某型號飛機飛控加載控制系統(tǒng)的硬件架構(gòu)

陸偉銘

LU Wei-ming

（上海飛機設(shè)計研究院，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)地面模擬試驗中實現(xiàn)對控制面氣動鉸鏈力矩的模擬，對飛控系統(tǒng)靜、動態(tài)特性進行檢驗，為飛控作動器提供真實的模擬工作環(huán)境。

它可以把飛控仿真機或舵面位置傳感器傳送來的信號實時解算為相應(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

在某型號飛機飛控鐵鳥臺加載系統(tǒng)中，加載計算機控制系統(tǒng)實時采集飛行仿真系統(tǒng)的飛機運動參數(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)計需要滿足舵面的加載技術(shù)要求，需要實時接受仿真機指令，完成閉環(huán)控制；同時，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)通過實時網(wǎng)卡與仿真計算機實時通訊；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)傳送到試驗管理系統(tǒng)的監(jiān)控計算機以進行數(shù)據(jù)顯示。加載控制系統(tǒng)的硬件拓撲結(jié)構(gòu)如圖2所示。

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

圖2 加載控制系統(tǒng)的硬件拓撲結(jié)構(gòu)

第二級是以VME零槽控制器為核心的實時控制級（下位機），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）、實時網(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)控計算機用于圖形顯示，提供閥電流，對載荷信號傳感器提供激勵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)進行數(shù)據(jù)傳輸。下位機各功能模塊排布如下圖所示：

3 下位機各模塊功能

3.1 VME零槽控制器模板

一個VME零槽控制器模板可以實現(xiàn)10個通道的加載控制，實施數(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，適用于實時數(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 下位機排布圖

3.2 實時網(wǎng)卡

VMIVME-5565實時網(wǎng)卡可以使加載系統(tǒng)與仿真計算機實時通訊，其指標如下：

1）256 nodes節(jié)點

2）多節(jié)點連接光纖長度可達300m,單節(jié)點可達10 km

圖4 VME總線零槽控制器

3）動態(tài)數(shù)據(jù)包大小：4 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）兩個獨立的DMA通道

圖5 模擬信號處理器模板的拓撲結(jié)構(gòu)

3.3 模擬信號處理器模板

模擬信號處理器模板實現(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。每塊模板可以實現(xiàn)1路力傳感器的激勵與信號調(diào)理、1路位移傳感器的激勵與信號調(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的電壓，調(diào)節(jié)反饋增益，完成系統(tǒng)標定。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、傳感器激勵電壓、反饋通道的零點電壓、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單片機并通過RS485串口接口電路與零槽控制器的RS485進行通訊，實現(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撲結(jié)構(gòu)如圖5所示。

4 結(jié)束語

本系統(tǒng)已在某型飛機飛控系統(tǒng)地面模擬試驗中有效運用。事實證明該系統(tǒng)操作簡單、實用、功能全，可以較為準確地模擬飛機舵面所受到的氣動鉸鏈力矩。

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