一种试验综合控制管理系统及方法与流程

本发明属于工程试验技术领域，具体涉及一种试验综合控制管理系统及方法。

背景技术：

飞机的设计研制中，特别是在进行飞机重要功能系统的设计研制中，往往需要开展各种不同的试验，如：飞行控制系统铁鸟集成试验、液压系统集成铁鸟试验、起落架系统铁鸟集成试验、航空电子系统的集成试验等。上述试验中，为了完成对飞机功能系统进行全面、系统的检查与测试，通常需要根据试验对象——飞机功能系统——如飞行控制系统，研制开发相应的试验测试环境，按照试验检查与测试项目内容，开展飞机功能系统接口协调性、一致性的检查、被试功能系统功能检查和性能测试等相关试验工作。

上述试验测试环境设计建造中，根据飞机功能系统——如飞行控制系统工作原理和运行环境的要求，首先建造试验台架，满足被试飞机功能系统各组成部件结构安装要求；其次，配置被试飞机功能系统正常工作所需要的电源、液压源等，保证被试飞机功能系统能正常工作；第三，配置各种测试控制设备，完成对被试飞机功能系统的功能检查和性能测试；第四，配置各种仿真模拟设备，仿真或模拟飞机在空中飞行状态，仿真或模拟与被试飞机功能系统交联的其它机载功能系统功能和特性，为被试飞机功能系统工作提供完整的环境条件；第五，配置其它试验支持设备，支持试验的正常开展。

上述电源、液压源、测试控制设备、仿真模拟设备、试验支持设备不但结构独立，而且功能也独立，往往是单独使用。但是，开展飞机功能系统的试验中，通常需要多个设备的同时使用，并协调一致的工作，只能依靠操作人员的协调完成，此外，各设备之间缺少有效、一致的数据传输与共享手段，导致试验效率低下，试验周期长。

技术实现要素：

本发明的目的：为了解决上述问题，本发明提出了一种试验综合控制管理系统及方法，采用智能化、网络化、信息化、数字化的试验综合控制管理技术方案，完成飞机功能系统试验的自动化水平，提高试验效率、缩短试验周期。

本发明的技术方案：一种试验综合控制管理系统，所述试验综合控制管理系统采用层次体系结构设计，由操作运行控制层、视频/音频监视调度层、数据交换传输层、设备运行层、配电控制管理层组成；

所述操作运行控制层通过数据交换传输层对设备运行层的设备进行远程控制、状态设置及交换数据信息，并将设备运行层的设备数据信息进行储存；

所述操作运行控制层与所述视频/音频监视调度层连接，将设备运行层的设备数据信息和被试飞机功能系统以音频信号及视频信号进行传输和信息共享；

所述操作运行控制层与所述配电控制管理层连接，通过配电控制管理层对设备运行层的设备进行供电并监视设备的供电运行状态。

优选地，所述操作运行控制层设置有试验执行操作控制单元、数据采集处理控制单元；

所述数据交换传输层设置有网络数据交换机；

所述设备控制管理层由试验仿真模拟设备、试验测试控制设备、数据采集设备及试验支持设备组成；

所述试验执行操作控制单元通过网络数据交换机远程控制所述试验仿真模拟设备、测试控制设备及试验支持设备；

所述数据采集处理控制单元通过网络数据交换机远程控制所述数据采集设备。

优选地，所述操作运行控制层设置有数据交换与可视化单元及试验信息安全储存单元；

所述视频/音频监视调度层包括：

音频通话设备、音频信号交换机、视频监控设备及视频信号交换机；

所述数据交换与可视化单元及试验信息安全储存单元的一端分别通过视频信号交换机与所述视频监控设备连接，通过音频信号交换机与所述音频通话设备连接。

优选地，所述试验执行操作控制单元、数据采集处理控制单元、数据交换与可视化单元及试验信息安全储存单元的另一端分别通过实时数据交换机与所述试验仿真模拟设备、试验测试控制设备、数据采集设备及试验支持设备连接。

优选地，所述配电控制管理层设置有配电控制管理单元，其一端与所述试验执行操作控制单元连接，另一端与所述试验仿真模拟设备、试验测试控制设备、数据采集设备及试验支持设备连接。

一种基于试验综合控制管理系统的控制方法，所述操作运行控制层对设备运行层设备控制命令采用数据块的形式；

每个设备控制命令对应一个数据块，每个命令数据块分为4部分，分别是设备标识、控制命令、命令参数和保留部分。

优选地，所述设备控制命令为：启动命令、停止命令、参数设置命令、运行命令和状态查询命令和扩展控制命令。

本发明技术方案的有益技术效果：

1)采用分层开放式体系结构，具有良好的可扩展性、可剪裁性和可复用性，各单元采用模块化组件设计，可根据需要选配组件模块，实现系统的积木式柔性组合。

2)采用通用高可靠性的设备或功能单元，结构合理紧凑、工作可靠，经过优化设计，模块化、标准化和系列化，能适应在严酷电磁与机械环境使用。

3)由于实现了分布式、通用化设计，在功能上将多个专用设备的功能进行集成，实现了设备协同运行，大大提高了效率，有效缩短了大型试验周期。

附图说明

图1为本发明一种试验综合控制管理方法的一优选实施例的结构原理组成示意图；

图2为本发明一种试验综合控制管理系统的一优选实施例的结构组成示意图；

图3为本发明一种试验综合控制管理方法的一优选实施例的典型流程示意图。

其中，1-试验执行操作控制单元，2-数据采集处理控制单元，3-数据交换与可视化单元，4-试验信息安全储存单元，5-网络数据交换机，6-实时数据交换机，7-试验仿真模拟设备，8-试验测试控制设备，9-数据采集设备，10-试验支持设备，11-配电控制管理单元，12-音频通话设备，13-音频信号交换机，14-视频监控设备，15-视频信号交换机。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

如图1所示，本发明一种试验综合控制管理系统，采用层次体系结构设计，由操作运行控制层、视频/音频监视调度层、数据交换传输层、设备运行层、配电控制管理层组成；

操作运行控制层通过数据交换传输层对设备运行层的设备进行远程控制、状态设置及交换数据信息，并将设备运行层的设备数据信息进行储存；

操作运行控制层与视频/音频监视调度层连接，将设备运行层的设备数据信息和被试飞机功能系统以音频信号及视频信号进行传输和信息共享；

操作运行控制层与配电控制管理层连接，通过配电控制管理层对设备运行层的设备进行供电并监视设备的供电运行状态。

操作运行控制层包含试验执行操作控制单元1、数据采集处理控制单元2、数据交换与可视化单元3、试验信息安全存储单元4；

视频/音频监视调度层包含音频通话设备12、音频信号交换机13、视频监控设备14、视频信号交换机15；

数据交换传输层包含网络数据交换机5、实时数据交换机6；

设备运行层包含试验仿真模拟设备7、试验测试控制设备8、数据采集设备9和试验支持设备10；

配电控制管理层包含配电控制管理单元11。

本实施例中，试验执行操作控制单元1选用配置有实时网卡和以太网口的商用计算机或工业计算机，配置功能完整、内容丰富的设备运行控制应用软件，提供人—机操作界面，接收用户操作输入，生成对设备运行层中的试验设备的远程控制命令。

试验执行操作控制单元1生成的远程控制命令通过网络数据交换机5完成对试验仿真模拟设备7、试验测试控制设备8和试验支持设备9的远程控制，以及接收试验仿真模拟设备7、试验测试控制设备8和试验支持设备10的运行状态、故障状态等信息，实时监示设备工作运行状态，以及通过现场数据总线完成对试验仿真模拟设备7、试验测试控制设备8和试验支持设备10的供电控制，并实时监示各设备供电运行状态。

本实施例中，数据采集处理控制单元2选用配置有实时网卡和以太网口的商用计算机或工业计算机，并配置功能完整、内容丰富的数据采集应用软件，提供人—机操作界面，接收用户操作输入，生成对数据采集设备9远程控制命令。

数据采集处理控制单元2生成对数据采集设备9远程控制命令通过网络数据交换机5完成对数据采集设备9的远程控制，以及接收数据采集设备所采集的多通道数据信息，以表头、表格、图形曲线形式进行显示。

本实施例中数据交换与可视化单元3及试验信息安全储存单元4的一端分别通过视频信号交换机15与视频监控设备14连接，通过音频信号交换机13与音频通话设备12连接。

数据交换与可视化单元3选用配置有实时网卡和以太网口的商用服务器或工业服务器，通过实时数据交换机6实现与设备运行层的试验设备和被试飞机功能系统进行数据传输与信息共享，通过视频信号交换机15实现与试验设备和被试飞机功能系统进行视频信号传输与信息共享，通过音频信号交换机13实现与试验设备和被试飞机功能系统进行音频信号传输与信息共享，并配置功能完整、内容丰富的数据浏览发布和可视化应用软件，提供数据浏览发布功能，完成大型试验中被试飞机功能系统和试验设备运行状态数据信息的浏览发布，以及提供有可视化应用软件，对试验现场、被试飞机功能系统和试验设备的运行状态进行形象逼真的动画显示。

试验信息安全存储单元4选用配置有磁盘阵列、实时网卡和以太网口的商用服务器或工业服务器，通过实时数据交换机6实现与试验设备和被试飞机功能系统进行数据传输与信息共享，通过视频信号交换机15实现与试验设备和被试飞机功能系统进行视频信号传输与信息共享，通过音频信号交换机13实现与试验设备和被试飞机功能系统进行音频信号传输与信息共享，并配置功能完整、内容丰富的数据库管理应用软件，提供数据库管理系统，完成试验现场、被试飞机功能系统和试验设备的运行状态，音频信息、视频信息的存储。

音频通话设备12与音频信号交换机13选用商用或工业用的音频通话设备与音频信号交换机，完成试验现场不同部位操作人员音频信息的传输，实现试验现场人员的信息交流与协调；

视频监控设备14和视频信号交换机15选用商用或工业用的视频监控设备与视频信号交换机，完成试验现场不同部位视频信息的传输，实现对试验现场、被试飞机功能系统和试验设备的运行状态的监控。

网络数据交换机5选用商用或工业用的以太网交换机、lxi测试总线交换机，支持试验执行操作控制单元1对试验仿真模拟设备7、试验测试控制设备8和试验支持设备10的远程控制，以及支持数据采集处理控制单元2对数据采集设备9远程控制。

实时数据交换机6选用支持光纤进行高速数据传输交换机，实现试验执行操作控制单元1、数据采集处理控制单元2、数据交换与可视化单元3、试验信息安全存储单元4与试验仿真模拟设备7、试验测试控制设备8、数据采集设备9和试验支持设备10之间大容量、高速、实时数据传输。

试验仿真模拟设备7能够仿真或模拟飞机在空中飞行状态，仿真或模拟与被试飞机功能系统交联的其它机载功能系统功能和特性，为被试飞机功能系统工作提供完整的环境条件；

试验测试控制设备8能够完成对被试飞机功能系统的功能检查和性能测试中试验设备、被试飞机功能系统运行和工作状态的控制，以及对被试飞机功能系统进行机载参数的提取，动态信号测试分析；

数据采集设备9通过传感器完成试验中被试飞机功能系统的输入信号、输出信号，以及组成飞机功能系统各部件的输入信号、输出信号的检测与数据采集；

试验支持设备10支持试验的正常开展，配置被试飞机功能系统正常工作所需要的电源、液压源等，保证被试飞机功能系统能正常工作；

配电控制管理单元11在试验执行操作控制单元的控制下，完成对试验仿真模拟设备、测试控制设备和试验支持设备的供电控制，并实时采集检测各设备供电运行状态参数。

图2为本发明一优选实施例组成结构图；

图2所示的实施例中试验执行操作控制单元1、数据采集处理控制单元2选用商用计算机或工业计算机，数据浏览发布与可视化单元3、试验信息安全存储单元4选用商用服务器或工业服务器，配置实时网卡为gepci-5565piorc反射内存卡，其性能参数如下：

●2.12gbps串行连接速率；

●支持动态包大小，范围4-64字节；

●170mbytes/s稳定的数据速率；

●节点间延迟450-500ns延时；

●256mbytes板上共享内存；

●单模光纤。

视频监控设备14选用商用或工业用的多个视频监控摄像头；

网络数据交换机5选用以太网交换机s5700-24tp-si(ac)，其性能参数如下：

●千兆以太网交换机；

●应用层级：三层；

●背板带宽：256gbps；

●包转发率：72mpps；

●端口结构：非模块化；

●电源电压：ac100-240v；

●端口描述：24个10/100/1000base-t端口，4个100/1000base-x千兆combo口；

●电源功率：<40w。

实时数据交换机6选用acc-5595-280反射内存交换机，其性能参数如下：

●提供8个sfp收发端口；

●端口速率2gbps；

●采用单模光纤传输；

●hub级联最大支持256个节点；

●自动绕过光纤网络中丢失连接的节点；

●提供10basetethernettcp/ip端口用于远程接入和控制。

试验仿真模拟设备7包括航电仪表仿真系统、机载设备仿真系统、飞行仿真系统和气动力载荷模拟系统；

测试控制设备8包括飞行控制系统试验器、动态信号分析系统和机械位移信号发生器；

数据采集设备9包括现场1#采集节点、现场2#采集节点、现场3#采集节点和现场4#采集节点；

试验支持设备10包括视景系统、迎角转台、三轴转台、线加速度转台和地面液压泵站；

配电控制管理单元11包括4个配电管理单元，分别为配电管理单元#1、配电管理单元#2、配电管理单元#3和配电管理单元#4。

图3为本发明一个典型试验流程图；

典型试验流程分为三个阶段，即试验前准备、试验操作、试验后检查。

试验前准备包括如下步骤：

步骤1：检查与试验相关的地面液压泵站、地面电源、测试系统、控制系统、试验器等设备是否完好；

步骤2：检查试验件如飞行控制计算机、作动器控制器、作动器等是否处于完好状态；

步骤3：检查电缆是否连接正确；

步骤4：检查液压管路是否连接正确；

步骤5：检查现场安全措施是否到位；

步骤6：检查试验状态是否与将要进行的试验项目一致；

步骤7：检查试验人员是否在各自工作岗位上；

步骤8：检查通讯指挥系统是否正常；

步骤9：检查监控系统是否正常。

试验操作包括如下步骤：

步骤10：试验准备确认；

步骤11：试验状态检查：检查试验系统状态、支持设备状态、参试人员到岗状态、现场安全状态、液压能源状态、地面电源状态；

步骤12：试验准备好否？

步骤13：如果试验准备就绪，则进行步骤14；否则返回步骤1，继续进行试验准备工作；

步骤14：开启液压能源，向被试系统和设备供压；

步骤15：开启电源，向被试系统和设备供电；

步骤16：试验设备启动运行；

步骤17：试验状态的设置与调整；

步骤18：测试控制系统启动运行；

步骤19：操作控制；

步骤20：试验执行，开始试验项目的测试；

步骤21：是否发生意外或故障？如发生则转入步骤27，如未发生则继续进行试验；

步骤22：判断试验结束否？如没有结束则返回执行步骤17，继续试验；

步骤23：如已经结束，则卸压、关闭液压源；

步骤24：关闭电源；

步骤25：清理试验现场；

步骤26：试验结束；

步骤27：保护试验现场；

步骤28：卸压、关闭液压源；

步骤29：关闭电源；

步骤30：分析解决问题；

步骤31：问题解决否？如果问题没有解决，则继续进行分析，直到问题解决；如果已经解决问题，则转入步骤20。

试验后检查包括如下步骤：

步骤32：清理试验现场；

步骤33：清理当日试验数据；

步骤34：检查危险源是否断开或关闭；

步骤35：检查液压源是否关闭；

步骤36：检查电源是否关闭；

步骤37：检查是否存在安全隐患。

一种基于试验综合控制管理系统的控制方法，对试验设备的远程控制和状态设置，通过发送设备控制命令来实现，设备控制命令为数据块的形式，每个设备控制命令对应一个数据块，每个命令数据块分为4部分，分别是设备标识、控制命令、命令参数和保留部分。

本实施例中，设备控制命令为：启动命令、停止命令、参数设置命令、运行命令和状态查询命令和扩展控制命令；

设备控制命令数据块中设备标识为4个字节的整型数，完成65536个不同设备的标识；

控制命令为4个字节的整型数，实现65536个不同的命令识别；

命令参数定义16个参数，每个参数为8字节的浮点数(或8字节的双精度型数)；

保留部分预留120字节，用于对设备控制命令的扩展；

每个设备设备标识4字节、命令类型4字节、命令参数128字节，加上120字节的保留部分，设备命令块的长度为256字节。

设备控制命令块格式如下表：

本试验综合控制管理实施中，实时数据交换的试验状态参数包括对试验设备工作状态检测、试验系统状态的监视和显示中，其数据信息的交换通过状态数据块来实现。状态数据块包括试验系统工作设备状态参数据块、飞机参数数据块、飞行参数数据块、指令参数数据块、现场设备状态参数据块、作动控制面参数数据块、设备运行设备状态参数据块；

数据块所定义的参数的数量，参数类型和数据块大小如下表：

系统工作状态参数包括当前试验系统的状态(电传、机械等)，配平状态等；

飞机参数包括飞机特性的参数，如重量、中心等；

飞行参数包括飞行高度、速度、迎角、侧滑角、偏航角、角速率、过载等；

指令参数包括驾驶柱、驾驶盘、脚蹬位移，驾驶柱、驾驶盘、脚蹬力，操纵手柄的位移等；

现场状态参数包括升降舵作动器供压状态、副翼作动器供压状态、方向舵作动器供压状态、地面扰流板作动器供压状态、多功能扰流板作动器供压状态等；

作动控制面参数包括升降舵舵面偏角、副翼舵面偏角、方向舵舵面偏角、地面扰流板偏角、多功能扰流板偏角等；

设备运行状态参数包括机械位移信号发生器、操纵指令模拟控制系统、视景显示系统、航电(仪表)显示系统、飞行仿真系统、迎角转台、线加速度转台、三轴飞行仿真转台、航电仿真系统、机载系统仿真器、电传飞行控制分系统试验器、自动飞行控制分系统试验器、高升力控制分系统试验器、动态信号分析系统、飞控试验测试系统、飞控试验舵面加载系统的工作状态等。

本发明提出了一种试验综合控制管理系统及方法，采用分层开放式体系结构，具有良好的可扩展性、可剪裁性和可复用性，各单元采用模块化组件设计，可根据需要选配组件模块，实现系统的积木式柔性组合；采用通用高可靠性的设备或功能单元，结构合理紧凑、工作可靠，经过优化设计，模块化、标准化和系列化，能适应在严酷电磁与机械环境使用。由于实现了分布式、通用化设计，在功能上将多个专用设备的功能进采用智能化、网络化、信息化、数字化的试验综合控制管理技术方案，完成飞机功能系统试验的自动化水平，提高试验效率、缩短试验周期。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。