民用飛機液壓系統軟件仿真測試方法

傅博

【摘 要】基于LabVIEW虛擬儀器開發工具開發出一套軟件邏輯仿真測試平臺，用于某型號民用飛機液壓能源系統軟件邏輯的測試和驗證。該仿真測試平臺可以模擬飛機液壓能源系統軟件控制邏輯、機組告警系統（CAS）和簡圖頁（HSP）顯示邏輯，并且能夠提供被測邏輯所需的各相關系統接口信號及電氣、物理仿真信號，從而實現了以液壓能源系統軟件邏輯測試為目標的民用飛機全系統仿真測試。

【關鍵詞】民用飛機；液壓系統；軟件；仿真；測試

【Abstract】A platform for logic simulation and test is developed based on LabVIEW to test and verify the software logic of hydraulic supply system on an civil aircraft. The software control logic and display logic of Crew Alert System（CAS） and Hydraulic Synoptic Page（HSP） can be completely simulated on the platform. In addition， the electric and physical logic related with hydraulic supply system is added into the platform， so that the complete hydraulic supply system can be simulated.

【Key words】Civil aircraft；Hydraulic system；Software；Simulation；Test

0 引言

某型民用飛機液壓能源系統軟件邏輯包括液壓泵控制邏輯、機組告警（CAS）顯示邏輯和簡圖頁（HSP）顯示邏輯。由于民用飛機液壓能源系統軟件的外部輸入信號龐雜，且邏輯較復雜，采用邏輯方程式或邏輯圖進行人工分析時，尤其是復雜工況下，邏輯結果的校驗分析較為困難，準確性也難以保證。為此，開發出一套民用飛機液壓能源系統軟件仿真測試平臺，該仿真測試平臺集成了液壓能源系統泵控制邏輯、CAS顯示邏輯和簡圖頁顯示邏輯，并且提供了軟件自動運行所需的電氣、液壓物理仿真邏輯，用于模擬出被測邏輯所需的各相關系統接口信號及電氣、物理仿真信號，能夠實現模擬飛行機組人機界面條件下的自動測試。

1 仿真測試平臺的構成及功能

為了兼顧可視性與可操作性，本仿真測試平臺開發了兩個用戶界面，分別為MainDisplayPanel界面和BasicControlPanel界面。綜合兩個用戶界面，本仿真測試平臺實現了以飛行機組人機界面為基礎的液壓能源系統軟件邏輯仿真測試。

MainDisplayPanel界面集成了液壓控制面板、CAS顯示和簡圖頁顯示界面，均完全模擬真實飛機駕駛艙內飛行機組人機界面，三部分的功能和邏輯均與真實飛機液壓能源系統一致，使液壓軟件仿真測試過程具備了較好地可視性功能。鑒于液壓軟件的自動控制邏輯實質為液壓泵自動控制邏輯，故增設了液壓泵自動控制結果指示燈，以便于實時監測發動機驅動泵（EDP）、電動泵（EMP）和能量轉換單元（PTU）的輸出狀態。為了方便直接設置飛機常規飛行時相關系統的基本飛行參數，還增設有飛機狀態控制面板。因此，通過MainDisplayPanel用戶界面可以在飛行機組人機模擬界面上設置飛機基本飛行剖面參數，并實時顯示液壓能源系統CAS、簡圖頁和液壓泵工作狀態信息。

BasicControlPanel界面主要包括兩部分：液壓能源系統及相關系統參數輸入部分和邏輯中間量指示部分。該界面上的輸出信號包括中間調控變量和液壓泵輸出狀態，方便程序調試和邏輯仿真測試過程中對中間量狀態的追蹤。

該界面不僅可以詳細調節液壓能源系統及相關系統參數，模擬各種飛行剖面，并輸出液壓泵控制結果，還可以通過故障注入按鈕實現人工注入故障，模擬飛機飛行過程中可能出現的各類故障工況，這樣也極大地提升了本仿真測試平臺在飛機液壓能源系統軟件研發測試過程中的應用價值和應用場合。

2 仿真測試平臺的實現方法

2.1 MainDisplayPanel界面的實現方法

MainDisplayPanel界面下的程序主要包括CAS和簡圖頁顯示邏輯程序、參數接口程序。程序采用雙線程技術，一條線程用于主邏輯運算，另一條線程用于CAS和簡圖頁顯示，其中每條線程均可以被分配優先級并獨立運行，從而充分利用CPU資源，提高程序執行效率，同時，也避免了由于圖形顯示占用大量資源而導致邏輯運算無法實時進行或丟失運算結果等情況發生，保證邏輯運算結果的可靠性。

1）CAS顯示邏輯。程序中窮舉全部CAS信號，并按告警級別排序，所有需要顯示的CAS信號以一個字符串的形式顯示，每條信號之間通過換行符區分，這樣便能根據BasicControlPanel界面反饋的系統工作狀態以告警級別從高到低的順序分行顯示CAS信息。

2）簡圖頁的顯示邏輯。液壓能源系統簡圖頁中靜態元素以靜態圖片的形式顯示，在程序啟動時完成加載，以節省資源占用。而動態元素則用LabVIEW的畫圖插件根據泵控邏輯運算結果和CAS信息實時繪制，并以10Hz的頻率刷新。

3）參數接口程序利用全局變量和子VI（Virtual Instrument）接口兩種方式，實現MainDisplayPanel界面與BasicControlPanel界面之間數據通信。程序中所有子VI采用可重入技術，以保證作為公共模塊的子VI在程序不同部分運算所得的結果之間不相互干涉。

2.2 BasicControlPanel界面的實現方法

BasicControlPanel界面下的程序主要包括液壓能源系統泵控制邏輯程序、與液壓能源系統相關的電氣、物理邏輯程序，以及故障注入程序。該界面采用動態程序控制技術，僅在調用時載入內存，從而節省內存占用，提升系統性能。

1）液壓能源系統泵控制邏輯程序采用模塊化編程方式，將各公共模塊均編寫成子VI，不僅可以使程序框圖美觀簡潔，也方便系統在開發階段的調試和維護。

2）基于軟件自動運行對環境輸入的需求，額外加入了飛機上與液壓能源系統相關的硬線電路邏輯和液壓能源系統各元件作動及壓力效果的物理仿真邏輯。該部分邏輯主要為了獲取相關CAS信息，以及設置3套液壓能源系統在啟動后接觸器的動作和系統壓力的建立。

3）故障注入程序嵌入在泵控邏輯和與液壓能源系統相關的電氣、物理邏輯程序中，通過關閉程序內部相關接口、取消邏輯中的自動運算和賦值等方式，實現人工設置，達到故障注入的目的。

3 結語

本仿真測試平臺從飛機級角度，集成了液壓能源系統泵控制邏輯、機組告警（CAS）顯示邏輯和簡圖頁（HSP）顯示邏輯，并且為被測軟件邏輯的自動執行提供了必要的接口信號及電氣、物理仿真信號，結合故障注入功能，已成功應用于液壓能源系統控制邏輯的測試和校驗，并實現了對鐵鳥試驗、航電交聯試驗及地面試驗的輔助驗證。該軟件仿真測試方法具有較好的應用價值，可以為民用飛機機載系統軟件邏輯的開發和測試提供有益的借鑒。

【參考文獻】

[1]周艷麗.現代民用飛機液壓系統軟件設計[J].航空科學技術，2014，25（2）：39-41.

[2]王剛，張發啟，夏欽斌.飛機液壓舵機測控系統軟件的設計與實現[J].微計算機信息，2008，24（3-1）：249-250.

[3]鄧碩，楊波，王云路，王江云，馬海軍.飛機機電綜合管理框架下的液壓系統仿真平臺[J].北京航空航天大學學報，2012，5：48-53.

[責任編輯：田吉捷]