专利名称：一种制冷加热系统半物理仿真试验方法
技术领域：
本发明属于大型民机环境控制领域设计技术，涉及对一种制冷加热系统仿真试验方法的改进。
背景技术：
在制冷加热系统的地面研制过程中，概念设计、初步设计和详细设计阶段，一般采用数字仿真的方法。但是，制冷加热系统属于热惯性系统，系统中的若干子系统或者部件很难建立准确的数学模型，这就使得纯数字仿真很难真实反应系统的特性。所以，大型飞机制冷加热系统传统的试验方法将所有的系统附件带入试验中，采用真实座舱。但这种试验方法存在以下缺点一是系统庞大，附件繁多，系统附件生产周期长；二是能耗大，需要消耗大量的压缩空气，造成较大的代偿；三是损失大量的人力，物力。
发明内容
本发明的目的以大型飞机作为研究对象，为了验证制冷加热系统的特性和控制方式的有效性，本发明提出一种试验方法将系统中不易建模的部分以实物代替参与仿真试验，利用传感器和执行机构将实物和数学模型相互联系起来，再现制冷加热系统的实际工作过程，将此应用于大型飞机制冷加热地面试验。本发明的技术方案是一种制冷加热系统半物理仿真试验方法，其特征在于，试验系统包括制冷加热控制器、一套真实制冷组件，激励仿真台三部分，由于两套制冷组件是相同的结构，所以仅采用一套制冷组件的实物，另一套制冷组件的温度、流量和压力等参数采用仿真的方式；制冷加热控制器，用于采集传感器数值，接收激励仿真台传递的参数，调用控制器中固有的控制率，进行计算，以驱动控制系统中电动活门的开闭及开度；制冷加热控制器具有如下部件
Dcpu ；
2)数据存储器，支持数据校验；
3) USER Flash 存储器；
4) SYSTEM Flash 存储器；
5)非易失存储器；
6)定时器；
7)看门狗；
8)以太网接口 ；
9)温度传感器输入接口 ；
10)压力传感器输入接口 ；
11)流量传感器输入接口 ；
12)温度控制活门输出通道接口
1 电源模块；14)机箱。15)制冷加热控制器根据相应的操作系统设计控制软件。制冷组件包括导管、散热器、压气机、涡轮、温度控制活门、制冷组件出口温度传感器、制冷组件出口流量传感器，驾驶舱管路温度传感器、货舱管路温度传感器、驾驶舱管路流量传感器、货舱管路流量传感器；激励仿真台，用于采集传感器数值，通过运算计算出座舱的温度值；激励仿真台配置适当的硬件系统与软件系统，实现对另一套真实制冷组件的模拟以及座舱物理仿真模型的搭建。激励仿真台硬件选用流量采集模块和温度采集模块完成对驾驶舱管路流量、货舱管路流量、驾驶舱配平管路流量、货舱配平管路流量、驾驶舱管路温度和货舱管路温度的测量，根据座舱温度模型传递函数将这些测量值参与计算，得出驾驶舱区域温度和货舱区域温度值，通过三线电阻仿真板卡将相应的温度值送给制冷加热控制器。第一，将上述制冷加热控制器、一套真实制冷组件和激励仿真台通过导线连接；制冷加热控制器通过导线与真实制冷组件中的温度控制活门和制冷组件出口温度传感器连接，温度控制活门的开度由制冷加热控制器控制；同时，制冷加热控制器与激励仿真台通过硬件接口连接，制冷加热控制器接收激励仿真台的仿真信号；激励仿真台通过导线与真实制冷组件中的制冷组件出口流量传感器和制冷组件出口温度传感器连接。并且，激励仿真台设置有硬件输出接口，可以与制冷加热控制器对接。制冷加热控制器的接口与传感器接口类型和激励仿真台接口类型匹配。第二，在激励仿真台中搭建制冷组件物理仿真模型，采集真实制冷组件出口的温度值和流量值，并将真实制冷组件出口的温度值和流量值传递给制冷组件物理仿真模型；制冷组件物理仿真模型出口的温度值=真实制冷组件出口的温度值制冷组件物理仿真模型出口的流量值=真实制冷组件出口的流量值第三，在激励仿真台中搭建座舱物理仿真模型，采集真实制冷组件中驾驶舱管路和货舱管路的温度值和真实制冷组件中驾驶舱管路和货舱管路出口的流量值，并将上述温度值和流量值传递给激励仿真台的座舱物理仿真模型，座舱物理仿真模型根据输入的温度值和流量值，计算出座舱温度；供气量Q (座舱输入流量值)=(驾驶舱管路出口的流量值+货舱管路出口的流量值)*2供气量Q =驾驶舱供气量+货舱供气量驾驶舱供气量=驾驶舱管路出口的流量值拉货舱供气量=货舱管路出口的流量 值拉舱温模型的建立
权利要求
1. 一种制冷加热系统半物理仿真试验方法，其特征在于，试验系统包括制冷加热控制器、一套真实制冷组件，激励仿真台三部分，制冷加热控制器，用于采集传感器数值，接收激励仿真台传递的参数，调用控制器中固有的控制率，进行计算，以驱动控制系统中电动活门的开闭及开度；制冷加热控制器具有如下部件 Dcpu ；2)数据存储器，支持数据校验；3)USER Flash 存储器；4)SYSTEM Flash 存储器；5)非易失存储器；6)定时器；7)看门狗；8)以太网接口；9)温度传感器输入接口；10)压力传感器输入接口；11)流量传感器输入接口；12)温度控制活门输出通道接口；13)电源模块；14)机箱。制冷组件包括导管、散热器、压气机、涡轮、温度控制活门、制冷组件出口温度传感器、 制冷组件出口流量传感器，驾驶舱管路温度传感器、货舱管路温度传感器、驾驶舱管路流量传感器、货舱管路流量传感器；激励仿真台，用于采集传感器数值，通过运算计算出座舱的温度值；激励仿真台配置适当的硬件系统与软件系统，实现对另一套真实制冷组件的模拟以及座舱物理仿真模型的搭建。激励仿真台硬件选用流量采集模块和温度采集模块完成对驾驶舱管路流量、货舱管路流量、驾驶舱配平管路流量、货舱配平管路流量、驾驶舱管路温度和货舱管路温度的测量， 根据座舱温度模型传递函数将这些测量值参与计算，得出驾驶舱区域温度和货舱区域温度值，通过三线电阻仿真板卡将相应的温度值送给制冷加热控制器。 试验步骤如下第一，将上述制冷加热控制器、一套真实制冷组件和激励仿真台通过导线连接； 制冷加热控制器通过导线与真实制冷组件中的温度控制活门和制冷组件出口温度传感器连接，温度控制活门的开度由制冷加热控制器控制；同时，制冷加热控制器与激励仿真台通过硬件接口连接，制冷加热控制器接收激励仿真台的仿真信号；激励仿真台通过导线与真实制冷组件中的制冷组件出口流量传感器和制冷组件出口温度传感器连接。并且，激励仿真台设置有硬件输出接口，可以与制冷加热控制器对接。第二，在激励仿真台中搭建制冷组件物理仿真模型，采集真实制冷组件出口的温度值和流量值，并将真实制冷组件出口的温度值和流量值传递给制冷组件物理仿真模型； 制冷组件物理仿真模型出口的温度值=真实制冷组件出口的温度值制冷组件物理仿真模型出口的流量值=真实制冷组件出口的流量值第三，在激励仿真台中搭建座舱物理仿真模型，采集真实制冷组件中驾驶舱管路和货舱管路的温度值和真实制冷组件中驾驶舱管路和货舱管路出口的流量值，并将上述温度值和流量值传递给激励仿真台的座舱物理仿真模型，座舱物理仿真模型根据输入的温度值和流量值，计算出座舱温度；供气量Q(座舱输入流量值)=(驾驶舱管路出口的流量值+货舱管路出口的流量值) 供气量Q =驾驶舱供气量+货舱供气量驾驶舱供气量=驾驶舱管路出口的流量值拉货舱供气量=货舱管路出口的流量值拉座舱温度模型建立公式假设不考虑座舱舱壁的储热和内部座椅及人员的蓄热，即舱壁吸收热量和放出的热量相同df)CvV-L = nCvV0K-nCvV0tdt .............................. (1)θ λ—供入座舱的气体温度；θ t——座舱的温度。传递函数IV(S) = IlIl= "c ,νιX (5) CyVs + nC y V y s + 1............................. (2)η为换气效率，为座舱供气量Q和座舱容积V的比。第四，座舱物理仿真模型将计算得出的座舱温度传递给制冷加热控制器，制冷加热控制器根据座舱温度和座舱温度设定值之间的差计算出温度控制活门的控制率。
2.根据权利要求1所述的制冷加热系统半物理仿真试验方法，其特征在于，所述真实制冷组件中的温度控制活门数量为1个或多个。
3.根据权利要求1所述的制冷加热系统半物理仿真试验方法，其特征在于，所述制冷组件还包括一套配平系统，该配平系统包括导管、驾驶舱配平流量传感器、货舱配平流量传感器、驾驶舱配平空气活门和货舱配平空气活门，驾驶舱配平空气活门和货舱配平空气活门受制冷加热控制器控制，用导管从制冷组件前端引出热气，给制冷组件出口的冷气加温， 并将气体导入驾驶舱和货舱，该气体流量计入驾驶舱和货舱的输入流量值。
4.根据权利要求1或3所述的制冷加热系统半物理仿真试验方法，其特征在于，在制冷组件出口增加一个或多个混合式腔体，该腔体通过导管将制冷组件出口的气体和配平系统中的气体引入腔体内，并用导管将上述气体导出到座舱中。
5.根据权利要求3所述的制冷加热系统半物理仿真试验方法，其特征在于，所述驾驶舱配平传感器和货舱配平传感器中采集的流量值计入驾驶舱和货舱的输入流量值，供气量Q =(驾驶舱管路出口的流量值+货舱管路出口的流量值)*2+驾驶舱配平管路出口流量值+货舱配平管路出口流量值驾驶舱供气量=驾驶舱管路出口的流量值*2+驾驶舱配平管路出口流量值货舱供气量=货舱管路出口的流量值*2+货舱配平管路出口流量值按照步骤3计算出座舱温度，然后，座舱物理仿真模型将座舱温度传递给制冷加热控制器，制冷加热控制器根据座舱温度和座舱温度设定值之间的差计算出温度控制活门、驾驶舱配平空气活门和货舱配平空气活门的控制率。
全文摘要
一种制冷加热系统半物理仿真试验方法，属于大型民机环境控制领域设计技术。试验系统包括制冷加热控制器、一套真实制冷组件和激励仿真台，步骤如下第一，将上述部件通过导线连接；第二，在激励仿真台中搭建制冷组件物理仿真模型，将真实制冷组件出口的温度值和流量值传递给制冷组件物理仿真模型；第三，在激励仿真台中搭建座舱物理仿真模型，计算出座舱温度；第四，激励仿真台将座舱温度传递给制冷加热控制器，制冷加热控制器计算出温度控制活门的控制率。本发明优点是可以及早发现系统设计中的缺陷，大大的降低试验的风险，缩短系统附件的加工周期，减少系统附件的数量，本发明可以验证整个系统的性能指标及可靠性，调整系统参数和控制规律。
文档编号G05B17/02GK102360183SQ20111027282
公开日2012年2月22日 申请日期2011年9月14日 优先权日2011年9月14日
发明者党晓民, 朱明洁, 王佳莉 申请人:中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所