一种飞行控制系统地面测试平台及其测试方法与流程

1.本发明涉及一种飞行控制系统机上试验测试平台及其方法，特别是大型飞机飞行控制系统机上地面试验、飞行控制系统与结构模态耦合试验的测试平台及其方法，属于航空工程试验与测试领域。


背景技术：

2.飞机的设计研制中，特别是在进行飞机重要功能系统——飞行控制系统的设计研制中，在完成飞行控制系统的部件试验、飞行控制系统的分系统综合试验、飞行控制系统铁鸟集成试验后，进行飞行控制系统机上地面试验、飞行控制系统与结构模态耦合试验等。飞行控制系统机上地面试验、飞行控制系统与结构模态耦合试验中，通常根据试验对象——飞行控制系统的组成，按照电传飞行控制分系统、自动飞行控制分系统、高升力控制分系统和机械操纵分系统工作原理，以及飞行控制系统各分系统的部件在飞机上的安装位置和形式，按照试验项目内容，为飞行控制系统各分系统正常供电、供压，使用支持各分系统试验的仪器设备，进行飞行控制系统接口检查、信号极性与传动比检查、工作逻辑检查、系统控制与保护功能检查、告警显示功能检查，系统操纵特性、系统稳定储备、系统时域特性和系统频域特性测试等相关试验工作。
3.对于飞行控制系统与结构模态耦合试验，同样根据试验要求，使用满足试验要求的仪器设备，在飞行控制系统及其反馈传感器正常工作情况下，开展系统纵向控制通道、横向控制通道和航向控制通道频率响应特性的测量，检查飞行控制系统与结构是否存在耦合，以及系统各控制通道的幅值裕度和相位裕度是否满足要求。
4.上述试验中所使用仪器设备往往是针对单一试验对象——飞行控制系统的各分系统：电传飞行控制分系统、自动飞行控制分系统、高升力控制分系统和机械操纵分系统分别建造，各分系统机上地面试验所使用仪器设备相互独立，试验时，使用大量、众多的电缆一方面连接机载设备及测试仪器设备，另一方面，连接各自独立的测试仪器设备。分散、独立的仪器设备不但导致试验效率低下，而且容易发生信号连接错误。


技术实现要素：

5.本发明的目的是：是设计一种飞行控制系统机上试验测试平台及其方法，以便高效、方便、规范地完成飞行控制系统及其各分系统机上地面试验。
6.本发明的技术方案是:一种飞行控制系统机上试验测试平台，包括用于完成电传飞行控制分系统、自动飞行控制分系统、高升力控制分系统的机载信号检测的电传飞行控制信号断连单元、自动飞行控制信号断连单元、高升力控制信号断连单元，用于完成各分系统机载参数提取、存储和解析的电传飞行控制系统fti单元、自动飞行控制系统fti单元、高升力控制系统fti单元，用于完成飞行控制系统稳定储备试验和模态耦合试验的系统开环控制单元和频率响应分析系统，用于完成飞行控制系统闭环试验的飞行仿真系统、机载交联设备仿真系统、试验数据处理单元、综合控制管理系统，电传飞行控制系统fti单元、自动
飞行控制系统fti单元、高升力控制系统fti单元、频率响应分析系统、飞行仿真系统、机载交联设备仿真系统、试验数据处理单元、综合控制管理系统通过数据交换网络系统完成试验数据信息、控制命令和状态参数的传输与数据交换。
7.飞行控制系统机上试验测试平台优选方案如下：
8.电传飞行控制信号断连单元：
9.实现电传飞行控制计算机、作动器控制器及其交联的电传飞行控制分系统的机载设备之间信号传输断连，包括驾驶舱操纵指令传感器信号、驾驶舱控制显示信号、飞机运动传感器反馈信号、作动器控制信号、作动筒位移信号、舵面偏角信号等；
10.实现电传飞行控制计算机、作动器控制器及其交联航电系统、机电系统等机载设备之间数据总线信号的耦合传输，以及模拟量、数字量、开关量信号传输断连；
11.电传飞行控制计算机、作动器控制器及其交联的电传飞行控制分系统的机载设备，以及交联航电系统、机电系统等机载设备信号断连转接选择机载设备柜或设备架的信号分离面处。
12.自动飞行控制信号断连单元：
13.实现自动飞行控制计算机其交联的自动飞行控制分系统的机载设备之间信号传输断连，包括驾驶舱回传指令信号、驾驶舱控制显示信号、驾驶舱油门杆位置信号、发动机油门位置信号等；
14.实现自动飞行控制计算机及其交联航电系统等机载设备之间数据总线信号的耦合传输，以及模拟量、数字量、开关量信号传输断连；
15.自动飞行控制计算机及其交联的自动飞行控制分系统的机载设备，以及交联航电系统等机载设备信号断连转接选择机载设备柜或设备架的信号分离面处。
16.高升力控制信号断连单元：
17.实现高升力控制计算机及其交联的高升力控制分系统的机载设备之间信号传输断连，包括驾驶舱襟缝翼收放指令传感器信号、高升力动力驱动装置控制与反馈信号、襟缝翼舵面运动传感器反馈信号等；
18.实现高升力控制计算机及其交联航电系统、机电系统等机载设备之间数据总线信号的耦合传输，以及模拟量、数字量、开关量信号传输断连；
19.高升力控制计算机及其交联的高升力控制分系统的机载设备，以及交联航电系统、机电系统等机载设备信号断连转接选择机载设备柜或设备架的信号分离面处。
20.电传飞行控制系统fti单元：
21.配备功能完整、工作可靠的运行控制器，支持检测应用软件的运行，完成对各类接口板的运行控制；
22.配备功能完整、工作可靠的电传飞行控制机载数据总线接口板，在飞行控制系统及电传飞行控制分系统机上地面试验，或者飞行控制系统与结构模态耦合试验中，实现与电传飞行控制计算机的通讯，接收电传飞行控制计算机发送输出的数据信息，以及解析、显示；
23.配备功能完整、工作可靠的检测应用软件，提供有人-机界面操作控制功能、数据传输通信功能、数据存储功能、数据分析处理功能、图形曲线显示与报告生成功能，实现对机载数据总线接口板数据传输的管理控制，对电传飞行控制计算机输出的机载参数信息的
提取、解析和显示输出。
24.自动飞行控制系统fti单元：
25.配备功能完整、工作可靠的运行控制器，支持检测应用软件的运行，完成对各类接口板的运行控制；
26.配备功能完整、工作可靠的自动飞行控制机载数据总线接口板，在飞行控制系统及自动飞行控制分系统机上地面试验，或者飞行控制系统与结构模态耦合试验中，实现与自动飞行控制计算机的通讯，接收自动飞行控制计算机发送输出的数据信息，以及解析、显示；
27.配备功能完整、工作可靠的检测应用软件，提供有人-机界面操作控制功能、数据传输通信功能、数据存储功能、数据分析处理功能、图形曲线显示与报告生成功能，实现对机载数据总线接口板数据传输的管理控制，对自动飞行控制计算机输出的机载参数信息的提取、解析和显示输出。
28.高升力控制系统fti单元：
29.配备功能完整、工作可靠的运行控制器，支持检测应用软件的运行，完成对各类接口板的运行控制；
30.配备功能完整、工作可靠的高升力控制机载数据总线接口板，在飞行控制系统及高升力控制分系统机上地面试验，或者飞行控制系统与结构模态耦合试验中，实现与高升力控制计算机的通讯，接收高升力控制计算机发送输出的数据信息，以及解析、显示；
31.配备功能完整、工作可靠的检测应用软件，提供有人-机界面操作控制功能、数据传输通信功能、数据存储功能、数据分析处理功能、图形曲线显示与报告生成功能，实现对机载数据总线接口板数据传输的管理控制，对高升力控制计算机输出的机载参数信息的提取、解析和显示输出。
32.系统开环控制单元用于飞行控制系统稳定储备试验和模态耦合试验中，向伺服作动器注入测试指令信号，以及断开飞行控制系统指令信号到伺服作动器控制信号之间的连接，阻断飞行控制系统指令信号对伺服作动器的影响。
33.飞行仿真系统：
34.配备功能完整、工作可靠、实时运算能力强的运行控制器，支持仿真应用软件的运行，完成对接口板的运行控制；
35.配备功能完整、工作可靠的模拟量输入/输出接口板、数据总线接口板、数据传输接口板，在飞行控制系统及其分系统机上地面试验，或者飞行控制系统与结构模态耦合试验中，使用模拟量输入/输出接口板通过电传飞行控制信号断连单元实时采集机载的舵面偏角信号或者是作动器位移信号，使用数据总线接口板和数据传输接口板实时传输仿真计算的飞机运动位置、运动姿态等数据到数据交换网络系统；
36.配备功能完整、工作可靠的实时操作系统和仿真应用软件，提供有人-机界面操作控制功能、数学建模功能、模型实时解算功能，建立飞机运动方程、发动机推力方程等数学模型，并实时解算飞机运动方程、发动机推力方程等数学模型。
37.机载交联设备仿真系统：
38.配备功能完整、工作可靠、实时运算能力强的运行控制器，支持仿真应用软件的运行，完成对接口板的运行控制；
39.配备功能完整、工作可靠的模拟量输入/输出接口板、数据总线接口板、数据传输接口板，在飞行控制系统及其分系统机上地面试验中，使用数据传输接口板实时接收来自数据交换网络系统的飞机运动位置、运动姿态等数据，使用数据总线接口板仿真机载的大气数据系统、惯性导航系统、组合导航系统、低空无线电高度表等机载设备总线数据传输协议格式，通过电传飞行控制信号断连单元、自动飞行控制信号断连单元、高升力控制信号断连单元将总线数据分别传输到电传飞行控制计算机、自动飞行控制计算机、高升力控制计算机；
40.配备功能完整、工作可靠的实时操作系统和仿真应用软件，提供有人-机界面操作控制功能、数据总线接口控制协议定义编辑功能、数据总线接口控制协议解析功能、数据总线接口控制协议生成功能、数据总线数据接收功能、数据总线数据发送功能，实时接收飞机运动位置、运动姿态等数据，并按照机载设备的数据总线接口控制协议定义，生成对应机载设备的数据总线数据。
41.综合控制管理系统
42.配备功能完整、工作可靠、运算能力强的运行控制器，支持试验控制管理应用软件的运行，提供有人-机界面操作控制功能、试验状态设置与监示功能、试验状态控制功能、设备远程控制功能、试验执行调度功能；
43.配备功能完整、工作可靠的数据传输接口板，通过数据交换网络系统实现与电传飞行控制系统fti单元、自动飞行控制系统fti单元、高升力控制系统fti单元、频率响应分析系统、飞行仿真系统、机载交联设备仿真系统、试验数据处理单元之间的试验数据信息、控制命令和状态参数的传输与数据交换。
44.本发明的优点和有益效果是：(1)采用开放分布式体系结构，结构合理紧凑、工作可靠、具有模块化、标准化和系列化特点，能适应在严酷电磁与机械环境使用。(2)良好可扩展性、可剪裁性和可复用性，采用模块化组件设计，可根据需要选配组件模块，实现系统的积木化组合。(3)由于实现了通用化设计，在功能上相当于原有多个专用设备的功能，大大降低了设备成本。(4)功能完整、使用方便，大大提高了试验效率，缩短了试验周期，大大减少了费用。
附图说明
45.图1为本发明一种飞行控制系统机上试验测试平台组成结构框图；
46.图2为本发明一种飞行控制系统机上试验测试方法流程框图。
具体实施方式
47.下面结合附图和实施例对本发明作详细描述。
48.一种飞行控制系统机上试验测试平台组成结构如图1所示，包括用于完成电传飞行控制分系统、自动飞行控制分系统、高升力控制分系统的机载信号检测的电传飞行控制信号断连单元[101]、自动飞行控制信号断连单元[102]、高升力控制信号断连单元[103]，用于完成各分系统机载参数提取、存储和解析的电传飞行控制系统fti单元[104]、自动飞行控制系统fti单元[105]、高升力控制系统fti单元[106]，用于完成飞行控制系统稳定储备试验和模态耦合试验的系统开环控制单元[107]和频率响应分析系统[108]，用于完成飞
行控制系统闭环试验的飞行仿真系统[109]、机载交联设备仿真系统[110]、试验数据处理单元[111]、综合控制管理系统[112]，电传飞行控制系统fti单元[104]、自动飞行控制系统fti单元[105]、高升力控制系统fti单元[106]、频率响应分析系统[108]、飞行仿真系统[109]、机载交联设备仿真系统[110]、试验数据处理单元[111]、综合控制管理系统[112]通过数据交换网络系统[113]完成试验数据信息、控制命令和状态参数的传输与数据交换。
[0049]
飞行控制系统机上试验测试平台优选方案如下：
[0050]
电传飞行控制信号断连单元[101]：
[0051]
实现电传飞行控制计算机、作动器控制器及其交联的电传飞行控制分系统的机载设备之间信号传输断连，包括驾驶舱操纵指令传感器信号、驾驶舱控制显示信号、飞机运动传感器反馈信号、作动器控制信号、作动筒位移信号、舵面偏角信号等；
[0052]
实现电传飞行控制计算机、作动器控制器及其交联航电系统、机电系统等机载设备之间数据总线信号的耦合传输，以及模拟量、数字量、开关量信号传输断连；
[0053]
电传飞行控制计算机、作动器控制器及其交联的电传飞行控制分系统的机载设备，以及交联航电系统、机电系统等机载设备信号断连转接选择机载设备柜或设备架的信号分离面处。
[0054]
自动飞行控制信号断连单元[102]：
[0055]
实现自动飞行控制计算机其交联的自动飞行控制分系统的机载设备之间信号传输断连，包括驾驶舱回传指令信号、驾驶舱控制显示信号、驾驶舱油门杆位置信号、发动机油门位置信号等；
[0056]
实现自动飞行控制计算机及其交联航电系统等机载设备之间数据总线信号的耦合传输，以及模拟量、数字量、开关量信号传输断连；
[0057]
自动飞行控制计算机及其交联的自动飞行控制分系统的机载设备，以及交联航电系统等机载设备信号断连转接选择机载设备柜或设备架的信号分离面处。
[0058]
高升力控制信号断连单元[103]：
[0059]
实现高升力控制计算机及其交联的高升力控制分系统的机载设备之间信号传输断连，包括驾驶舱襟缝翼收放指令传感器信号、高升力动力驱动装置控制与反馈信号、襟缝翼舵面运动传感器反馈信号等；
[0060]
实现高升力控制计算机及其交联航电系统、机电系统等机载设备之间数据总线信号的耦合传输，以及模拟量、数字量、开关量信号传输断连；
[0061]
高升力控制计算机及其交联的高升力控制分系统的机载设备，以及交联航电系统、机电系统等机载设备信号断连转接选择机载设备柜或设备架的信号分离面处。
[0062]
电传飞行控制系统fti单元[104]：
[0063]
配备功能完整、工作可靠的运行控制器，支持检测应用软件的运行，完成对各类接口板的运行控制；
[0064]
配备功能完整、工作可靠的电传飞行控制机载数据总线接口板，在飞行控制系统及电传飞行控制分系统机上地面试验，或者飞行控制系统与结构模态耦合试验中，实现与电传飞行控制计算机的通讯，接收电传飞行控制计算机发送输出的数据信息，以及解析、显示；
[0065]
配备功能完整、工作可靠的检测应用软件，提供有人-机界面操作控制功能、数据
传输通信功能、数据存储功能、数据分析处理功能、图形曲线显示与报告生成功能，实现对机载数据总线接口板数据传输的管理控制，对电传飞行控制计算机输出的机载参数信息的提取、解析和显示输出。
[0066]
自动飞行控制系统fti单元[105]：
[0067]
配备功能完整、工作可靠的运行控制器，支持检测应用软件的运行，完成对各类接口板的运行控制；
[0068]
配备功能完整、工作可靠的自动飞行控制机载数据总线接口板，在飞行控制系统及自动飞行控制分系统机上地面试验，或者飞行控制系统与结构模态耦合试验中，实现与自动飞行控制计算机的通讯，接收自动飞行控制计算机发送输出的数据信息，以及解析、显示；
[0069]
配备功能完整、工作可靠的检测应用软件，提供有人-机界面操作控制功能、数据传输通信功能、数据存储功能、数据分析处理功能、图形曲线显示与报告生成功能，实现对机载数据总线接口板数据传输的管理控制，对自动飞行控制计算机输出的机载参数信息的提取、解析和显示输出。
[0070]
高升力控制系统fti单元[106]：
[0071]
配备功能完整、工作可靠的运行控制器，支持检测应用软件的运行，完成对各类接口板的运行控制；
[0072]
配备功能完整、工作可靠的高升力控制机载数据总线接口板，在飞行控制系统及高升力控制分系统机上地面试验，或者飞行控制系统与结构模态耦合试验中，实现与高升力控制计算机的通讯，接收高升力控制计算机发送输出的数据信息，以及解析、显示；
[0073]
配备功能完整、工作可靠的检测应用软件，提供有人-机界面操作控制功能、数据传输通信功能、数据存储功能、数据分析处理功能、图形曲线显示与报告生成功能，实现对机载数据总线接口板数据传输的管理控制，对高升力控制计算机输出的机载参数信息的提取、解析和显示输出。
[0074]
系统开环控制单元[107]用于飞行控制系统稳定储备试验或模态耦合试验中，向伺服作动器注入测试指令信号，以及断开飞行控制系统指令信号到伺服作动器控制信号之间的连接，阻断飞行控制系统指令信号对伺服作动器的影响。
[0075]
飞行仿真系统[109]：
[0076]
配备功能完整、工作可靠、实时运算能力强的运行控制器，支持仿真应用软件的运行，完成对接口板的运行控制；
[0077]
配备功能完整、工作可靠的模拟量输入/输出接口板、数据总线接口板、数据传输接口板，在飞行控制系统及其分系统机上地面试验，或者飞行控制系统与结构模态耦合试验中，使用模拟量输入/输出接口板通过电传飞行控制信号断连单元[101]实时采集机载的舵面偏角信号或者是作动器位移信号，使用数据总线接口板和数据传输接口板实时传输仿真计算的飞机运动位置、运动姿态等数据到数据交换网络系统[113]；
[0078]
配备功能完整、工作可靠的实时操作系统和仿真应用软件，提供有人-机界面操作控制功能、数学建模功能、模型实时解算功能，建立飞机运动方程、发动机推力方程等数学模型，并实时解算飞机运动方程、发动机推力方程等数学模型。
[0079]
机载交联设备仿真系统[110]：
[0080]
配备功能完整、工作可靠、实时运算能力强的运行控制器，支持仿真应用软件的运行，完成对接口板的运行控制；
[0081]
配备功能完整、工作可靠的模拟量输入/输出接口板、数据总线接口板、数据传输接口板，在飞行控制系统及其分系统机上地面试验中，使用数据传输接口板实时接收来自数据交换网络系统[113]的飞机运动位置、运动姿态等数据，使用数据总线接口板仿真机载的大气数据系统、惯性导航系统、组合导航系统、低空无线电高度表等机载设备总线数据传输协议格式，通过电传飞行控制信号断连单元[101]、自动飞行控制信号断连单元[102]、高升力控制信号断连单元[103]将总线数据分别传输到电传飞行控制计算机、自动飞行控制计算机、高升力控制计算机；
[0082]
配备功能完整、工作可靠的实时操作系统和仿真应用软件，提供有人-机界面操作控制功能、数据总线接口控制协议定义编辑功能、数据总线接口控制协议解析功能、数据总线接口控制协议生成功能、数据总线数据接收功能、数据总线数据发送功能，实时接收飞机运动位置、运动姿态等数据，并按照机载设备的数据总线接口控制协议定义，生成对应机载设备的数据总线数据。
[0083]
综合控制管理系统[112]：
[0084]
配备功能完整、工作可靠、运算能力强的运行控制器，支持试验控制管理应用软件的运行，提供有人-机界面操作控制功能、试验状态设置与监示功能、试验状态控制功能、设备远程控制功能、试验执行调度功能；
[0085]
配备功能完整、工作可靠的数据传输接口板，通过数据交换网络系统[113]实现与电传飞行控制系统fti单元[104]、自动飞行控制系统fti单元[105]、高升力控制系统fti单元[106]、频率响应分析系统[108]、飞行仿真系统[109]、机载交联设备仿真系统[110]、试验数据处理单元[111]之间的试验数据信息、控制命令和状态参数的传输与数据交换。
[0086]
图2为本发明一种飞行控制系统机上试验测试方法流程图。
[0087]
本发明的一种飞行控制系统机上试验测试方法包括以下详细步骤：
[0088]
步骤1：系统执行开始[201]，按照试验需要完成的任务，进行机上试验环境条件的检查和准备；
[0089]
步骤2：执行[202]，使用地面电源为机上飞行控制系统供电。使用地面液压源为机上飞行控制系统供压；
[0090]
步骤3：执行[203]，机载飞行控制系统初始工作状态检查；
[0091]
步骤4：执行[204]，地面测试仪器设备上电工作，初始化检测设备；
[0092]
步骤5：执行[205]，设置构型状态等初始参数，使用综合控制管理系统远程控制，设置检测设备的初始状态；
[0093]
步骤6：执行[206]，使用fti检查飞行控制系统状态；
[0094]
步骤7：执行[207]，使用电传飞行控制系统fti读取机载电传飞行控制系统状态及参数；
[0095]
步骤8：执行[208]，使用自动飞行控制系统fti读取机载自动飞行控制系统状态及参数；
[0096]
步骤9：执行[209]，使用高升力控制系统fti读取机载高升力控制系统状态及参数；
[0097]
步骤10：执行[210]，检查电传飞行控制系统fti、自动飞行控制系统fti、高升力控制系统fti所记录机载系统状态正常否？如正常则执行步骤12，否则执行步骤11；
[0098]
步骤11：执行[211]，飞行控制系统状态不正常时，重新检查并调整机载飞行控制系统状态，并执行步骤6；
[0099]
步骤12：执行[212]，飞行控制系统状态正常，改变指令参数、或反馈参数，远程控制试验测试设备；
[0100]
步骤13：执行[213]，按当前构型运行飞行仿真系统，并采集舵面信号，根据舵面偏角解算飞机运动方程和发动机推力方程，得到飞机位置、姿态等参数；
[0101]
步骤14：执行[214]，仿真计算的飞机位置、姿态等参数结果传输给机载交联设备仿真系统；
[0102]
步骤15：执行[215]，机载交联设备仿真系统按机载设备总线数据传输协议格式，生成参数传输给飞行控制系统计算机；
[0103]
步骤16：执行[216]，在驾驶舱模拟飞行员进行操纵装置的操作，以及对飞行控制系统控制-显示装置的状态设置；
[0104]
步骤17：执行[217]，当前状态试验测试完成否？如未完成，则执行步骤12，否则，当前状态试验测试完成，执行步骤18；
[0105]
步骤18：执行[218]，fti数据传输到试验数据处理单元进行数据存储处理；
[0106]
步骤19：执行[219]，试验继续否？如试验继续，则执行步骤5，否则，试验完成，执行步骤20；
[0107]
步骤20：执行[220]，结束试验。