半物理仿真快速构型系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及航空发动机的控制系统试验技术，尤其涉及一种用于控制系统试验的半物理仿真快速构型系统。
【背景技术】
[0002]现代主流商用航空发动机均采用FADEC(Full Authority Digital ElectronicsControl全权限数字电子控制)系统，即通过电子控制器在飞机全包线内全权限地完成发动机本体的控制功能和与飞机协同工作的任务。
[0003]发动机控制系统主要由电子控制器、发动机监视装置、燃油部件、作动部件、FADEC交流发电机、传感器以及电缆等组成，同时具有高可靠性和高安全性的复杂控制系统。
[0004]国内外航空发动机的控制系统试验，大多采用半物理仿真系统对控制系统单个组件及组件之间的稳健性、容错性、符合性进行迭代测试，直至满足相关的所有要求。
[0005]功能完善的半物理仿真试验系统能大幅降低发动机地面试车、高空试车、飞行试验等的工作量，显著地减少发动机整机的研发周期。
[0006]目前航空发动机的半物理仿真试验系统在试验任务调度和框架配置方面普遍存在无序缺陷。各种试验测试科目的半物理仿真试验物理构架的配置孤立，相互之间缺乏转换和关联，在半物理仿真试验系统实现的完整性、继承性、系列化、容错和可维护升级方面均存在较大提升空间。
[0007]特别地，由于设计条件、应用背景(不同发动机类型，如涡扇、涡喷、涡桨等)及试验要求(功能测试、性能测试、故障容错测试等)不尽相同，本领域还缺乏一套统一的半物理仿真试验的快速构型系统。
【发明内容】
[0008]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。
[0009]根据本发明的一方面，提供了一种半物理仿真快速构型系统，包括:实时仿真单元，用于执行航空发动机的实时仿真；半实物模拟单元，用于执行航空发动机的半实物模拟；故障注入单元，用于执行故障注入，该故障注入单元耦接至该半实物模拟单元；被测硬件对象装置和被测硬件仿真装置，该故障注入单元通过第一开关可切换地耦接至该被测硬件对象装置或该被测硬件仿真装置；信号调理单元，用于生成可供该被测对象硬件装置和该被测对象仿真装置采集的物理信号，该信号调理单元耦接至该故障注入单元；以及综合监控平台，该综合监控平台通过第二开关可切换地耦接至该半实物模拟单元或该信号调理单元或者同时耦接至这两者，以及该综合监控平台可通信地耦合至该实时仿真单元、该被测对象硬件装置、该被测对象仿真装置和该故障注入单元，其中该综合监控平台基于半物理仿真的试验模式控制该第一开关和该第二开关的状态。
[0010]在一实例中，该系统还包括:管理平台，用于基于半物理仿真的试验模式生成配置信息，其中，该综合监控平台基于半物理仿真的试验模式控制该第一开关和该第二开关的状态具体包括:该综合监控平台基于接收自该管理平台的该配置信息来控制该第一开关和该第二开关的状态。
[0011]在一实例中，该系统还包括:调试单元，该调试单元耦接至该被测对象硬件装置、该被测对象仿真装置和该半实物模拟单元，用于提供调试信号以执行调试和实时监测。
[0012]在一实例中，在该半物理仿真的试验模式为系统闭环验证模式时，该综合监控平台控制该第一开关和该第二开关的状态以使得该综合监控平台同时耦接至该半实物模拟单元和该信号调理单元，以及该故障注入单元耦接至该被测对象硬件装置。
[0013]在一实例中，该被测对象硬件装置根据按需注入故障的热力学状态物理信号和执行机构位置物理信号生成控制指令，该控制指令通过该故障注入单元按需执行故障注入、再经由该信号调理单元以及该综合监控平台被反馈给该实时仿真单元以供其改变模型状
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[0014]在一实例中，在该半物理仿真的试验模式为仿真系统闭环验证模式时，该综合监控平台控制该第一开关和该第二开关的状态以使得该综合监控平台同时耦接至该半实物模拟单元和该信号调理单元，以及该故障注入单元耦接至该被测对象仿真装置。
[0015]在一实例中，该被测对象仿真装置根据按需注入故障的热力学状态物理信号和执行机构位置物理信号生成控制指令，该控制指令通过该故障注入单元按需执行故障注入、再经由该信号调理单元以及该综合监控平台被反馈给该实时仿真单元以供其改变模型状
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[0016]在一实例中，该综合监控平台将接收自该实时仿真单元的热力学状态参数信号转发至该信号调理单元以及动力学状态参数信号转发至该半实物模拟单元，该信号调理单元执行信号调理以向该故障注入单元输入可供该被测对象硬件装置采集的该热力学状态物理信号，以及该半实物模拟单元执行半实物模拟以向该故障注入单元输入该执行机构位置物理信号，该故障注入单元在该热力学状态物理信号和该执行机构位置物理信号中按需注入试验所需的故障。
[0017]在一实例中，在该半物理仿真的试验模式为模拟软硬件输入信号开环测试模式或软硬件闭环验证模式时，该综合监控平台控制该第一开关和该第二开关的状态以使得该综合监控平台耦接至该信号调理单元，以及该故障注入单元耦接至该被测对象硬件装置。
[0018]在一实例中，在该模拟软硬件输入信号开环测试模式下，该被测对象硬件装置对来自该故障注入单元的按需注入故障的物理信号进行采集，并将采集到的信号传送至该综合监控单元以与该综合监控单元发送的状态参数信号进行一致性比较。
[0019]在一实例中，在该软硬件闭环验证模式下，该被测对象硬件装置根据按需注入故障的物理信号生成控制指令，该控制指令通过该故障注入单元、该信号调理单元以及该综合监控平台被反馈给该实时仿真单元以供其改变模型状态。
[0020]在一实例中，该综合监控平台将接收自该实时仿真单元的状态参数信号转发至该信号调理单元，该信号调理单元执行信号调理以向该故障注入单元输入可供该被测对象硬件装置采集的该物理信号，该故障注入单元在该物理信号中按需注入试验所需的故障。
[0021]在一实例中，该状态参数信号包括热力学状态参数信号和动力学状态参数信号，该物理信号包括热力学状态物理信号和动力学状态物理信号。
[0022]在一实例中，在该半物理仿真的试验模式为真实软硬件输入信号开环测试模式时，该综合监控平台控制该第一开关和该第二开关的状态以使得该综合监控平台耦接至该半实物模拟单元，以及该故障注入单元耦接至该被测对象硬件装置。
[0023]在一实例中，该被测对象硬件装置对来自该故障注入单元的按需注入故障的执行机构位置物理信号进行采集，并将采集到的信号传送至该综合监控平台以与该综合监控平台发送的状态参数信号进行一致性比较。
[0024]在一实例中，该综合监控平台将接收自该实时仿真单元的动力学状态参数信号转发至该半实物模拟单元，该半实物模拟单元执行半实物模拟以向该故障注入单元输入该执行机构位置物理信号，该故障注入单元在该执行机构位置物理信号中按需注入试验所需的故障。
[0025]在一实例中，该被测对象仿真装置是发动机电子控制单元，以及该被测对象仿真装置是模拟该发动机电子控制单元的行为的仿真装置。
[0026]在一实例中，该耦接是以硬接线的方式实现，以及该通信地耦合是以EtherCat总线的方式实现。
【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，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。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是根据本发明的一方面的半物理仿真快速构型系统的框架图；
[0029]图2是根据本发明的一方面的用于系统闭环验证模式的半物理仿真快速构型系统的架构；
[0030]图3是根据本发明的一方面的用于仿真系统闭环验证模式的半物理仿真快速构型系统的架构；
[0031]图4是根据本发明的一方面的用于模拟软硬件输入信号开环测试模式和软硬件闭环验证模式的半物理仿真快速构型系统的架构；以及
[0032]图5是根据本发明的一方面的用于真实软硬件输入信号开环测试模式的半物理仿真快速构型系统的架构。
【具体实施方式】
[0033]以下结合附图和具体实施例对本发明作详细描述。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发明的保护范围进行任何限制。
[0034]图1是根据本发明的一方面的半物理仿真快速构型系统100的框架图。如图1所示，该半物理仿真快速构型系统100可包括实时仿真单元101以用于执行航空发动机的实时仿真。实时仿真单元101可以是运行软件模型的系统，例如发动机本体模型、发动机燃油系统模型、飞机模型等等。实时仿真单元101运行的软件模型可接收指令和外部环境条件输入进行仿真计算，由此改变模型状态，从而输出相应的状态参数信号。
[0035]除实时仿真单元101外，该半物理仿真快速构型系统100还可包括半