基于GUI/Simulink的起落架收放控制邏輯聯(lián)合建模與仿真研究

任碧詩

【摘 要】以某型飛機(jī)起落架收放控制系統(tǒng)收放控制邏輯為對象，建立Matlab GUI（graphic user interface）和Simulink聯(lián)合仿真模型，與單獨采用Simulink建模相比，聯(lián)合仿真模型具有顯示直觀、便于測試分析等優(yōu)點。仿真結(jié)果表明，聯(lián)合仿真模型能夠?qū)崿F(xiàn)不同測試方案的快速測試、仿真結(jié)果對比分析及記錄，能夠完成起落架收放控制邏輯的全數(shù)字仿真需求，為起落架收放控制邏輯的驗證分析提供有力的支持。

【關(guān)鍵詞】起落架控制系統(tǒng)；GUI；Simulink；收放控制邏輯

【Abstract】Based on aircraft landing gear retraction and extension， a control logic simulation model is constituted by GUI and Simulink. Compared with model based on Simulink， joint model has advantage at display directly， easy to test and analysis and so on. The simulation result shows the joint model could realize multiple cases test， result analysis and record. Its also carried out the requirement of landing gear retraction and extension control logic simulation， and support to the logic validation.

【Key words】Landing gear control system； GUI； Simulink； Retraction and extension control logic

0 引言

起落架收放控制系是飛機(jī)的一個重要子系統(tǒng)，其控制邏輯的設(shè)計及性能影響著飛機(jī)的起降安全，因此需要對收放控制邏輯建立模型進(jìn)行仿真分析，以驗證控制邏輯的性能和功能。

Matlab Simulink是目前應(yīng)用較為廣泛的建立仿真軟件，通過添加display、scope、sin和constant等模塊可實現(xiàn)模型輸入輸出的設(shè)置和顯示。但是當(dāng)模型的輸入、輸出的變量很多時，通過手動逐一修改輸入?yún)?shù)等進(jìn)行模塊測試就顯得特別麻煩，容易出錯；并且顯示結(jié)果不直觀。Matlab GUI是一種圖形化的溝通界面，通過定制界面能夠彌補(bǔ)Simulink顯示和設(shè)置不直觀的問題。將Simulink和GUI聯(lián)合起來進(jìn)行仿真無疑是一種較好的分析手段。

近年來，一些學(xué)者采用GUI和Simulink相結(jié)合進(jìn)行建模的方式來分析解決實際遇到的問題。其中，葛述卿[1]以滑塊-單擺為研究對象，采用了一種在Simulink模型中自動打開GUI界面，通過GUI界面輸入仿真數(shù)據(jù)的方式實現(xiàn)Simulink和GUI的聯(lián)合建模仿真。這種方式以Simulink作為主導(dǎo)，方便對Simulink進(jìn)行調(diào)試，但是對于模型無須更改或者需要對模型進(jìn)行加密封裝以及存在大量仿真數(shù)據(jù)的情況，這種方法就略顯不足。安樹[2]等人以整流電路為研究對象，利用GUI GUIDE向?qū)нM(jìn)行建模，實現(xiàn)整流電路的建模與仿真，但對于界面中存在多個相同類型控件的情況，利用GUIDE向?qū)o疑增加了建模的工作量。

本文根據(jù)起落架收放控制系統(tǒng)仿真需求，設(shè)計了一種Simulink和GUI聯(lián)合仿真模型，在Simulink中搭建起落架收放控制邏輯仿真模型，并對模型進(jìn)行封裝；同時，借助GUI便于實現(xiàn)人機(jī)交互的特點，通過編寫腳本文件的方式，實現(xiàn)仿真數(shù)據(jù)的輸入、輸出初始化設(shè)置、仿真數(shù)據(jù)的顯示與記錄，實現(xiàn)了對收放控制邏輯進(jìn)行仿真的目標(biāo)。

1 Simulink仿真模型

飛機(jī)起落架收放系統(tǒng)采用電傳操縱、液壓作動形式；正常收放系統(tǒng)由兩個起落架控制單元冗余控制，控制單元接收起落架收放手柄以及相關(guān)傳感器的信號，經(jīng)過邏輯運算，控制起落架選擇閥電磁鐵的通斷電狀態(tài)，通過液壓作動，完成起落架的收放動作控制。

根據(jù)控制單元的控制邏輯，在Simulink中分別利用“AND”，“OR”和“NOT”等模塊搭建模型，實現(xiàn)控制邏輯的仿真。主要包括：輪載信號邏輯仿真模塊、起落架手柄信號邏輯仿真模塊、起落架上位鎖信號判斷邏輯仿真模塊、起落架下位鎖信號判斷邏輯仿真模塊、起落架選擇閥控制信號邏輯仿真模塊等。

圖1所示為控制邏輯子模型示意圖。圖2為整個控制邏輯模型示意圖；其中，模型中對關(guān)鍵控制邏輯部分進(jìn)行了封裝；并根據(jù)真實的輸入信號的類型及數(shù)據(jù)長度，對輸入和輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行拆分和打包。此外，還在模型中添加了數(shù)據(jù)顯示模塊，模型的便于調(diào)試、檢測和分析處理。

2 GUI建模

Matlab中GUI的創(chuàng)建有兩種方式。一種是利用uicontrol、uimenu等函數(shù)以編寫m文件的方式來創(chuàng)建GUI模型，這種方式的優(yōu)點是當(dāng)界面上需要布置較多相同類型的控件時，利用for、while等函數(shù)能夠快速方便的實現(xiàn)；并且代碼的通用性較高。另一種方式是利用Matlab提供的GUIDE向?qū)韯?chuàng)建，通過鼠標(biāo)對控件進(jìn)行拖拽即可快速構(gòu)建出整個GUI[3]；但是，控件較多時，這種方法實現(xiàn)起來比較繁瑣。本文針對起落架收放控制系統(tǒng)輸入輸出變量控件較多（40余個）的情況，采用編寫m文件的方式，快速構(gòu)建GUI模型，便于理解和后續(xù)維護(hù)修改，簡化模型代碼。圖3為利用編寫M文件的形式編寫的仿真界面示意圖。

在GUI界面中，利用“for”、“set”以及“get”等函數(shù)，實現(xiàn)批量的創(chuàng)建和設(shè)置check box控件，以完成對控制系統(tǒng)輸入信號的設(shè)置。此外，為了能夠簡化操作、方便測試，設(shè)置導(dǎo)入數(shù)據(jù)按鈕，將設(shè)置好的excel測試數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入，完成對輸入變量名字和數(shù)值的設(shè)置，實現(xiàn)多組測試方案的快速測試，避免模型修改后，手動逐一設(shè)置帶來不必要的麻煩。而經(jīng)過Simulink仿真運算獲得的數(shù)據(jù)，以表格的形式在界面上顯示，并且通過導(dǎo)出數(shù)據(jù)選項將測試數(shù)據(jù)記錄保存在excel文件中。

3 Simulink和GUI聯(lián)合建模仿真

本文采用GUI和Simulink聯(lián)合建模的方式，以GUI界面作為主要的平臺，實現(xiàn)模型的仿真分析，仿真流程如圖4所示。通過GUI將數(shù)據(jù)導(dǎo)入Simulink模型，運行Simulink模型，輸出數(shù)據(jù)到GUI，并在GUI 中顯示記錄仿真結(jié)果。

聯(lián)合仿真過程中，Simulink和GUI的數(shù)據(jù)交互是仿真的一個關(guān)鍵的問題，主要通過以下4個步驟來實現(xiàn)這一問題。

1）打開名為control.mdl 的Simulink模型。語句如下：

open_system（control）；

2）將GUI界面中設(shè)置或?qū)氲臄?shù)據(jù)data_from_GUI賦給Simulink模型中名為input_1的常量模塊。語句如下：

set_param（control/input_1，Value，data_from_GUI）；

3）運行Simulink模型，語句如下：

sim（control）；

4）獲取Simulink仿真結(jié)果，方法為通過evalin函數(shù)，從workspace中，獲取名為output變量的值，具體語句如下：

evalin（base， control/output）。

4 仿真結(jié)果

以飛機(jī)位于空中，起落架處于放下上鎖的位置作為輸入狀態(tài)，對聯(lián)合仿真模型進(jìn)行測試。

圖5（b） 所示為利用GUI進(jìn)行輸入?yún)?shù)設(shè)置界面，運行程序，得到圖5（a） 所示的模型參數(shù)，從圖中可以看出，若在Simulink中設(shè)置參數(shù)，則需要輸入較長的數(shù)據(jù)，且沒有相應(yīng)的信息提示，而利用GUI進(jìn)行設(shè)置則清晰明了，并且在GUI中還可以通過導(dǎo)入數(shù)據(jù)文件功能直接參數(shù)導(dǎo)入，方便測試。

圖6所示為聯(lián)合仿真結(jié)果，GUI界面將Simulink的仿真結(jié)果進(jìn)行解碼，以列表的形式顯示出來。從圖中可以看出，經(jīng)過仿真運算，得到起落架的狀態(tài)為“放下上鎖”，仿真運行結(jié)果正確，此外，聯(lián)合仿真模型還可以實現(xiàn)不同信號輸入條件下的仿真，仿真結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

5 結(jié)論

利用Simulink和GUI聯(lián)合建模充分發(fā)揮二者的優(yōu)勢，特別地，對于起落架收放控制邏輯測試這種輸入輸出信號多，仿真測試過程中，具有多組輸入信號的情況，利用聯(lián)合建模的方式，達(dá)到了對起落架收放控制邏輯聯(lián)合建模仿真的目的，實現(xiàn)了對控制邏輯的快速測試和分析，且模型交互性好，方便數(shù)據(jù)的管理，編程簡潔便于后期維護(hù)和使用。

【參考文獻(xiàn)】

[1]葛述卿.Simulink和GUI結(jié)合實現(xiàn)機(jī)械系統(tǒng)仿真及動畫[J].機(jī)械研究與應(yīng)用，2006，19（1）：104-106.

[2]安樹，趙霞，徐小華.基于Matlab GUI 的整流電路仿真設(shè)計[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2011，34（4）：155-158.

[3]李顯宏.Matlab界面設(shè)計與編譯技巧[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006.

[責(zé)任編輯：湯靜]