某型飛機(jī)多級(jí)多組態(tài)鐵鳥試驗(yàn)綜合控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述

摘 要：本文介紹了某型飛機(jī)多級(jí)多組態(tài)鐵鳥試驗(yàn)綜合控制系統(tǒng)，給出了其總體設(shè)計(jì)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(yàn)證試驗(yàn)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(yàn)項(xiàng)目的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理與信號(hào)分析任務(wù)，實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)平臺(tái)中分布離散、距離較遠(yuǎn)的諸多對(duì)象的遠(yuǎn)程集成自動(dòng)化控制。

關(guān)鍵詞：鐵鳥試驗(yàn) 綜合控制 設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(chǎng)降落和復(fù)雜航路越障的營(yíng)運(yùn)要求為設(shè)計(jì)目標(biāo)，具備多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，為保證其飛行安全和適航取證，鐵鳥集成驗(yàn)證試驗(yàn)必不可少。鐵鳥集成驗(yàn)證試驗(yàn)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(yàn)、適航驗(yàn)證試驗(yàn)（MOC4）、駕駛員在環(huán)試驗(yàn)以及各系統(tǒng)間的匹配試驗(yàn)[1-2]；這些集成驗(yàn)證試驗(yàn)綜合級(jí)別高，對(duì)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(jì)開發(fā)，發(fā)展先進(jìn)、可靠的鐵鳥試驗(yàn)平臺(tái)和驗(yàn)證能力。目前，國(guó)內(nèi)尚無研究機(jī)構(gòu)涉及民用飛機(jī)鐵鳥試驗(yàn)，多任務(wù)復(fù)雜構(gòu)型的集成性驗(yàn)證試驗(yàn)的綜合控制也并無單位涉及。本文旨在填補(bǔ)國(guó)內(nèi)該項(xiàng)空白，并用于提升某型飛機(jī)全機(jī)系統(tǒng)鐵鳥試驗(yàn)的可靠性和準(zhǔn)確性，以支持型號(hào)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(yàn)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(yàn)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(hào)模擬、飛控RVDT計(jì)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(jì)算機(jī)、現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行控制器、轉(zhuǎn)接模塊等與現(xiàn)場(chǎng)各分系統(tǒng)組成多級(jí)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(shí)現(xiàn)鐵鳥試驗(yàn)平臺(tái)的綜合控制。由遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)對(duì)各分系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)度、動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)和綜合控制，完成各種試驗(yàn)項(xiàng)目的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理與信號(hào)分析任務(wù)，實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)平臺(tái)中分布離散、距離較遠(yuǎn)的諸多對(duì)象的遠(yuǎn)程集成自動(dòng)化控制。

2 多級(jí)鐵鳥試驗(yàn)綜合控制網(wǎng)絡(luò)

遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)利用虛擬儀器技術(shù)，完成飛行試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置與仿真。遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)還通過網(wǎng)絡(luò)與LXI儀器、飛控RVDT計(jì)算機(jī)、前起落架頂起裝置控制器、液壓泵驅(qū)動(dòng)裝置控制計(jì)算機(jī)通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)試驗(yàn)運(yùn)行的自動(dòng)控制，通過網(wǎng)絡(luò)接收飛控RVDT計(jì)算機(jī)、前起落架頂起裝置控制器、液壓泵驅(qū)動(dòng)裝置控制計(jì)算機(jī)的試驗(yàn)狀態(tài)反饋信息。遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)還通過反射內(nèi)存卡及傳輸光纜獲取現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)激勵(lì)計(jì)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(dòng)作控制裝置的運(yùn)行狀態(tài)信息。遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)通過對(duì)各試驗(yàn)狀態(tài)的信息分析、判斷，發(fā)出預(yù)警信息，若出現(xiàn)異?；虺睿⒓催M(jìn)行緊急停機(jī)。

現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行控制裝置由LXI設(shè)備及其調(diào)理電路、RVDT/LVDT動(dòng)作模擬器、現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)操作臺(tái)及其驅(qū)動(dòng)調(diào)理電路、自動(dòng)/手動(dòng)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(jì)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(shí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)適應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，這些信號(hào)經(jīng)過自動(dòng)/手動(dòng)操作控制切換模塊連接到各真實(shí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)，完成對(duì)各真實(shí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)的控制?，F(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)操作臺(tái)及其驅(qū)動(dòng)調(diào)理電路進(jìn)行手動(dòng)控制操作使用，當(dāng)其面板上的自動(dòng)/手動(dòng)開關(guān)置于手動(dòng)時(shí)，對(duì)各真實(shí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)的控制將由手動(dòng)控制完成，當(dāng)其面板上的自動(dòng)/手動(dòng)開關(guān)置于自動(dòng)時(shí)，對(duì)各真實(shí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)的控制將由遠(yuǎn)程控制計(jì)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(yàn)綜合控制網(wǎng)絡(luò)

地面試驗(yàn)綜合控制系統(tǒng)，采用遠(yuǎn)程控制計(jì)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(shí)現(xiàn)試驗(yàn)中信息通訊及試驗(yàn)進(jìn)程控制，從而實(shí)現(xiàn)某型飛機(jī)鐵鳥試驗(yàn)的綜合自動(dòng)控制。

（1）反射內(nèi)存網(wǎng)。是主控計(jì)算機(jī)與各分系統(tǒng)之間高速共享試驗(yàn)運(yùn)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(jì)算機(jī)中的反射內(nèi)存卡與分系統(tǒng)計(jì)算機(jī)的反射內(nèi)存卡型號(hào)一致，構(gòu)建的環(huán)形反射內(nèi)存網(wǎng)絡(luò)具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)，傳輸穩(wěn)定性高的特點(diǎn)，滿足試驗(yàn)中實(shí)時(shí)性高的需求。

（2）以太網(wǎng)。是主控計(jì)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(jì)算機(jī)與分系統(tǒng)計(jì)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(zhǎng)距離傳輸，能夠滿足大部分試驗(yàn)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(cè)試試驗(yàn)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(hào)傳輸網(wǎng)絡(luò)。信號(hào)采用模擬量形式傳輸，具有方便測(cè)量與檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)信號(hào)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(shí)現(xiàn)設(shè)備的模擬量驅(qū)動(dòng)與控制。采用硬線網(wǎng)絡(luò)實(shí)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(hào)傳遞，實(shí)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(jí)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(dòng)控制單元需采用ARINC通訊，故在信號(hào)激勵(lì)計(jì)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(hào)激勵(lì)計(jì)算機(jī)與遠(yuǎn)程控制計(jì)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(hào)激勵(lì)計(jì)算機(jī)與遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)的實(shí)時(shí)性。信號(hào)激勵(lì)計(jì)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(shí)時(shí)傳輸至遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)，有效提高了數(shù)據(jù)傳輸效率與實(shí)時(shí)性能?，F(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行控制器是現(xiàn)場(chǎng)控制的中繼站，現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行控制器通過TCP/IP協(xié)議接收遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)指令；同時(shí)對(duì)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(jì)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(diǎn)TCP/IP通訊連接，包括前起落架頂起裝置、液壓泵控制計(jì)算機(jī)等，實(shí)現(xiàn)對(duì)分系統(tǒng)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。

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

采用多級(jí)網(wǎng)絡(luò)，有效地實(shí)現(xiàn)了眾多分設(shè)備的分級(jí)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(duì)各分系統(tǒng)有效的進(jìn)行了通訊連接。采用多級(jí)多組態(tài)地面試驗(yàn)綜合控制系統(tǒng)在使用中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)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(shí)時(shí)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(jí)多組態(tài)鐵鳥試驗(yàn)綜合控制系統(tǒng)”的設(shè)計(jì)開發(fā)，旨在填補(bǔ)國(guó)內(nèi)該項(xiàng)空白，打破國(guó)外老牌飛機(jī)制造商的民用飛機(jī)鐵鳥集成驗(yàn)證技術(shù)壟斷?；谌蝿?wù)導(dǎo)向的鐵鳥集成驗(yàn)證理念，在試驗(yàn)任務(wù)的綜合控制方面實(shí)現(xiàn)了操縱自動(dòng)化、平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化、接口集成化、構(gòu)型可控化，同時(shí)具有很好的靈活性和擴(kuò)展性，其高速可靠實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)交換方法為大型試驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)時(shí)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(cè)控系統(tǒng)中。

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