、動態(tài)特性進(jìn)行檢驗(yàn)，為飛控作動器提供真實(shí)的模擬工作環(huán)境。

它可以把飛控仿真機(jī)或舵面位置傳感器傳送來的信號實(shí)時(shí)解算為相應(yīng)的力載荷譜信號，以模擬該舵面所受到的氣動鉸鏈力矩，從而檢驗(yàn)氣動鉸鏈力矩作用下的飛控系統(tǒng)性能。

1 加載控制系統(tǒng)原理

在某型號飛機(jī)飛控鐵鳥臺加載系統(tǒng)中，加載計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集飛行仿真系統(tǒng)的飛機(jī)運(yùn)動參數(shù)（飛行高度、空速、舵偏角等），通過加載控制系統(tǒng)解算出相應(yīng)的舵面載荷力，作為力控制指令信號，經(jīng)伺服放大后控制電液伺服閥輸出力，驅(qū)動加載作動器實(shí)現(xiàn)加載（由泵站提供加載作動器工作油壓），從而完成模擬飛機(jī)舵面所受到的氣動鉸鏈力矩如圖1所示。

2 加載控制系統(tǒng)的硬件架構(gòu)

圖1 加載控制系統(tǒng)原理圖

加載系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要滿足舵面的加載技術(shù)要求，需要實(shí)時(shí)接受仿真機(jī)指令，完成閉環(huán)控制；同時(shí)，要兼顧用戶操作界面的美觀、方便。因此，采用基于VME總線的兩級分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，控制系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)網(wǎng)卡與仿真計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)通訊；每套控制系統(tǒng)的加載信息（加載指令與反饋、加載作動器位移），還通過以太網(wǎng)傳送到試驗(yàn)管理系統(tǒng)的監(jiān)控計(jì)算機(jī)以進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示。加載控制系統(tǒng)的硬件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。

第一級是以氣動力加載監(jiān)控計(jì)算機(jī)為核心的試驗(yàn)管理級(上位機(jī))，采用臺式工控機(jī)作為監(jiān)控計(jì)算機(jī)。該級可實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)資源管理，設(shè)置試驗(yàn)參數(shù)和伺服控制器參數(shù)的人機(jī)交互功能。

圖2 加載控制系統(tǒng)的硬件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

第二級是以VME零槽控制器為核心的實(shí)時(shí)控制級（下位機(jī)），主要包括零槽控制器模板、模擬信號處理器模板（包括信號調(diào)理、伺服閥驅(qū)動放大等功能）、實(shí)時(shí)網(wǎng)卡、信號轉(zhuǎn)接板。這一級完成設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測，獲取波形數(shù)據(jù)和反饋數(shù)據(jù)并傳輸給監(jiān)控計(jì)算機(jī)用于圖形顯示，提供閥電流，對載荷信號傳感器提供激勵(lì)電壓并將反饋電壓放大等功能。第二級與第一級通過以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。下位機(jī)各功能模塊排布如下圖所示：

3 下位機(jī)各模塊功能

3.1 VME零槽控制器模板

一個(gè)VME零槽控制器模板可以實(shí)現(xiàn)10個(gè)通道的加載控制，實(shí)施數(shù)字閉環(huán)控制、PID調(diào)節(jié)、載荷超限處理等。奔M處理器是一種高速數(shù)據(jù)處理器，適用于實(shí)時(shí)數(shù)字信號處理，如FFT、數(shù)字濾波器、頻率合成、相關(guān)和卷積等。因此，控制器可以支持多種控制算法，實(shí)現(xiàn)軟件前饋校正、狀態(tài)觀測器等各類提高系統(tǒng)性能的控制方法。零槽控制器還配有32路A/D與16路D/A資源，實(shí)現(xiàn)外部信號的采集以及模擬量信號的輸出。（見圖4）

圖3 下位機(jī)排布圖

3.2 實(shí)時(shí)網(wǎng)卡

VMIVME-5565實(shí)時(shí)網(wǎng)卡可以使加載系統(tǒng)與仿真計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)通訊，其指標(biāo)如下：

1）256 nodes節(jié)點(diǎn)

2）多節(jié)點(diǎn)連接光纖長度可達(dá)300m,單節(jié)點(diǎn)可達(dá)10 km

圖4 VME總線零槽控制器

3）動態(tài)數(shù)據(jù)包大?。? to 64 bytes of data

4）網(wǎng)絡(luò)傳輸速率：43 Mbyte/s to 174 Mbyte/s

5）VME transfer rate TBD

6）64 Mbyte or 128 Mbyte SDRAM Reflective Memory

7）兩個(gè)獨(dú)立的DMA通道

圖5 模擬信號處理器模板的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

3.3 模擬信號處理器模板

模擬信號處理器模板實(shí)現(xiàn)力與位移傳感器的信號調(diào)理與伺服閥驅(qū)動功能，包含力信號調(diào)理器、位移信號調(diào)理器、伺服閥驅(qū)動放大器、數(shù)據(jù)通信等幾部分功能模塊。每塊模板可以實(shí)現(xiàn)1路力傳感器的激勵(lì)與信號調(diào)理、1路位移傳感器的激勵(lì)與信號調(diào)理、1路伺服閥的驅(qū)動。

1）力信號調(diào)理器與位移信號調(diào)理器功能模塊

控制系統(tǒng)中的力信號采用拉壓力傳感器獲取，并經(jīng)信號調(diào)理器處理后，傳送給零槽控制器的A/D。位移的測量采用位移傳感器獲取，并經(jīng)信號調(diào)理器處理后，傳送給零槽控制器的A/D。信號調(diào)理器可方便地觀察電路各點(diǎn)的電壓，調(diào)節(jié)反饋增益，完成系統(tǒng)標(biāo)定。其中，可采用數(shù)字方式調(diào)節(jié)的參數(shù)包括：反饋通道的增益、傳感器激勵(lì)電壓、反饋通道的零點(diǎn)電壓、反饋通道的橋平衡電壓；

2）伺服閥驅(qū)動放大器功能模塊

伺服閥驅(qū)動放大器實(shí)現(xiàn)對伺服閥的控制，其中可采用數(shù)字方式調(diào)節(jié)的參數(shù)包括：閥平衡、閥極性、閥顫振；

3）數(shù)據(jù)通信功能模塊

采用MCS51單片機(jī)并通過RS485串口接口電路與零槽控制器的RS485進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)對信號調(diào)理器和閥驅(qū)動器的數(shù)字化參數(shù)調(diào)節(jié)。

模擬信號處理器模板的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖5所示。

4 結(jié)束語

本系統(tǒng)已在某型飛機(jī)飛控系統(tǒng)地面模擬試驗(yàn)中有效運(yùn)用。事實(shí)證明該系統(tǒng)操作簡單、實(shí)用、功能全，可以較為準(zhǔn)確地模擬飛機(jī)舵面所受到的氣動鉸鏈力矩。

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