摘要：針對(duì)飛機(jī)在地面的快速反應(yīng)，安全升空和著陸能力，以及飛機(jī)剎車系統(tǒng)的性能等問(wèn)題，將半實(shí)物仿真測(cè)試技術(shù)應(yīng)用到飛機(jī)剎車系統(tǒng)中。建立實(shí)物與模型之間的關(guān)系，以LabWindows／CVI 2009為仿真開(kāi)發(fā)平臺(tái)，提出以實(shí)物代替模型引入仿真回路，與所建模型形成完整的飛機(jī)剎車半實(shí)物仿真系統(tǒng)的方法。結(jié)果表明：該測(cè)試系統(tǒng)與實(shí)物仿真相比投資少，效率高，同時(shí)又比傳統(tǒng)數(shù)字仿真更接近實(shí)際，是理想的測(cè)試手段，為飛機(jī)剎車系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究提供了真實(shí)有效的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
關(guān)鍵詞：剎車控制系統(tǒng)；LabWindows／CVI；仿真；測(cè)試系統(tǒng)

    剎車系統(tǒng)是飛機(jī)著陸滑跑的關(guān)鍵系統(tǒng)，承受飛機(jī)的靜態(tài)重量和動(dòng)態(tài)沖擊載荷，吸收飛機(jī)著陸時(shí)的動(dòng)能，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)的起飛、著陸、滑行、轉(zhuǎn)彎的制動(dòng)和控制，其性能的優(yōu)劣直接影響到飛機(jī)在地面的快速反應(yīng)，安全升空和著陸能力，對(duì)飛機(jī)整體的性能和安全起著至關(guān)重要的作用。為提高飛機(jī)剎車系統(tǒng)的性能以確保其飛行安全，在實(shí)航之前必須對(duì)剎車控制系統(tǒng)進(jìn)行全面準(zhǔn)確的地面模擬實(shí)驗(yàn)，對(duì)其性能優(yōu)劣與否進(jìn)行檢驗(yàn)。系統(tǒng)仿真是檢驗(yàn)飛機(jī)系統(tǒng)性能的重要手段，可以模擬飛機(jī)在剎車過(guò)程的真實(shí)環(huán)境，以驗(yàn)證剎車系統(tǒng)的性能。系統(tǒng)仿真測(cè)試有效的提高其研制質(zhì)量，節(jié)省大量人力，物力，財(cái)力，縮短研發(fā)周期。
    半實(shí)物仿真的顯著特點(diǎn)是“硬件在回路中”與傳統(tǒng)的數(shù)字仿真相比，由于試驗(yàn)中實(shí)物模型參與整個(gè)仿真過(guò)程，試驗(yàn)過(guò)程中各個(gè)環(huán)節(jié)更逼近真實(shí)的狀態(tài)，試驗(yàn)結(jié)果的可信度與參考價(jià)值更高，比數(shù)字仿真更接近實(shí)際，是較理想的研究手段。筆者為此設(shè)計(jì)了飛機(jī)剎車控制系統(tǒng)仿真測(cè)試平臺(tái)，為飛機(jī)剎車控制系統(tǒng)的試驗(yàn)研究提供更加有效的試驗(yàn)平臺(tái)。

1 系統(tǒng)硬件組成
    測(cè)試平臺(tái)兼顧飛機(jī)剎車系統(tǒng)內(nèi)外場(chǎng)仿真及測(cè)試，主要組成包括：上位機(jī)、剎車控制器測(cè)試箱、模擬測(cè)試斷線箱一、模擬測(cè)試斷線箱體二、剎車系統(tǒng)檢測(cè)控制器、輪速驅(qū)動(dòng)箱及電源箱，設(shè)備功能齊全。其系統(tǒng)組成架構(gòu)如圖1所示。

    系統(tǒng)中的主要設(shè)備功能如下：
    1)上位機(jī)：在Matlab／Simulink環(huán)境下建立模型，完成程序的編譯，生成可執(zhí)行文件，并下載至下位機(jī)。
    2)下位機(jī)：通過(guò)I／O設(shè)備與上位機(jī)通訊，編寫(xiě)上位機(jī)程序，對(duì)輸出的信號(hào)逐一分析，實(shí)時(shí)的完成數(shù)據(jù)的分析運(yùn)算，通過(guò)相應(yīng)測(cè)試鏈路接口轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)至PXI測(cè)試設(shè)備測(cè)試。其中輪速驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生的信號(hào)通過(guò)信號(hào)線驅(qū)動(dòng)飛機(jī)機(jī)輪按指定輪速轉(zhuǎn)動(dòng)。
    3)輪速驅(qū)動(dòng)箱：完成對(duì)內(nèi)場(chǎng)輪速驅(qū)動(dòng)的模擬：內(nèi)場(chǎng)測(cè)試時(shí)模擬輪速驅(qū)動(dòng)信號(hào)，通過(guò)調(diào)節(jié)控制信號(hào)使直線電機(jī)根據(jù)控制信號(hào)帶動(dòng)輪速至相應(yīng)轉(zhuǎn)速，并由傳感器采集相應(yīng)信號(hào)傳輸給上位機(jī)，起到模擬機(jī)輪轉(zhuǎn)動(dòng)的作用。
    4)成品負(fù)載模擬：對(duì)機(jī)載剎車成品，前輪轉(zhuǎn)彎成品輸入輸出信號(hào)的模擬。
    5)模擬測(cè)試斷線箱：通過(guò)跳線開(kāi)關(guān)的通斷對(duì)需要控制、模擬、測(cè)試的信號(hào)準(zhǔn)確的進(jìn)行檢測(cè)和傳輸。
    6)測(cè)試鏈路：集成PXI多功能測(cè)試系統(tǒng)，提供信號(hào)源，產(chǎn)生3Hz～12KHz、步進(jìn)1Hz、4ms刷新的任意頻率信號(hào)，程控電源信號(hào)等，并通過(guò)示波器，萬(wàn)用表等測(cè)試設(shè)備完成系統(tǒng)各信號(hào)的采集與處理。
    7)電源箱：完成對(duì)電源的轉(zhuǎn)化，將輸入AC220V轉(zhuǎn)化為直流線性正負(fù)15 V和標(biāo)準(zhǔn)DC10V、DC28V、DC24V輸出。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
    剎車控制器測(cè)試軟件要完成系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置，提供數(shù)據(jù)采集、顯示、存儲(chǔ)與回放功能，檢測(cè)控制器的狀態(tài)、剎車系統(tǒng)綜合性能及各附件性能指標(biāo)，剎車控制器模型的模擬。滿足系統(tǒng)要求，方便用戶使用，同時(shí)軟件系統(tǒng)必須具有可靠性、可擴(kuò)展性及應(yīng)用性，測(cè)試軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，包括初始化模塊、實(shí)時(shí)界面模塊、仿真模塊與數(shù)據(jù)處理模塊。功能模塊結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

2．1 開(kāi)發(fā)環(huán)境
    本測(cè)試系統(tǒng)選用LabWindows／CVI2009作為界面開(kāi)發(fā)平臺(tái)，該軟件提供許多形象的控件，使操作界面形象生動(dòng)，便于用戶操作、觀察仿真結(jié)果，對(duì)仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行存盤(pán)，回放等，同時(shí)提供豐富的信號(hào)處理函數(shù)、網(wǎng)絡(luò)支持、多線程和動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，能開(kāi)發(fā)出跨平臺(tái)的，支持多線程及網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膽?yīng)用軟件。
2．2 部分軟件功能模塊說(shuō)明
    用戶使用該測(cè)試系統(tǒng)時(shí)，首先進(jìn)入用戶登錄界面，輸入正確的用戶名和密碼后，方可登錄使用該系統(tǒng)，保證了測(cè)試系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的安全性。用戶登錄界面如圖3所示。

    用戶輸入正確的用戶名和密碼后進(jìn)入系統(tǒng)的初始化模塊界面。
2．2．1 初始化模塊
    初始化模塊的主要功能是：
    1)設(shè)置實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、測(cè)試時(shí)間、文件存盤(pán)路徑、操作人員等；
    2)設(shè)置各路采集信號(hào)的參數(shù)，仿真模型方式；
    3)程序變量的初始化，主要是程序內(nèi)部全局變量、計(jì)算機(jī)端口的初始化，保障程序運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性及準(zhǔn)確性。
2．2．2 初始化模塊的詳細(xì)設(shè)計(jì)
    登錄系統(tǒng)后，用戶進(jìn)入系統(tǒng)參數(shù)配置界面，進(jìn)行測(cè)試前系統(tǒng)各參數(shù)的設(shè)置和標(biāo)定。參數(shù)配置界面如圖4所示。

    點(diǎn)擊界面上的“飛機(jī)參數(shù)設(shè)置”按鈕可進(jìn)入飛機(jī)參數(shù)設(shè)置界面，界面左上方為飛機(jī)參數(shù)的設(shè)置，右上方為起落架參數(shù)設(shè)置，界面下方可對(duì)摩擦面對(duì)偶數(shù)，剎車摩擦系數(shù)設(shè)置及跑道模型等的設(shè)置。設(shè)置完成后點(diǎn)擊“設(shè)置完成”按鈕退出該界面，返回到初始界面，完成其他參數(shù)的初始化。飛機(jī)參數(shù)設(shè)置界面如圖5所示。

    傳感器使用之前，用戶必須對(duì)傳感器進(jìn)行標(biāo)定，點(diǎn)擊“傳感器標(biāo)定”按鈕。進(jìn)入傳感器標(biāo)定界面，界面如圖6所示。
    傳感器標(biāo)定界面左上方用圖表顯示計(jì)算機(jī)采樣值，右上方以文本形式顯示傳感器的零偏益及增益，左下方顯示輪速傳感器及壓力傳感器的計(jì)算機(jī)采樣值和實(shí)際值，右下方顯示標(biāo)定結(jié)果。
2．2．3 實(shí)時(shí)界面模塊
    對(duì)系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)的初始化完成后，用戶進(jìn)入測(cè)試系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)界面，界面如圖7所示。

    主界面的主要功能是實(shí)時(shí)顯示實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的數(shù)據(jù)以及當(dāng)前各狀態(tài)信號(hào)的信息。主控面板的左面，顯示測(cè)試數(shù)據(jù)的數(shù)值，對(duì)重要的，用戶需要特別關(guān)注的數(shù)據(jù)用面板中間的圖表，以數(shù)據(jù)曲線的方式顯示，面板右面顯示測(cè)試數(shù)據(jù)值，面板最右側(cè)的開(kāi)關(guān)用于用戶對(duì)各開(kāi)關(guān)量的開(kāi)啟和關(guān)閉操作。面板下方的LED燈，用于顯示各D／I信號(hào)的狀態(tài)，如正常開(kāi)啟，用綠色顯示，如發(fā)生故障用紅色顯示，如關(guān)閉，用灰色顯示。下排進(jìn)度條用于顯示模擬D／A量，右下角文本框用于實(shí)時(shí)顯示仿真進(jìn)行時(shí)，剎車系統(tǒng)各部件是否工作良好，便于用戶實(shí)時(shí)觀察剎車系統(tǒng)性能。右下角各按鈕提供實(shí)驗(yàn)操作的各種選項(xiàng)，如點(diǎn)擊“數(shù)據(jù)回放”按鈕，可把保存后的數(shù)據(jù)以曲線的形式顯示出來(lái)，便于用戶尋找測(cè)試數(shù)據(jù)的規(guī)律。

3 結(jié)論
    本檢測(cè)平臺(tái)是半實(shí)物仿真測(cè)試平臺(tái)，可以將剎車系統(tǒng)的部分硬件實(shí)物接人測(cè)試系統(tǒng)的回路中，在條件允許的情況下，盡可能多的在仿真系統(tǒng)中接入實(shí)物，以取代相應(yīng)部分的仿真模型。這樣既極大的提高了仿真的逼真程度，又解決了系統(tǒng)建模方面的難題。該測(cè)試系統(tǒng)與實(shí)物仿真相比投資少，效率高，同時(shí)又比傳統(tǒng)數(shù)字仿真更接近實(shí)際，是理想的測(cè)試手段，能為飛機(jī)剎車系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究提供真實(shí)有效的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。