基于LabWindows／CVI的舵機(jī)負(fù)載模擬系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　地面半物理仿真試驗(yàn)是飛機(jī)設(shè)計(jì)與研制過程中不可或缺的一個(gè)環(huán)節(jié)，用于在地面環(huán)境對(duì)飛機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行模擬，以驗(yàn)證飛機(jī)的各項(xiàng)性能是否滿足設(shè)計(jì)需要，該環(huán)節(jié)對(duì)保障飛機(jī)的安全性與可靠性具有重要意義。

　　舵機(jī)是飛機(jī)自動(dòng)駕駛儀或飛機(jī)增穩(wěn)系統(tǒng)中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，屬于飛機(jī)的關(guān)鍵部件。在飛機(jī)地面半物理仿真試驗(yàn)中，需要在地面環(huán)境中模擬舵機(jī)在全飛行剖面中所受到的氣動(dòng)載荷，進(jìn)而為整機(jī)提供與實(shí)際飛行相近似的工作狀態(tài)，以檢驗(yàn)舵機(jī)及其他部、組件的性能，并為全機(jī)研制、改進(jìn)與改型提供重要參考依據(jù)。

　　因此，舵機(jī)負(fù)載模擬是地面半實(shí)物仿真試驗(yàn)中不可缺少的重要技術(shù)環(huán)節(jié)。在試驗(yàn)過程中，舵機(jī)負(fù)載模擬系統(tǒng)需要對(duì)負(fù)載模擬器進(jìn)行控制，根據(jù)給定的載荷譜為舵機(jī)施加相應(yīng)的載荷。由于在飛機(jī)飛行過程中，各個(gè)環(huán)境參數(shù)不斷變化，所以舵機(jī)負(fù)載模擬系統(tǒng)具有載荷類型復(fù)雜且變化快等特點(diǎn)，控制難度較大。文中采用上、下位機(jī)的分布式結(jié)構(gòu)方案，基于LabWindow/CVI開發(fā)環(huán)境設(shè)計(jì)了負(fù)載模擬系統(tǒng)控制軟件，對(duì)多個(gè)通道的舵機(jī)載荷進(jìn)行實(shí)時(shí)模擬，保證了地面模擬試驗(yàn)的真實(shí)性與準(zhǔn)確性。

　　1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理

　　負(fù)載模擬系統(tǒng)由加載作動(dòng)筒、電液伺服閥、控制器與傳感器等組成。其中伺服閥與加載作動(dòng)筒為舵機(jī)作動(dòng)器施加額定負(fù)載;拉壓力傳感器為負(fù)載模擬系統(tǒng)提供反饋信號(hào)，完成閉環(huán)控制;位移傳感器用于超差檢測(cè)和故障判斷并為系統(tǒng)提供補(bǔ)償。單通道負(fù)載模擬系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　圖1 單通道負(fù)載模擬系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　整個(gè)試驗(yàn)平臺(tái)中共有5個(gè)舵機(jī)，所以系統(tǒng)共需要五個(gè)負(fù)載模擬通道。為了達(dá)到最佳控制效果，系統(tǒng)采用上、下位機(jī)的分布式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。其中上位機(jī)用于完成人機(jī)接口和協(xié)調(diào)管理等功能。由于系統(tǒng)中有四個(gè)負(fù)載模擬通道間存在一定耦合，故采用1#下位機(jī)對(duì)這四個(gè)通道進(jìn)行協(xié)調(diào)控制;另一個(gè)負(fù)載模擬通道的負(fù)載頻率較高，為保證控制精度，采用2#下位機(jī)單獨(dú)進(jìn)行控制。整個(gè)舵機(jī)負(fù)載模擬系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

　　圖2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

　　1.2系統(tǒng)電氣連接

　　系統(tǒng)電氣部分的前向通道負(fù)責(zé)將現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)實(shí)時(shí)采集處理并傳回工控機(jī)。每個(gè)通道包含一個(gè)拉壓力傳感器和一個(gè)位移傳感器，全部四個(gè)通道共計(jì)8路反饋信號(hào)。反饋信號(hào)在現(xiàn)場(chǎng)端通過幅值放大與零位調(diào)整后由電纜傳輸至電氣柜的信號(hào)調(diào)理板，經(jīng)阻抗隔離和濾波后輸入到相應(yīng)下位機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換卡，并在工控機(jī)中完成相應(yīng)的數(shù)據(jù)運(yùn)算與處理。

　　系統(tǒng)電氣部分的后向通道負(fù)責(zé)將工控機(jī)的控制信號(hào)傳送至現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。每個(gè)通道包含一個(gè)舵機(jī)指令信號(hào)、一個(gè)加載伺服閥指令信號(hào)和一個(gè)用于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)的開關(guān)信號(hào)，全部四個(gè)通道共計(jì)12路控制信號(hào)?？刂菩盘?hào)從工控機(jī)的D/A轉(zhuǎn)換卡或DO接口卡輸出，通過功率放大后輸送至現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)處，完成現(xiàn)場(chǎng)機(jī)構(gòu)的控制。

　　由于系統(tǒng)采用上、下位機(jī)分布式結(jié)構(gòu)，為了實(shí)現(xiàn)上、下位機(jī)之間的通訊，采用了基于RS-485通訊方式的異步并行通訊卡。該通訊卡基于ISA總線，以兩塊為一組，配合完成通訊。同組的兩塊板卡使用CBL-M25M9x2數(shù)據(jù)通訊線進(jìn)行連接。