航空发动机硬件在回路试验系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种航空发动机硬件在回路试验系统，包括：用于执行发动机控制的电子控制器，用于仿真发动机行为的实时仿真装置，用于执行信号的调理和采集的信号调理和采集装置，以及用于执行故障注入的故障注入装置，该信号调理和采集装置耦接至该实时仿真装置，该故障注入装置分别通过硬接线与该信号调理和采集装置、和该电子控制器连接，其中，该航空发动机硬件在回路试验系统还包括：ARINC总线板卡和以太网板卡，该故障注入装置通过该ARINC总线板卡与该实时仿真装置连接，并通过该以太网板卡与该实时仿真装置连接。
【专利说明】航空发动机硬件在回路试验系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及航空发动机控制系统的试验系统，尤其涉及航空发动机硬件在回路试验系统。
【背景技术】
[0002]民用航空发动机的设计与制造过程极其复杂，代表了现代制造工业的最高水平。现代民用航空发动机控制系统为全权限数字式发动机电子控制(FADEC)，包括了发动机的燃油控制、健康管理、起动与点火，以及反推系统，是一个极为复杂、交联耦合程度很高的系统，涉及总体气动、结构强度、电子电气、机械液压、燃油滑油、引气，以及机载软件与总线通讯等多个学科与工程的领域。目前，在国内也是首次研制具备适航能力的大型客机的发动机控制系统。对国内而言，这也是一项长期技术研发的挑战。
[0003]根据复杂机载系统开发流程(SAE ARP4754A)和适航验证(CCAR33.28)的要求，民用航空发动机控制系统的集成与适航验证，是一项工作量极大、内容极为复杂、系统交联耦合程度很高的试验验证工作。国内现有的系统硬件在回路验证系统，可以在某些工程领域，如电动汽车等，通过构建硬件在回路平台可以完成系统集成验证。但是，面对如此庞大复杂、高耦合程度、高可靠性与安全性、并涉及多学科领域的民用航空发动机控制系统，国内现有的硬件在回路验证平台存在诸多不足。
[0004]图1是示出了传统航空发动机硬件在回路试验系统的伺服控制回路。传统试验系统架构中，电子控制器根据控制目标，发出伺服电流信号以控制作动器的位置，通过电缆、电流信号采集装置等，采集到仿真装置中进行发动机仿真运算，以模拟发动机行为，例如计算或仿真出发动机真实传感器的感测信号，例如位移感测信号，通过位移信号调理模块，反馈给电子控制器，从而形成一个伺服闭环控制回路。
[0005]首先，发动机控制系统的伺服电流信号、控制位移信号为数众多，因此，电子控制器的故障注入信号也是为数众多，并且通过故障注入装置在每一路的信号电缆上注入故障信号，从而只能实现单点故障的注入。采用该传统试验系统，故障注入装置无法较好的进行实时仿真装置、信号调理装置、故障注入装置等多个试验设备的实时联动，从而实现伺服电流信号、控制位移信号与电源等多种组合故障
[0006]其次，发动机控制系统的伺服电流信号、控制位移信号、油门台控制信号多达数十路。每路信号均采用了电缆硬线进行连接。若试验系统使用时间较长，容易出现电缆松动等情况。
[0007]而且，由于不同型号的发动机控制系统，所采用的信号电缆的航插和对应的针脚是不一样的。因此，传统试验系统架构采用电缆连接方式，只能适用某一型号的发动机控制系统。若需适用另一型号的发动机控制系统，就需要对试验系统的连接电缆进行手动接线调整，非常不便。
[0008]因此，本领域需要一种改进的航空发动机硬件在回路试验系统。实用新型内容
[0009]以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。
[0010]根据本实用新型的一方面，提供了一种航空发动机硬件在回路试验系统，包括:用于执行发动机控制的电子控制器，用于仿真发动机行为的实时仿真装置，用于执行信号的调理和采集的信号调理和采集装置，以及用于执行故障注入的故障注入装置，该信号调理和采集装置耦接至该实时仿真装置，该故障注入装置分别通过硬接线与该信号调理和采集装置、和该电子控制器连接，其中，该航空发动机硬件在回路试验系统还包括:ARINC总线板卡和以太网板卡，该故障注入装置通过该ARINC总线板卡与该实时仿真装置连接，并通过该以太网板卡与该实时仿真装置连接。
[0011]在一实例中，该故障注入装置包括用于收发ARINC总线信号的第一 ARINC总线收发器；该实时仿真装置包括用于收发ARINC总线信号的第二 ARINC总线收发器，该ARINC总线板卡分别与该故障注入装置的该第一 ARINC总线收发器和该实时仿真装置的该第二ARINC总线收发器连接。
[0012]在一实例中，该故障注入装置包括用于收发以太网信号的第一以太网收发器；该实时仿真装置包括用于收发以太网信号的第二以太网收发器，该以太网板卡分别与该故障注入装置的该第一以太网收发器和该实时仿真装置的该第二以太网收发器连接。
[0013]在一实例中，该信号调理和采集装置耦接至该实时仿真装置进一步包括:该信号调理和采集装置与该实时仿真装置之间通过总线连接。
[0014]在一实例中，该信号调理和采集装置包括信号调理装置和信号采集装置，该信号调理装置包括第一总线数字信号接收器和第一总线数字信号发射器；该实时仿真装置包括第二总线数字信号发射器和第二总线数字信号接收器；该信号调理装置的该第一总线数字信号接收器通过总线与该实时仿真装置的该第二总线数字信号发射器连接，以及该信号采集装置的该第一总线数字信号发射器通过总线与该实时仿真装置的该第二总线数字信号接收器连接。
[0015]在一实例中，该第一总线数字信号发射器包括用于将模拟信号转换成数字信号的模数转换器。
[0016]在一实例中，该信号调理装置包括用于将数字信号转换成模拟信号的数模转换器。
[0017]在一实例中，该信号调理包括各自具有数模转换器的温度信号调理装置、压力信号调理装置、频率信号调理装置中的至少一者。
[0018]在一实例中，该信号调理装置包括开关量输入信号调理装置、开关量输出信号采集装置中的至少一者。
[0019]在一实例中，该实时仿真装置通过该ARINC总线板卡向该故障注入装置发出发动机操纵目标信号，并通过该以太网板卡向该故障注入装置发出故障注入指令，该故障注入装置根据该故障注入指令对该发动机操纵目标信号执行故障注入。
[0020]在一实例中，该实时仿真装置根据测试用例和试验脚本实时发出该发动机操纵目标信号和该故障注入指令。
[0021 ] 在一实例中，该电子控制器与该故障注入装置还通过总线连接。
[0022]在一实例中，该实时仿真装置通过该ARINC总线板卡从该电子控制器获得由该电子控制器算出的控制信号，基于该控制信号与自身采集的感测信号执行信号同步，并在该信号同步后根据测试用例和试验脚本发出该发动机操纵目标信号和该故障注入指令。
[0023]在一实例中，该控制信号包括位移控制信号，该感测信号包括位移感测信号。
[0024]在一实例中，该控制信号还包括转速控制信号，该感测信号包括转速频率感测信号。
[0025]通过本实用新型的一方面，通过由ARINC总线板卡和以太网板卡促成的实时仿真装置与故障注入装置之间的ARINC总线通信和以太网通信，为实时仿真装置根据测试用例和试验脚本进行多种发动机控制系统的组合系统故障试验的自动实现提供了基础。
[0026]通过本实用新型的另一方面，实时仿真装置与信号调理和采集装置之间的内部总线配置可以大幅度的提高信号传输的速率，大量地减少系统信号的电缆，从而提高试验平台的可靠性。而且，可方便、快捷地适用于多种型号的发动机控制系统的不同电缆航插及其针脚，而无需对试验系统的连接电缆进行手动接线调整，从而大幅度提高了型号试验的进度。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本实用新型的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。
[0028]图1是示出了传统航空发动机硬件在回路试验系统的伺服控制回路的框图；
[0029]图2是示出了根据本实用新型的一方面航空发动机硬件在回路试验系统的框图；
[0030]图3是示出了根据本实用新型的一实施例的航空发动机硬件在回路试验系统的伺服控制回路的框图；
[0031]图4是示出了传统航空发动机硬件在回路试验系统用于转速控制的框图；以及
[0032]图5是示出了根据本实用新型的一实施例的航空发动机硬件在回路试验系统用于转速控制的框图。
【具体实施方式】
[0033]以下结合附图和具体实施例对本实用新型作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本实用新型的保护范围进行任何限制。
[0034]图2是示出了根据本实用新型的一方面航空发动机硬件在回路试验系统200的框图。系统200可包括用于仿真发动机行为的实时仿真装置210。实时仿真装置210可以是运行实时操作系统和支持MATLAB/SMULINK的仿真环境的高性能工业计算机。
[0035]实时仿真装置210接收电子控制器240传来的控制信号，实时运行各种模型，诸如航空发动机及飞机数字模型、位移模型、温度模型、压力模型、频率模型、开关量模型、电流模型、网络通讯输入输出模型等，计算出发动机和飞机的各个传感器的感测信号，并将这些感测信号通过信号调理和采集装置220传送给电子控制器240以作为其进一步生成控制信号的依据。如本领域的技术人员容易理解的，这些实时仿真装置210所运行的这些各类仿真模型是本领域所公知的。另外，如本领域技术人员容易理解的，电子控制器240为民用航空发动机硬件在回路试验的试验对象。电子控制器240可以完成航空发动机燃油控制、健康管理、起动与点火功能。
[0036]具体地，信号调理和采集装置220可包括信号调理装置220a和信号采集装置220b。信号调理装置220可对从实时仿真装置210发往电子控制器240的感测信号进行适当的调理，例如信号放大等。信号调理装置220a可包括执行位移感测信号调理的位移信号调理装置223，执行温度感测信号调理的温度信号调理装置224、执行压力感测信号调理的压力信号调理装置225和执行开关量输入信号调理的开关量输入信号调理装置227。
[0037]信号采集装置220b可对从电子控制器240发往实时仿真装置210的信号进行采集。信号采集装置220b可包括执行电流信号采集的电流信号采集装置228、和执行开关量输出信号采集的开关量输出信号采集装置229。
[0038]为了在测试中对实时仿真装置210与电子控制器240之间传递的信号中诸如测试用的各类故障，在信号调理和采集装置220与电子控制器240之间设有故障注入装置230用于执行故障注入功能。故障注入装置230可分别通过硬接线(例如，电缆)与电子控制器240和信号调理和采集装置220连接。
[0039]系统200还包括发动机操纵器件201、远程工作站202、人机交互与发动机运行及参数显示设备203、电源分配与控制装置204以及机载电源模拟装置205。
[0040]发动机操纵器件201可由仿真的油门台、发动机控制开关组成，模拟完成发动机的油门及状态控制功能。
[0041]远程工作站202可由工作站终端、显示器以及配套网线组成，并负责运行试验管理与控制软件。根据试验任务书和试验大纲的内容，试验管理软件可以完成发动机控制系统在DOORS平台中的需求，到硬件在回路试验需求的映射，建立试验的测试项例，并自动生成试验的批处理的测试脚本。
[0042]人机交互与发动机运行及参数显示设备203可由工作站终端、显示器以及配套网线组成，完成发动机运行参数及曲线显示的控制，人工设定发动机参数功能，并完成发动机控制系统实时运行参数及曲线显示，以及数据回放的显示功能。
[0043]电源分配与控制装置204可完成系统设备上电及检测、机载电源模拟的控制功能。机载电源模拟装置205可模拟电子控制器240的电源。
[0044]根据本实用新型的一方面，信号调理和采集装置220与实时仿真装置210之间通过总线连接。具体地，如图2所示，信号调理装置220a可包括总线数字信号接收器221，以及信号采集装置220b可包括总线数字信号发射器222。相应地，实时仿真装置210可包括总线数字信号发射器211和总线数字信号接收器212。信号调理装置220a的总线数字信号接收器221可通过总线与实时仿真装置210的总线数字信号发射器211连接。信号采集装置220b的总线数字信号发射器222可通过总线与实时仿真装置210的总线数字信号接收器212连接。
[0045]以此方式，实时仿真装置210与实时仿真装置210之间可通过内部总线来收发总线数字信号，而非通过硬接线来收发模拟信号。
[0046]由于信号采集装置220b通过信号采集得到的信号是实际物理信号，即模拟信号，因此，总线数字信号发射器222可包括用于将模拟信号转换成数字信号的模数转换器(未示出)。类似地，由于信号调理装置220a需要向故障注入装置230进而向电子控制器240传送的是实际物理信号，即模拟信号，因此，信号调理装置220a可包括用于将数字信号转换成模拟信号的数模转换器(未示出)。在一实例中，位移信号调理装置223、温度信号调理装置224、压力信号调理装置225和开关量输入信号调理装置227可各自包括数模转换器。
[0047]注意，虽然图2中示出信号调理装置220a所包括的位移信号调理装置223、温度信号调理装置224、压力信号调理装置225和开关量输入信号调理装置227共用一个总线数字信号接收器221，但是，如本领域技术人员容易理解的，这些调理装置也可分别具有各自的总线数字信号接收器221。类似地，电流信号采集装置228和开关量输出信号采集装置229也可配置为分别具有各自的总线数字信号发射器222。
[0048]相比于传统的实时仿真装置与信号调理和采集装置之间通过硬接线传送模拟信号的方式，本实用新型的实时仿真装置210与信号调理和采集装置220之间的内部总线配置可以大幅度的提高信号传输的速率，大量地减少系统信号的电缆，从而提高试验平台的可靠性。另一方面，可方便、快捷地适用于多种型号的发动机控制系统的不同电缆航插及其针脚，而无需对试验系统的连接电缆进行手动接线调整，从而大幅度提高了型号试验的进度。
[0049]根据本实用新型的另一方面，系统200还可包括ARINC总线板卡250和以太网板卡260。故障注入装置230可通过ARINC总线板卡250和以太网板卡260与实时仿真装置210连接。在此配置中，电子控制器240还可与故障注入装置230通过总线进行连接，如双向箭头的连接线所示。
[0050]具体地，故障注入装置230可包括ARINC总线收发器231，相应地，实时仿真装置210可包括ARINC总线收发器213。ARINC总线板卡250可分别与故障注入装置230的ARINC总线收发器231和实时仿真装置210的ARINC总线收发器213连接。
[0051]故障注入装置230还可包括以太网收发器232，相应地，实时仿真装置210还可包括以太网收发器214。以太网板卡260可分别与故障注入装置230的以太网收发器232和实时仿真装置210的以太网收发器214连接。
[0052]以此方式，可在实时仿真装置210与故障注入装置之间实时地传送ARINC总线信号和以太网信号。较优地，实时仿真装置210可通过ARINC总线板卡250向故障注入装置230发出发动机操纵目标信号，并通过以太网板卡260向故障注入装置230发出故障注入指令。故障注入装置230由此可根据故障注入指令对发动机操纵目标信号执行故障注入。
[0053]相比于传统的故障注入，在本实用新型中通过由ARINC总线板卡250和以太网板卡260促成的实时仿真装置210与故障注入装置230之间的ARINC总线通信和以太网通信，为实时仿真装置根据测试用例和试验脚本进行多种发动机控制系统的组合系统故障试验的自动实现提供了基础。此优点在下文结合具体实施例进行详细描述。
[0054]图3是示出了根据本实用新型的一实施例的航空发动机硬件在回路试验系统300的伺服控制回路的框图。如本领域技术人员理解的图3的系统300被用于示出伺服控制，因此，系统300的一些部件未在图3中被全部示出。
[0055]图3中，电流信号采集装置328可包括总线数字信号发射器322，相应地，实时仿真装置310可包括总线数字信号接收器312。电流信号采集装置328的总线数字信号发射器322可通过总线与实时仿真装置310的总线数字信号接收器312连接。位移信号调理装置323可包括总线数字信号接收器321，相应地，实时仿真装置310可包括总线数字信号发射器311。位移信号调理装置323的总线数字信号接收器321可通过总线与实时仿真装置310的总线数字信号发射器311连接。总线数字信号发射器322可包括用于将模拟信号转换成数字信号的模数转换器(未示出)。位移信号调理装置323可包括用于将数字信号转换成模拟信号的数模转换器(未示出)。
[0056]另一方面，故障注入装置330可包括以太网收发器332和ARINC总线收发器331，相应地，实时仿真装置310可包括以太网收发器314和ARINC总线收发器313。以太网板卡360可分别通过以太网线与故障注入装置330的以太网收发器332和实时仿真装置310的以太网收发器314连接。ARINC总线板卡350可分别通过ARINC总线与故障注入装置330的ARINC总线收发器331和实时仿真装置310的ARINC总线收发器313连接。电子控制器340还可通过总线与故障注入装置330连接以进行总线连接，如图3所示的电子控制器340与故障注入装置330之间的双向箭头连接线所示。
[0057]电子控制器340发出的多路伺服电流信号，通过电流信号采集装置328进行信号采集，并通过其总线数字信号发射器322的模数转换器将模拟信号转换为数字信号后，通过内部总线实时的发送给实时仿真装置310进行运算。实时仿真装置310通过其总线数字信号接收器310接收伺服电流的数字信号。在实时解算出多路位移控制信号后，由其总线数字信号发射器311将解算出的多路位移控制信号的数字信号，通过内部总线实时地依次传送给位移信号调理装置323的总线数字信号接收器321，位移信号调理装置323在接收到位移控制数字信号后转换成控制位移的位移控制模拟信号，通过硬接线(例如，信号电缆)反馈给电子控制器340，从而形成一个伺服闭环控制回路。
[0058]相对于传统的试验系统架构，本实用新型的系统采用了内部总线的连接方式，把实时仿真装置310解算的反动机控制系统为数众多的伺服控制位移感测信号，通过内部总线发送给位移信号调理装置323 ;同时，把电流信号采集装置328发出的多达数十路的伺服控制电流的数字量，通过内部总线发送给实时仿真装置310。而且，将油门台301发出的油门杆、燃油开关等发动机操纵目标信号，借助ARINC总线板卡350通过ARINC总线发送给电子控制器340。对于系统信号众多的发动机控制系统而言，可以节省大量的电缆连接的线束，减少了出现电缆松动等情况的几率，提高了试验平台的可靠性。
[0059]本实用新型的系统的另一优势在于，由于不同型号的发动机控制系统所采用的信号电缆的航插和对应的针脚都是不一样的。如图3所示，若需适用于另一型号的发动机控制系统，只需按照这一型号发动机控制系统的接口控制文件(ICD)调整内部总线以及ARINC总线发送或接收信号的先后顺序，即可方便、快捷地适用于另一型号的发动机控制系统，而无需对试验平台的连接电缆进行手动接线调整，从而大幅度提高了型号试验的进度。
[0060]在该实施例中，可在实时仿真装置310与故障注入装置340之间实时地传送ARINC总线信号和以太网信号。较优地，实时仿真装置310可通过ARINC总线板卡350向故障注入装置230发出各种发动机操纵目标信号，并通过以太网板卡360向故障注入装置330发出故障注入指令。故障注入装置330由此可根据故障注入指令对发动机操纵目标信号执行故障注入。在图3所示的实例中，故障注入装置330可包括信号综合器333，以用于综合故障注入指令和发动机操纵目标信号，进行故障注入。在一实例中，实时仿真装置310可根据例如来自远程工作站302的测试用例和试验脚本来实时地发出发动机操纵目标信号和故障注入指令。
[0061]较优地，通过系统300的架构，实时仿真装置310可通过ARINC总线板卡350从电子控制器340获得由电子控制器340算出的控制信号，从而可基于该控制信号与自身采集的感测信号执行信号同步，并在该信号同步后根据测试用例和试验脚本发出发动机操纵目标信号和所述故障注入指令。
[0062]相比于传统的故障注入，在本实用新型中通过由ARINC总线板卡350和以太网板卡360促成的实时仿真装置310与故障注入装置330之间的ARINC总线通信和以太网通信，为实时仿真装置根据测试用例和试验脚本进行多种发动机控制系统的组合系统故障试验的自动实现提供了基础。
[0063]例如，基于图3的系统300，实时仿真装置310可根据远程工作站302发出的测试用例和试验脚本,按照测试用例规定的时序,通过ARINC总线实时地发出油门台控制目标信号、位移目标信号；并在测试用例规定的时刻，通过以太网发出对油门杆信号、位移目标信号的故障注入指令，并由故障注入装置340实现多路不同信号故障在各自规定的时刻发生，从而实现组合故障的注入，完成传统试验平台较难完成的组合故障系统试验。
[0064]以一种典型的发动机燃油控制系统伺服回路故障测试为例，该故障测试要求:当位移传感器采集的位移感测信号，与电子控制器340内实时计算的位移控制信号之间超过规定的阈值，并持续特定的时间，即可切断电流采集的信号。
[0065]传统的试验平台，就很难保证位移传感器采集的位移感测信号，与电子控制器340内实时计算的位移控制信号之间在系统运行时间上的同步，从而较难实现这类控制回路组合故障，也难准确地测试出组合故障持续的时间。采用图3的系统300，实时仿真装置310不仅可以实时的采集位移传感器的位移感测信号，而且可以通过ARINC总线实时获取电子控制器340内实时计算的位移控制信号，从而可以使这两个信号以实时仿真装置的实时时钟为标准进行信号传输，即信号同步。在此基础之上，实时仿真装置310再根据远程工作站302发出的测试用例和试验脚本，按照测试用例规定的时序，实时地发出油门台控制信号、位移目标信号；并在测试用例规定的时刻，通过以太网发出由测试用例指定的针对位移目标信号的故障注入指令，并由故障注入装置330实现指定位移目标信号故障在规定的时刻发生，从而实现组合故障的注入，以达到试验的目的。
[0066]图4是示出了传统航空发动机硬件在回路试验系统用于转速控制的框图。在该传统试验系统架构中，电子控制器根据转速指令(即，操纵目标信号)与接收到的转速频率感测信号，计算出伺服电流信号(即，控制信号)来控制输出燃油流量，以达到指定的转速，从而形成一个闭环控制回路，其缺点同图2所示的传统试验系统架构。
[0067]图5是示出了根据本实用新型的一实施例的航空发动机硬件在回路试验系统500用于转速控制的框图。如本领域技术人员理解的图5的系统500被用于示出转速控制，因此，系统500的一些部件未在图5中被全部示出。
[0068]图5中，电流信号采集装置528可包括总线数字信号发射器522，相应地，实时仿真装置510可包括总线数字信号接收器512。电流信号采集装置528的总线数字信号发射器522可通过总线与实时仿真装置510的总线数字信号接收器512连接。位移信号调理装置523可包括总线数字信号接收器521a，相应地，实时仿真装置510可包括总线数字信号发射器511a。位移信号调理装置523的总线数字信号接收器521a可通过总线与实时仿真装置510的总线数字信号发射器511a连接。转速频率信号调理装置526可包括总线数字信号接收器521b，相应地，实时仿真装置510可包括总线数字信号发射器511b。转速频率信号调理装置526的总线数字信号接收器521b可通过总线与实时仿真装置510的总线数字信号发射器511b连接。总线数字信号发射器522可包括用于将模拟信号转换成数字信号的模数转换器(未示出)。位移信号调理装置523和转速频率信号调理装置526可各自包括用于将数字信号转换成模拟信号的数模转换器(未示出)。
[0069]另一方面，故障注入装置530可包括以太网收发器532和ARINC总线收发器531，相应地，实时仿真装置510可包括以太网收发器514和ARINC总线收发器513。以太网板卡560可分别通过以太网线与故障注入装置530的以太网收发器532和实时仿真装置510的以太网收发器514连接。ARINC总线板卡550可分别通过ARINC总线与故障注入装置530的ARINC总线收发器531和实时仿真装置510的ARINC总线收发器513连接。电子控制器540还可通过总线与故障注入装置530连接以进行总线连接，如图5所示的电子控制器540与故障注入装置530之间的双向箭头连接线所示。
[0070]实时仿真装置510综合来自远程工作站502、油门台501发出的油门杆、燃油开关等控制目标信号，通过ARINC总线板卡560发送给故障注入装置530的ARINC总线收发器531。同时，故障注入装置530的以太网收发器532接收来自实时仿真装置510的故障控制指令。故障注入装置530，在一实例中为其中的信号综合器533，将其ARINC总线收发器531、以太网收发器532的信息进行综合，实现在特定的时序注入油门杆、燃油开关等控制信号及其故障信号，并发送给电子控制器540。电子控制器540根据ARINC总线板卡550发送来的转速指令，与转速频率信号调理装置526发送来的转速频率感测信号，计算出伺服电流信号，并通过电流信号采集装置528，发送到实时仿真装置510来控制输出燃油流量，以达到由ARINC总线发送来的指定转速，从而形成一个转速闭环控制回路。
[0071]相对于传统的试验系统架构，本实用新型的系统采用了内部总线的连接方式，把实时仿真装置510解算的反动机控制系统为数众多的伺服控制位移感测信号、转速频率感测信号，通过内部总线发送给位移信号调理装置523和转速频率信号调理装置526。同时，把电流信号采集装置528发出的多达数十路的伺服控制电流的数字量，通过内部总线发送给实时仿真装置510。而且，将油门台501发出的油门杆、燃油开关等发动机操纵目标信号，借助ARINC总线板卡550通过ARINC总线发送给电子控制器540。对于系统信号众多的发动机控制系统而言，可以节省大量的电缆连接的线束，减少了出现电缆松动等情况的几率，提高了试验平台的可靠性。
[0072]本实用新型的系统的另一优势在于，由于不同型号的发动机控制系统所采用的信号电缆的航插和对应的针脚都是不一样的。如图5所示，若需适用于另一型号的发动机控制系统，只需按照这一型号发动机控制系统的接口控制文件(ICD)调整内部总线以及ARINC总线发送或接收信号的先后顺序，即可方便、快捷地适用于另一型号的发动机控制系统，而无需对试验平台的连接电缆进行手动接线调整，从而大幅度提高了型号试验的进度。
[0073]在该实施例中，可在实时仿真装置510与故障注入装置540之间实时地传送ARINC总线信号和以太网信号。较优地，实时仿真装置510可通过ARINC总线板卡550向故障注入装置230发出各种发动机操纵目标信号，并通过以太网板卡560向故障注入装置530发出故障注入指令。故障注入装置530由此可根据故障注入指令对发动机操纵目标信号执行故障注入。在图5所示的实例中，故障注入装置530可包括信号综合器533，以用于综合故障注入指令和发动机操纵目标信号，进行故障注入。在一实例中，实时仿真装置510可根据例如来自远程工作站502的测试用例和试验脚本来实时地发出发动机操纵目标信号和故障注入指令。
[0074]较优地，通过系统500的架构，实时仿真装置510可通过ARINC总线板卡550从电子控制器540获得由电子控制器540算出的控制信号，从而可基于该控制信号与自身采集的感测信号执行信号同步，并在该信号同步后根据测试用例和试验脚本发出发动机操纵目标信号和所述故障注入指令。
[0075]相比于传统的故障注入，在本实用新型中通过由ARINC总线板卡550和以太网板卡560促成的实时仿真装置510与故障注入装置530之间的ARINC总线通信和以太网通信，为实时仿真装置根据测试用例和试验脚本进行多种发动机控制系统的组合系统故障试验的自动实现提供了基础。
[0076]例如，基于图5的系统500，实时仿真装置510可根据远程工作站502发出的测试用例和试验脚本,按照测试用例规定的时序,通过ARINC总线实时地发出油门台控制目标信号、位移目标信号、转速频率目标信号；并在测试用例规定的时刻，通过以太网发出对油门杆信号、位移目标信号、转速频率目标信号的故障注入指令，并由故障注入装置540实现多路不同信号故障在各自规定的时刻发生，从而实现组合故障的注入，完成传统试验平台较难完成的组合故障系统试验。
[0077]以一种典型的发动机启动控制系统故障测试为例，该故障测试要求:根据发动机起动不同转速的三个阶段，依次注入不同数值的转速偏差故障。传统的试验平台，较难实现转速目标信号与故障注入信号在同一标准时间内的完全同步。
[0078]采用图5的系统500，实时仿真装置510不仅可以实时地采集位移传感器的位移感测信号和转速传感器转的速频率感测信号，而且可以通过ARINC总线实时获取电子控制器540内实时计算的位移控制信号和转速控制信号，从而可以使这两对信号以实时仿真装置的实时时钟为标准进行信号传输，即信号同步。在此基础之上，实时仿真装置510再根据远程工作站502发出的测试用例和试验脚本，按照测试用例规定的时序，实时地发出油门台控制信号、位移目标信号、转速目标信号；并在测试用例规定的时刻，通过以太网发出由测试用例指定的针对转速目标信号的故障注入指令，并由故障注入装置530实现指定转速目标信号故障在规定的时刻发生，从而实现转速偏差故障的注入，以达到试验的目的。
[0079]通过本实用新型的一方面，通过由ARINC总线板卡和以太网板卡促成的实时仿真装置与故障注入装置之间的ARINC总线通信和以太网通信，为实时仿真装置根据测试用例和试验脚本进行多种发动机控制系统的组合系统故障试验的自动实现提供了基础。
[0080]通过本实用新型的另一方面，实时仿真装置与信号调理和采集装置之间的内部总线配置可以大幅度的提高信号传输的速率，大量地减少系统信号的电缆，从而提高试验平台的可靠性。而且，可方便、快捷地适用于多种型号的发动机控制系统的不同电缆航插及其针脚，而无需对试验系统的连接电缆进行手动接线调整，从而大幅度提高了型号试验的进度。
[0081]提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。
【权利要求】
1.一种航空发动机硬件在回路试验系统，包括: 用于执行发动机控制的电子控制器，用于仿真发动机行为的实时仿真装置，用于执行信号的调理和采集的信号调理和采集装置，以及用于执行故障注入的故障注入装置，所述信号调理和采集装置耦接至所述实时仿真装置，所述故障注入装置分别通过硬接线与所述信号调理和采集装置、和所述电子控制器连接， 其特征在于，所述航空发动机硬件在回路试验系统还包括: ARINC总线板卡和以太网板卡，所述故障注入装置通过所述ARINC总线板卡与所述实时仿真装置连接，并通过所述以太网板卡与所述实时仿真装置连接。
2.如权利要求1所述的航空发动机硬件在回路试验系统，其特征在于， 所述故障注入装置包括用于收发ARINC总线信号的第一 ARINC总线收发器； 所述实时仿真装置包括用于收发ARINC总线信号的第二 ARINC总线收发器， 所述ARINC总线板卡分别与所述故障注入装置的所述第一 ARINC总线收发器和所述实时仿真装置的所述第二 ARINC总线收发器连接。
3.如权利要求1所述的航空发动机硬件在回路试验系统，其特征在于， 所述故障注入装置包括用于收发以太网信号的第一以太网收发器； 所述实时仿真装置包括用于收发以太网信号的第二以太网收发器， 所述以太网板卡分别与所述故障注入装置的所述第一以太网收发器和所述实时仿真装置的所述第二以太网收发器连接。
4.如权利要求1所述的航空发动机硬件在回路试验系统，其特征在于，所述信号调理和采集装置耦接至所述实时仿真装置进一步包括: 所述信号调理和采集装置与所述实时仿真装置之间通过总线连接。
5.如权利要求4所述的航空发动机硬件在回路试验系统，其特征在于， 所述信号调理和采集装置包括信号调理装置和信号采集装置，所述信号调理装置包括第一总线数字信号接收器和第一总线数字信号发射器； 所述实时仿真装置包括第二总线数字信号发射器和第二总线数字信号接收器； 所述信号调理装置的所述第一总线数字信号接收器通过总线与所述实时仿真装置的所述第二总线数字信号发射器连接，以及所述信号采集装置的所述第一总线数字信号发射器通过总线与所述实时仿真装置的所述第二总线数字信号接收器连接。
6.如权利要求5所述的航空发动机硬件在回路试验系统，其特征在于， 所述第一总线数字信号发射器包括用于将模拟信号转换成数字信号的模数转换器。
7.如权利要求5所述的航空发动机硬件在回路试验系统，其特征在于，所述信号调理装置包括用于将数字信号转换成模拟信号的数模转换器。
8.如权利要求7所述的航空发动机硬件在回路试验系统，其特征在于，所述信号调理包括各自具有数模转换器的温度信号调理装置、压力信号调理装置、频率信号调理装置中的至少一者。
9.如权利要求5所述的航空发动机硬件在回路试验系统，其特征在于，所述信号调理装置包括开关量输入信号调理装置、开关量输出信号采集装置中的至少一者。
10.如权利要求1所述的航空发动机硬件在回路试验系统，其特征在于，所述实时仿真装置通过所述ARINC总线板卡向所述故障注入装置发出发动机操纵目标信号，并通过所述以太网板卡向所述故障注入装置发出故障注入指令，所述故障注入装置根据所述故障注入指令对所述发动机操纵目标信号执行故障注入。
11.如权利要求10所述的航空发动机硬件在回路试验系统，其特征在于，所述实时仿真装置根据测试用例和试验脚本实时发出所述发动机操纵目标信号和所述故障注入指令。
12.如权利要求10所述的航空发动机硬件在回路试验系统，其特征在于，所述电子控制器与所述故障注入装置还通过总线连接。
13.如权利要求12所述的航空发动机硬件在回路试验系统，其特征在于，所述实时仿真装置通过所述ARINC总线板卡从所述电子控制器获得由所述电子控制器算出的控制信号，基于所述控制信号与自身采集的感测信号执行信号同步，并在所述信号同步后根据测试用例和试验脚本发出所述发动机操纵目标信号和所述故障注入指令。
14.如权利要求13所述的航空发动机硬件在回路试验系统，其特征在于，所述控制信号包括位移控制信号，所述感测信号包括位移感测信号。
15.如权利要求14所述的航空发动机硬件在回路试验系统，其特征在于，所述控制信号还包括转速控制信号，所述感测信号包括转速频率感测信号。
【文档编号】G05B23/02GK204028691SQ201420352736
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年6月27日 优先权日:2014年6月27日
【发明者】尹超, 殷锴, 陶金伟, 赵奇 申请人:中航商用航空发动机有限责任公司