硬件在回路故障注入系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及硬件在回路仿真，尤其涉及用于硬件在回路仿真的硬件在回路故障注入系统。
【背景技术】
[0002]根据复杂机载系统开发流程(SAE ARP4754A)和适航验证(CCAR33.28)的要求，航空发动机控制系统的研制应按照全数字仿真测试、硬件在回路仿真试验、半物理仿真验证、台架试车的顺序开展，以保证系统在所有的状态下功能、性能等方面符合系统的需求。
[0003]硬件在回路仿真试验是以真实发动机电子控制器(EEC)和监视装置(EMU)为试验对象，按照控制系统的系统要求设计测试用例，对控制系统的功能、性能、接口进行高效、全面的验证，尽早发现并克服设计缺陷，降低半物理仿真验证和台架试车的事故风险。硬件在回路仿真试验包括控制系统容错算法、故障诊断与故障隔离、信号处理、EMU的接口电路、指示告警、总线通讯等。
[0004]图1是示出了硬件在回路仿真系统的一般框图。实时仿真计算机上运行有各种发动机模型，诸如发动机气路模型、燃滑油系统模型、作动机构模型、传感器模型等。实时仿真计算机控制信号模拟设备，后者在实时仿真计算机的控制下模拟出供待测设备(即真实电子控制器)采集的各种信号。具体地，信号模拟设备可以是任何硬件在回路仿真电气信号模拟板卡，其板卡输入内容根据需求不同可为热电阻模拟板卡输出、热电偶模拟板卡输出、频率量模拟板卡输出、开关量模拟板卡输出、LVDT/RVDT模拟板卡输出、电桥信号模拟板卡输出等等。
[0005]信号模拟设备通过故障注入系统与待测设备，例如真实电子控制器连接。电子控制器中运行控制逻辑和控制软件。实时仿真计算机及其上运行的发动机及燃油系统模型、信号模拟设备、故障注入系统共同构成硬件在回路仿真系统，其中，故障注入系统为硬件在回路仿真系统的核心子系统。硬件在回路仿真系统的价格一般在百万人民币级，因此一个或多个型号燃油控制系统配备一套硬件在回路仿真系统。
[0006]传统的航空发动机硬件在回路故障注入系统构型见图1。该系统200包括故障注入矩阵210、继电器控制装置220、电源故障模拟设备230、以及断线盒240。故障注入矩阵210由“行”通道、“列”通道和继电器组成。“行”通道和“列”通道十字交叉，每个交叉点上都有一个继电器(211、212)，继电器控制行通道与列通道在相应交叉点处的连通和断开。每个行通道中设有继电器(213)以控制该行通道的通断。每个行通道是一条线缆，作为信号线将信号模拟设备的用于输出特定信号的特定输出端连接至待测设备的用于采集该特定信号的相应输入端。如上所述，信号模拟设备可以模拟供待测设备采集的各种信号，因此具有若干输出端，故障注入矩阵210的行通道的数量一般与信号模拟设备的输出端的数量相同。故障注入矩阵210具有两个列通道，其中一个列通道作为电源故障通道耦接至电源故障模拟设备230，另一列通道作为短路通道不连接外部设备。
[0007]对于信号模拟的信号线间短路故障，由短路继电器211、断路继电器213、和信号模拟设备配合进行。例如，要模拟待测设备的第一根信号线与第二根信号线之间短路，则继电器控制装置220可控制第一行短路继电器211闭合、第二行短路继电器211闭合、全部的断路继电器213闭合、其余短路继电器断开来实现。
[0008]对于信号模拟通道的对电源短路故障，由断路继电器213和电源故障注入继电器212配合实现。例如，要模拟待测设备的第一根信号线对电源短路，可将电源故障模拟设备230调整至输出期望的故障电压，继电器控制装置220可控制第一行电源故障注入继电器212闭合、全部的断路继电器213闭合来实现。
[0009]类似地，对于信号模拟通道的断路故障，由断路继电器213实现。例如，要模拟待测设备的第一根信号线的断路，则继电器控制装置220可控制第一个行通道中的断路继电器213断开来实现。
[0010]对于阻性短路、串扰等复杂故障注入，可通过断线盒240手工实现。
[0011]传统的故障注入系统存在如下缺点:
[0012]可靠性缺陷，由于所使用继电器触点存在有限寿命，故障注入设备可能会由于某些测试用例导致的某个继电器频繁使用而损坏。
[0013]安全性缺陷，电气系统故障注入是对被测设备具有潜在破坏性的危险实现，一旦测试用例逻辑出现错误，可能会导致被测设备(EEC、EMU)烧毁，造成较大的经济损失。传统航空发动机故障注入系统一般是由汽车发动机电子控制器故障注入系统演化而来，由于汽车电子控制器成本低，故这种损失对于汽车电子控制器故障注入试验是可接受，但对于航空发动机电子控制器故障注入试验是难以承受的。
[0014]功能缺失:
[0015]I)不易实现阻性、容性和感性以及混合电气特性自动故障注入能力；
[0016]2)不易驳接自动标定设备；
[0017]3)无法实现频带噪声注入；以及
[0018]4)由于内置不易更换断线盒导致的对微小信号的干扰，故电荷模拟信号、热电偶模拟信号无法实现自动故障注入功能。
[0019]可维护性缺陷，由于设备的寿命是不可预知，且可能会由于某些测试而快速缩短使用寿命，给设备的备件供应造成较大的不确定性，而且由于设备损坏与否是不能在用户使用前获知的，故可能会导致试验结果无效。
[0020]因此，本领域需要一种改善的适用于航空发动机领域的故障注入系统。
【发明内容】
[0021]以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。
[0022]根据本发明的一方面，提供了一种硬件在回路故障注入系统，包括:
[0023]故障注入矩阵，该故障注入矩阵包括多个行通道和多个列通道，这多个行通道中的每个行通道与这多个列通道中的每个列通道之间经由短路继电器耦接，用于模拟待测设备的待采集信号的信号模拟设备的若干个输出端经由该故障注入矩阵中作为信号通道的相应若干个行通道耦接至待测设备的相应若干个输入端，每个信号通道中安设有断路继电器；
[0024]电源故障模拟单元，用于模拟电源线电气特性，该电源故障模拟单元耦接至该故障注入矩阵中作为电源通道的行通道；以及
[0025]故障注入监控单元，用于控制该故障注入矩阵的该短路继电器和该断路继电器的开关状态并监视各继电器的开关次数，
[0026]其中，响应于故障注入指令，该故障注入监控单元基于各继电器的开关次数来选择用于执行该故障注入指令的继电器。
[0027]在一实例中，该故障注入监控单元基于各继电器的开关次数来选择用于执行该故障注入指令的继电器进一步包括:
[0028]该故障注入监控单元解析用于实现该故障注入指令的所有继电器动作组合，计算每种继电器动作组合下的全部继电器开关次数的方差，并选择方差最小的继电器动作组合来执行该故障注入指令。
[0029]在一实例中，该故障注入系统还包括:
[0030]电流/电压测量单元，该电流/电压测量单元安设于该故障注入矩阵的该电源通道上，在执行信号对电源短路指令时，该故障注入监控单元响应于该电流/电压测量单元测得的电流或电压值大于安全阈值，通过控制相应的短路继电器来切断该电源故障模拟单元与信号通道之间的短路。
[0031]在一实例中，该故障注入指令是信号对电源短路指令，响应于信号对电源短路指令，该故障注入监控单元基于各继电器的开关次数来选择相应的继电器以使特定列通道将该电源通道与要对电源短路的信号通道接通。
[0032]在一实例中，该故障注入指令是信号间短路指令，响应于信号间短路指令，该故障注入监控单元基于各继电器的开关次数来选择相应的继电器以使特定列通道将彼此之间要短路的两个信号通道接通。
[0033]在一实例中，该故障注入矩阵的这多个列通道中的至少一些列通道耦接至程控电阻、程控电容、和程控电感中的至少一者以供在信号通道中选择性地引入阻抗特性。
[0034]在一实例中，该故障注入矩阵中的一个列通道作为公共端耦接至该程控电阻、该程控电容和该程控电感的一端，以及另三个列通道分别耦接至该程控电阻、该程控电容和该程控电感的另一端。
[0035]在一实例中，该故障注入指令是信号间并联阻抗指令，响应于信号间并联阻抗指令，该故障注入监控单元基于各继电器的开关次数来选择相应的继电器以使耦接该程控电阻、该程控电容和该程控电感中任一者的两个列通道分别与彼此之间要并联阻抗的两个信号通道接通。
[0036]在一实例中，该故障注入指令是信号串联阻抗指令，响应于信号串联阻抗指令，该故障注入监控单元基于各继电器的开关次数来选择相应的继电器以使耦接该程控电阻、该程控电容和该程控电感中任一者的两个列通道皆与要串联阻抗的信号通道接通。
[0037]在一实例中，其特征在于，该故障注入矩阵的这多个行通道中包括至少一个不与该信号模拟设备的任何输出端以及待测设备的任何输入端相连的冗余行通道，所示冗余行通道中安设有断路继电器，该故障注入矩阵中的至少一个列通道位于所有断路继电器的靠近待测设备的一侧以用作串联阻抗列通道，
[0038]其中使耦接该程控电阻、该程控电容和该程控电感中至少一者的两个列通道皆与要串联阻抗的信号通道接通进一步包括:
[0039]使耦接该程控电阻、该程控电容和该程控电感中任一者的该两个列通道中的一个列通道与要串联阻抗的信号通道接通，而另一个列通道与该冗余行通道接通，该串联阻抗列通道与要串联阻抗的信号通道以及该冗余行通道接通，并且断开要串联阻抗的信号通道中的断路继电器，而闭合该冗余行通道中的断路继电器。
[0040]在一实例中，该