某型飛機多級多組態鐵鳥試驗綜合控制系統設計概述

摘 要：本文介紹了某型飛機多級多組態鐵鳥試驗綜合控制系統，給出了其總體設計方案，并描述了其中某些部分的具體內容。該系統為鐵鳥集成驗證試驗進行集中管理、分布式控制和通訊指揮的綜合控制系統，完成了各種試驗項目的數據采集、數據處理與信號分析任務，實現了試驗平臺中分布離散、距離較遠的諸多對象的遠程集成自動化控制。

關鍵詞：鐵鳥試驗 綜合控制 設計

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）03（c）-0030-02

某型飛機以適應西部地區高溫高原機場降落和復雜航路越障的營運要求為設計目標，具備多項先進技術，為保證其飛行安全和適航取證，鐵鳥集成驗證試驗必不可少。鐵鳥集成驗證試驗包括影響飛行操縱和安全的重要系統的綜合研發試驗、適航驗證試驗（MOC4）、駕駛員在環試驗以及各系統間的匹配試驗[1-2]；這些集成驗證試驗綜合級別高，對機上和飛行環境模擬程度要求高，是機型研制成功的必由之路[3]。

本文開展了“某型飛機鐵鳥綜合控制系統”的設計開發，發展先進、可靠的鐵鳥試驗平臺和驗證能力。目前，國內尚無研究機構涉及民用飛機鐵鳥試驗，多任務復雜構型的集成性驗證試驗的綜合控制也并無單位涉及。本文旨在填補國內該項空白，并用于提升某型飛機全機系統鐵鳥試驗的可靠性和準確性，以支持型號的適航取證和商業成功。

1 總體方案

本系統為鐵鳥試驗進行集中管理、分布式控制和通訊指揮的綜合控制系統。鐵鳥試驗的分系統包括液壓能源系統、轉彎控制系統、剎車控制系統、起落架收放系統、反推力控制系統、飛控WOW信號模擬、飛控RVDT計算機、前起落架頂起裝置及液壓泵控制系統等。

綜合控制系統通過遠程控制計算機、現場執行控制器、轉接模塊等與現場各分系統組成多級綜合控制系統，使用多組態網絡進行設備間通訊，實現鐵鳥試驗平臺的綜合控制。由遠程控制計算機對各分系統進行實時調度、動態協調和綜合控制，完成各種試驗項目的數據采集、數據處理與信號分析任務，實現了試驗平臺中分布離散、距離較遠的諸多對象的遠程集成自動化控制。

2 多級鐵鳥試驗綜合控制網絡

遠程控制計算機利用虛擬儀器技術，完成飛行試驗參數設置與仿真。遠程控制計算機還通過網絡與LXI儀器、飛控RVDT計算機、前起落架頂起裝置控制器、液壓泵驅動裝置控制計算機通信，實現對試驗運行的自動控制，通過網絡接收飛控RVDT計算機、前起落架頂起裝置控制器、液壓泵驅動裝置控制計算機的試驗狀態反饋信息。遠程控制計算機還通過反射內存卡及傳輸光纜獲取現場信號激勵計算機收集的液壓控制邏輯電子裝置、轉向控制裝置、剎車控制組件、位置動作控制裝置的運行狀態信息。遠程控制計算機通過對各試驗狀態的信息分析、判斷，發出預警信息，若出現異常或超差，立即進行緊急停機。

現場執行控制裝置由LXI設備及其調理電路、RVDT/LVDT動作模擬器、現場手動操作臺及其驅動調理電路、自動/手動操作控制切換模塊組成。其中，LXI設備包含DI/O開關量接口、D/A接口、多路轉換器，通過網絡與遠程控制計算機連接。調理電路將LXI設備發出的操作指令變換為與各真實執行機構控制系統適應的驅動信號，這些信號經過自動/手動操作控制切換模塊連接到各真實執行機構控制系統，完成對各真實執行機構控制系統的控制。現場手動操作臺及其驅動調理電路進行手動控制操作使用，當其面板上的自動/手動開關置于手動時，對各真實執行機構控制系統的控制將由手動控制完成，當其面板上的自動/手動開關置于自動時，對各真實執行機構控制系統的控制將由遠程控制計算機通過LXI設備控制完成，如圖1所示。

3 多組態鐵鳥試驗綜合控制網絡

地面試驗綜合控制系統，采用遠程控制計算機統一管理的總體方案，通過反射內存網、以太網、ARINC總線網、硬線網絡多種組態的網絡組合，有效實現試驗中信息通訊及試驗進程控制，從而實現某型飛機鐵鳥試驗的綜合自動控制。

（1）反射內存網。是主控計算機與各分系統之間高速共享試驗運行數據的網絡。反射內存卡利用光纖傳輸信息，傳輸速率高，且與操作系統和處理器無關，傳輸距離可達300m。遠程控制計算機中的反射內存卡與分系統計算機的反射內存卡型號一致，構建的環形反射內存網絡具有實時性強，傳輸穩定性高的特點，滿足試驗中實時性高的需求。

（2）以太網。是主控計算機與分系統之間最常用的局域網通訊方式。遠程控制計算機與分系統計算機統一采用TCP/IP協議。以太網通訊數據傳輸穩定，速度較快，且能夠滿足長距離傳輸，能夠滿足大部分試驗設備的通訊需求。

（3）ARINC總線。是本機型采用的通訊方式之一，綜合控制系統與飛機控制盒的通訊必須遵循采用該通訊協議。使用ARINC網絡，能夠模擬航電通訊接口與設備盒之間進行ARINC通訊，為完成機載設備測試試驗提供了模擬輸入，滿足特定設備的通訊需求。

（4）硬線網絡。是指模擬量信號傳輸網絡。信號采用模擬量形式傳輸，具有方便測量與檢測的優點，同時信號傳輸可靠，穩定性好。硬線網絡布置在控制設備與末端執行設備間，實現設備的模擬量驅動與控制。采用硬線網絡實現網絡數字信息完成模擬量信息轉變后的信號傳遞，實現綜合控制系統的執行控制。此外，硬線網絡搭建了一套硬急停保護系統，為綜合控制系統提供了額外的安全保障。

4 多級多組態控制網絡的優化

按照該機型電子控制設備的通訊協議，與轉彎控制單元、剎車控制單元、液壓邏輯控制單元、位置作動控制單元需采用ARINC通訊，故在信號激勵計算機與控制單元之間采用ARINC總線連接，模擬飛機上系統的總線數據通訊。信號激勵計算機與遠程控制計算機之間采用光纖反射內存網建立高速信息通訊。通過反射內存網，保證了信號激勵計算機與遠程計算機的實時性。信號激勵計算機獲得的控制單元的數據能夠通過反射內存網絡實時傳輸至遠程控制計算機，有效提高了數據傳輸效率與實時性能。現場執行控制器是現場控制的中繼站，現場執行控制器通過TCP/IP協議接收遠程控制計算機指令；同時對下游設備進行控制指令輸出，通過硬線網絡以模擬量形式為執行設備提供指令。遠程控制計算機通過以太網交換機與其他終端設別建立多點TCP/IP通訊連接，包括前起落架頂起裝置、液壓泵控制計算機等，實現對分系統設備的遠程控制。

根據網絡的特點，對多態網絡組合采用優化的策略，搭建了一個鐵鳥試驗自動綜合控制系統網絡構架如圖2所示。

采用多級網絡，有效地實現了眾多分設備的分級管理與控制。采用多態組合控制網絡，滿足了不同需求的控制要求，對各分系統有效的進行了通訊連接。采用多級多組態地面試驗綜合控制系統在使用中，實現了對系統設備的綜合控制和數據監控，數據傳輸具有較高的實時性，數據傳輸穩定。

5 結語

本文開展了“某型飛機多級多組態鐵鳥試驗綜合控制系統”的設計開發，旨在填補國內該項空白，打破國外老牌飛機制造商的民用飛機鐵鳥集成驗證技術壟斷。基于任務導向的鐵鳥集成驗證理念，在試驗任務的綜合控制方面實現了操縱自動化、平臺網絡化、接口集成化、構型可控化，同時具有很好的靈活性和擴展性，其高速可靠實時的數據交換方法為大型試驗系統實時數據交換提供了很好的探索，可以應用于其他軍民機及大型工程測控系統中。

參考文獻

[1] 李振水.飛機鐵鳥技術進展綜述[J].航空科學技術， 2016（6）：21.

[2] 朱良杰.某型飛機鐵鳥系統集成驗證試驗綜合控制平臺的設計及實現[J].科技創新導報，2014（22）：175.

[3] 陳燁.鐵鳥測控系統關鍵技術研究[D].南京航空航天大學，2015.