飞机飞行控制系统通用测试平台设计和实现

刘 洋，陈雪峰，韩泉泉

（1.西安爱生技术集团公司 陕西 西安710065；2.西安航空电子科技有限公司，陕西 西安710065）

飞机飞行控制系统通用测试平台设计和实现

刘 洋1，陈雪峰2，韩泉泉1

（1.西安爱生技术集团公司 陕西 西安710065；2.西安航空电子科技有限公司，陕西 西安710065）

针对系列飞机飞行控制系统的通用化测试需求，采用虚拟仪器、软硬件动态配置及数据库技术，设计了一种能兼容多型飞机，能灵活手动和自动测试的通用飞行控制系统的测试平台。描述了系统的组成与工作原理，并对ICD数据管理、飞行仪表画面仿真显示、飞行控制系统作动器加载等关键技术进行了分析和论述。最后，展示了测试平台的整体效果。经过实际使用，证明该平台能满足系列飞机研制和生产过程中的飞机飞控综合测试要求。

飞行控制系统；自动测试；ICD；加载台

通过对系列飞机的飞控系统[1]原理及对外接口关系的分析，设计了一种基于虚拟仪器[2-5]技术的飞控通用自动测试[6-9]平台，该测试平台采用先进的计算机测试和控制技术，建立了对飞控系统所有部件进行自动和手动测试、测试数据存储及故障注入分析等功能的平台；同时，能通过软硬件动态配置技术，满足了在机载设备型号和接口发生变化时，适应测试变化的扩展需求。该测试平台能最大程度的提高测试效率和提高测试可靠度，依靠信息化设备，检测飞机飞控系统输出信息，再使用计算分析即可进行故障检测和隔离，不必要求测试者具备很丰富的系统知识，即可进行快速的测试，并对不合格项快速判断故障点。

1 平台组成及工作原理

通用测试平台实现多型飞行控制系统安装、加载、连接、激励、测试等功能，测试平台的组成原理如图1所示，由图可知该模式下主要由信号激励及显示系统、全套试验器、杆力杆位移测试系统、舵机加载台、配平加载台及系统测试电缆参加测试。飞控系统各部件由全套试验器接入试验平台，在全套试验器内，信号转接与分配单元完成各部件系统连接，各部件接线关系按飞机实际接线关系连接；信号转接与分配单元在完成飞控系统各部件交联接线同时，把各信号线同时接入到全系统试验器面板的检测及控制接口，方便系统测试中人工控制、检测及状态观察；另外飞控测试中需要计算机激励与监控的总线信号、离散信号和模拟信号由全系统试验器接入信号激励及显示系统的具体PXI功能板卡内，由计算机控制完成信号的激励及信号监控。在系统检查过程中，试验平台还提供了试验台架和加载台完成各部件的试验安装固定，及舵机和相关配平部件的试验加载。

本通用测试平台能检查多型号的飞控系统，因各型号飞控部件型号、组成、供电与接线方式各不相同，所以本通用测试平台配置了多套全套试验器来适配不同飞控系统的型号差异，不同的飞控系统使用不同全套试验器进行系统信号连接、信号接口适配和系统配电，保证所有飞控系统均能进行在本试验平台下试验及测试。

试验平台配置了公用的试验及测试资源，即信号激励与显示系统、电源系统在各飞控系统试验与测试中是通用的，具体测试中通过软件配置与选择完成各飞控系统差异型试验与测试，实现了资源的最大化利用和软件[10]的通用性操作。

信号激励器及显示系统试验由信号激励/测试控制计算机、EFIS/EICAS界面仿真计算机、数据监测计

算机、数据库服务器、PXI激励及测试单元组成；全套试验器由系统供电电源、电源分配与监测单元、信号转接与分配单元及开关与切换单元组成；舵机加载台，主要用于模拟实际飞行过程中空气作用于模型飞行器舵面上的铰链力矩，以验证舵机的作动效能。此负载力矩由铰链力矩、惯性力矩和阻尼力矩3部分组成；配平加载台，主要用于安装各配平部件，并模拟作用在配平舵机和电动机构上的力矩，测试位移。

在飞控系统检查时，由试验平台给各飞控系统部件供电，平台检查各飞控部件的自检信息，在上电自检工作正常的情况下，由激励单元模拟航电、控制增稳和襟翼控制等系统的信号给飞控计算机，并控制加载台给舵机和配平系统加载，再结合仿真激励信号和加载情况在操作各飞控操纵台和手柄上设置飞控工作状态，飞控系统进入相应的工作模式正常工作，试验平台采集飞控系统的工作数据，经ICD解析后输出到试验平台的软件界面，试验人员可在EFIS/EICAS仿真界面和数据监控界面上观察飞控系统工作是否正常，也可由测试软件判断各测试项测试结论，最后把所有测试数据保存到数据库。

图1 系统平台的组成原理

2 ICD数据管理设计

ICD指的是航空电子接口控制文件，定义了设备之间输入、输出的数据格式。由于航空电子设备繁多，数据量庞大，ICD通常是十分庞杂的，为查询和使用带来困难。所以，该设计使用数据库来对ICD数据进行存储，并构建ICD管理软件对所有的ICD数据进行管理。使用数据库管理各类机载电子设备的ICD定义。该数据库中的ICD定义，应能与平台硬件相映射。即录入相应ICD后，测试平台能够通过访问数据库，调用ICD相关信息，完成数据的组包和解析等功能。由程序根据数据库中的信息对ICD进行组包、解码，需要对ICD信息进行规范。ICD管理框图如图2所示。

图2 ICD管理框图

本ICD数据库采用三层访问方式，指在客户端和数据库中间有一个应用服务，客户端访问数据库时，直接与这个应用进行通讯，应用再和数据库进行通讯。这样，访问数据库的是应用服务，客户端没有直接操作。因此，客户端是不需要了解数据库的部署情况的，也不需要部署与数据库有关的客户端，为部署和数据安全带来了方便。

3 EFIS/EICAS画面仿真设计

在测试过程中，需模拟EFIS、EICAS显示屏，仿真EFIS的PFD界面，提供图形化的ADI及HIS界面，故障界面；仿真EICAS中和飞控有关的画面；EFIS和EICAS画面分屏显示，并可切换需要显示的参数画面；能在手柄操纵下在EFIS的ADI及HIS界面显示飞机的姿态、航向等信息；配平系统在EICAS上显示的角度分辨率为0.1度，杆力的测试分辨率为0.001 V，离散量的测试分辨率为0.1 V。

EFIS/EICAS画面仿真界面，使用由爱斯特尔公司开发SCADE Display工具对其进行设计，该仿真界面为独立模块。使用VS2010工具对数据处理模块进行开发，使其与仿真界面进行对接。该部分的设计使用模块化处理方式，将数据处理[11]和仿真显示进行分离，通过数据映射表，完成数据间的数据交互，以实现更加可靠的软件架构[12]。

1）映射表，是将两个模块进行对接交互的依据，通过修改映射表，就可以更改两个模块的映射关系，并且方便设计人员和技术人员进行查询，增加系统的可配置能力。

2）仿真显示显示模块，通过SCADE Display工具进行开发，并将相应的接口进行统一化处理，存放到映射表中，以供数据模块进行对接交互。

3）数据处理模块，将接收到的数据进行处理，并通过映射表，完成仿真界面和数据处理模块的数据交换。

电子飞行仪表仿真界面如图3所示，EICAS仿真界面如图4所示。

图3 电子飞行仪表仿真界面

图4 EICAS仿真界面

4 加载台设计

在飞行控制系统测试过程中，需给各舵面的舵机、配平电动机构加一定的力矩，模拟飞行过程中空气动力作用在舵面上的力，所以飞控系统需设计加载台，给各作动器[13-15]加力，这里采用力矩电机直接驱动加载的方案。本系统由机械结构、加载控制装置、传感器等部分构成，图5为系统的组成框图。

图5 加载台系统组成框图

力矩负载模拟器是以力矩为被调整量的电动伺服系统，是一个典型的被动式力矩控制系统。舵机加载系统通过控制装置产生控制指令输出驱动电压，驱动力矩电机工作，力矩电机通过转轴连接磁粉离合器，磁粉离合器的输出轴安装扭矩传感器、加载连接装置刚性连接舵机。通过磁粉离合器将负载传递到舵机。来模拟舵机负载，同时通过磁粉离合器输出轴的扭矩传感器采集加载力矩值并显示。当负载增加时，电动机的转速能自动的随之降低，而输出力矩增加，保持与负载平衡，在电机轴上加测速装置，配上控制器，利用测速装置输出的电压和控制器给定的电压相比，来自动调节电机的端电压，使电机稳定，具有低转速、大扭矩、过载能力强、响应快、特性线性度好、力矩波动小的特点。

电动加载机构由加载通道组件与滑台基板组成，加载通道组件通过高精度导向键沿滑台基板的定位键槽前后移动，舵机安装座也通过导向键固定于滑台基板上，这样便于保证加载通道的力矩输出轴与舵轴之间同心。同时滑台基板上布置 T型槽，以方便不同尺寸的舵机的安装固定，使得加载通道应用更广泛。

5 测试平台效果

测试平台占地面积：13 000mm（长）×5 000mm（宽），实验室面积：16 000mm（长）×8 000mm（宽），整体结构布局示意如图6所示。

图6 飞控通用测试平台整体效果图

6 结束语

该飞控测试平台采用了先进的测试技术及模块化和标准化的测试仪器设计，并做到了系统配置优化，结构合理，功能完善，自动化程度高、适应能力强，能满足各系列飞机研制和生产过程中的飞机飞控综合测试要求，是一套可靠性高、性价比优良，实用性强、操作简单、维护方便和测试能力强的测试平台。

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Design and implementation of flight control system universal test platform

LIU Yang1，CHEN Xue-feng2，HAN Quan-quan1
（1.Xi’an ASN Technology Group Co.，Ltd，Xi’an 710065，China；2.Xi’an Avionics Technology Co.，Ltd，Xi’an 710065，China）

For the test requirements of series aircraft flight control system，using the virtual instrument，dynamic configuration of software and hardware and database technology，a general flight control system test platform with compatible types aircraft，more flexible manual and automated testing platform was designed.This paper describes composition and working principle of the system.Some key technology such as ICD data management，flight instrument simulation displaying，flight control actuator loading are analyzed and discussed.Finally，the overall effect of test platform is showed.Through actual use，the platform can satisfy comprehensive testing requirements for the development and production.

flight control system；automatic test；ICD；loading platform

TN98

A

1674－6236（2016）24-0005-04

2016-03-09 稿件编号：201603120

国家自然科学基金（61074155）

刘 洋（1980—），女，陕西乾人，硕士，高级工程师。研究方向：导航、制导与地面指挥控制。