LabWindows／CVI在飛行模擬器中的應(yīng)用

摘要：闡述了借助LabWindows／CVI環(huán)境實(shí)現(xiàn)飛行模擬器測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程。介紹系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，同時(shí)描述了利用軟件的方法實(shí)現(xiàn)操縱負(fù)荷系統(tǒng)信號(hào)的采集、控制TCP通信，自動(dòng)參數(shù)測(cè)試等功能。實(shí)際使用表明：該系統(tǒng)操作方便，人機(jī)界面友好，工作性能穩(wěn)定可靠，為模擬飛行器的檢測(cè)維修提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。
關(guān)鍵詞：虛擬儀器；LabWindows／CVI；飛行模擬器；數(shù)據(jù)采集

為了滿足基于教學(xué)工作過程需要，凸現(xiàn)航空特色，創(chuàng)設(shè)集“教、學(xué)、做”一體化的教學(xué)情境環(huán)境，開發(fā)了運(yùn)5簡(jiǎn)易飛行模擬器設(shè)備，該項(xiàng)目以真實(shí)的運(yùn)5飛機(jī)為載體，以LabWindows／CVI為開發(fā)環(huán)境，主要面向?qū)W生演示飛機(jī)的飛行的姿態(tài)(縱向、升降、傾向、俯仰、橫滾和航向)以及飛行過程中各種儀器儀表的變化，使學(xué)生對(duì)飛機(jī)的飛行原理以及駕駛技術(shù)具有一定了解，使其在模擬器上完成簡(jiǎn)單的飛行操作。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
由于該模擬器僅用于教學(xué)，參觀演示，僅涉及了飛機(jī)飛行過程一些飛機(jī)飛行過程中的必須設(shè)備和必須功能，因此，對(duì)模擬器簡(jiǎn)易化處理后，它主要包括儀表控制系統(tǒng)、操縱負(fù)荷系統(tǒng)和視景環(huán)境模擬系統(tǒng)，該飛行器控制系統(tǒng)用框圖如圖1所示。

1．1 操縱模擬控制系統(tǒng)
操縱模擬控制系統(tǒng)義稱操縱負(fù)荷系統(tǒng)，是整個(gè)項(xiàng)目的核心，主要為飛行員提供逼真的座艙操縱感覺。座艙操縱感覺是飛行員移動(dòng)操縱感覺時(shí)的負(fù)荷感覺，它受到操縱面偏轉(zhuǎn)的影響，并由此產(chǎn)生操縱輸入引起飛機(jī)的響應(yīng)。操縱負(fù)荷系統(tǒng)分為操縱負(fù)荷裝置和飛機(jī)操縱系統(tǒng)模型兩部分。其中。操縱負(fù)荷裝置用于產(chǎn)生實(shí)際的模擬器座艙操縱力；飛行操縱系統(tǒng)模型用于仿真給定條件下特定飛機(jī)操縱系統(tǒng)的各種力的形成。通過這兩部分的集成，仿真實(shí)現(xiàn)所需的座艙操縱力，從而產(chǎn)生操縱力的感覺，這種感覺與飛行員在真實(shí)飛機(jī)中的體驗(yàn)感覺相似。
運(yùn)5模擬器的操縱負(fù)荷系統(tǒng)采用電動(dòng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括兩個(gè)主要的子系統(tǒng)：操縱負(fù)荷計(jì)算機(jī)子系統(tǒng)和操縱負(fù)荷裝置子系統(tǒng)。前者用于計(jì)算飛機(jī)飛行操縱系統(tǒng)以及作動(dòng)器控制回路的數(shù)學(xué)模型，控制器的輸出提供驅(qū)動(dòng)作動(dòng)器通道的控制信號(hào)；而后者用于將控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為電動(dòng)作動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)座艙操縱裝置。
1．2 模擬儀表控制系統(tǒng)
運(yùn)5模擬器儀表控制系統(tǒng)是運(yùn)5模擬器的重要組成部分。該系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)運(yùn)5飛機(jī)在模擬飛行狀態(tài)時(shí)。各個(gè)儀表在操縱系統(tǒng)作用下的指示，讓操作者有身臨其境的感覺。運(yùn)5簡(jiǎn)易模擬器采用運(yùn)5飛機(jī)上的真實(shí)儀表，座艙內(nèi)基本保持運(yùn)5飛機(jī)結(jié)構(gòu)不變。整個(gè)儀表控制系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)由模擬信號(hào)控制系統(tǒng)和氣壓信號(hào)控制系統(tǒng)構(gòu)成，它結(jié)合視景及音響實(shí)時(shí)顯示飛機(jī)的飛行姿態(tài)以及所處的高度等。
1．3 3D環(huán)幕視景仿真系統(tǒng)
3D環(huán)幕視景系統(tǒng)主要由兩部分組成：一是舵通道圖形處理系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)處理高分辨率的視頻文件或圖片，在圖形處理系統(tǒng)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)源文件的多通道分割，舵通道圖像重疊，融合帶的亮度調(diào)節(jié)、像素級(jí)的邊緣集合校正、羽化處理。最后實(shí)現(xiàn)多通道無縫完整圖像輸出；二是3D多通道輸出系統(tǒng)，接收到經(jīng)圖形處理系統(tǒng)處理過的源文件后，經(jīng)過本身處理器件的2D、3D效果的多通道視頻或圖片。
整個(gè)系統(tǒng)從性能與方便性著手。在保證了完美融合效果的基礎(chǔ)上簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的控制過程，使整個(gè)系統(tǒng)更實(shí)用、更人性化。