基于LabWindows／CVI的舵機負載模擬系統(tǒng)設計

　　地面半物理仿真試驗是飛機設計與研制過程中不可或缺的一個環(huán)節(jié)，用于在地面環(huán)境對飛機的工作狀態(tài)進行模擬，以驗證飛機的各項性能是否滿足設計需要，該環(huán)節(jié)對保障飛機的安全性與可靠性具有重要意義。

　　舵機是飛機自動駕駛儀或飛機增穩(wěn)系統(tǒng)中的執(zhí)行機構，屬于飛機的關鍵部件。在飛機地面半物理仿真試驗中，需要在地面環(huán)境中模擬舵機在全飛行剖面中所受到的氣動載荷，進而為整機提供與實際飛行相近似的工作狀態(tài)，以檢驗舵機及其他部、組件的性能，并為全機研制、改進與改型提供重要參考依據(jù)。

　　因此，舵機負載模擬是地面半實物仿真試驗中不可缺少的重要技術環(huán)節(jié)。在試驗過程中，舵機負載模擬系統(tǒng)需要對負載模擬器進行控制，根據(jù)給定的載荷譜為舵機施加相應的載荷。由于在飛機飛行過程中，各個環(huán)境參數(shù)不斷變化，所以舵機負載模擬系統(tǒng)具有載荷類型復雜且變化快等特點，控制難度較大。文中采用上、下位機的分布式結構方案，基于LabWindow/CVI開發(fā)環(huán)境設計了負載模擬系統(tǒng)控制軟件，對多個通道的舵機載荷進行實時模擬，保證了地面模擬試驗的真實性與準確性。

　　1系統(tǒng)硬件設計

　　1.1系統(tǒng)結構原理

　　負載模擬系統(tǒng)由加載作動筒、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筒為舵機作動器施加額定負載;拉壓力傳感器為負載模擬系統(tǒng)提供反饋信號，完成閉環(huán)控制;位移傳感器用于超差檢測和故障判斷并為系統(tǒng)提供補償。單通道負載模擬系統(tǒng)結構如圖1所示。

　　圖1 單通道負載模擬系統(tǒng)結構圖

　　整個試驗平臺中共有5個舵機，所以系統(tǒng)共需要五個負載模擬通道。為了達到最佳控制效果，系統(tǒng)采用上、下位機的分布式控制系統(tǒng)結構。其中上位機用于完成人機接口和協(xié)調管理等功能。由于系統(tǒng)中有四個負載模擬通道間存在一定耦合，故采用1#下位機對這四個通道進行協(xié)調控制;另一個負載模擬通道的負載頻率較高，為保證控制精度，采用2#下位機單獨進行控制。整個舵機負載模擬系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)結構框圖如圖2所示。

　　圖2 系統(tǒng)硬件結構圖

　　1.2系統(tǒng)電氣連接

　　系統(tǒng)電氣部分的前向通道負責將現(xiàn)場的信號實時采集處理并傳回工控機。每個通道包含一個拉壓力傳感器和一個位移傳感器，全部四個通道共計8路反饋信號。反饋信號在現(xiàn)場端通過幅值放大與零位調整后由電纜傳輸至電氣柜的信號調理板，經(jīng)阻抗隔離和濾波后輸入到相應下位機的A/D轉換卡，并在工控機中完成相應的數(shù)據(jù)運算與處理。

　　系統(tǒng)電氣部分的后向通道負責將工控機的控制信號傳送至現(xiàn)場的執(zhí)行機構。每個通道包含一個舵機指令信號、一個加載伺服閥指令信號和一個用于對系統(tǒng)進行保護的開關信號，全部四個通道共計12路控制信號。控制信號從工控機的D/A轉換卡或DO接口卡輸出，通過功率放大后輸送至現(xiàn)場的執(zhí)行機構處，完成現(xiàn)場機構的控制。

　　由于系統(tǒng)采用上、下位機分布式結構，為了實現(xiàn)上、下位機之間的通訊，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)通訊線進行連接。