本實用新型涉及航空發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)的試驗裝置，尤其涉及航空發(fā)動機(jī)LVDT信號硬件在回路試驗裝置。

背景技術(shù)：

航空發(fā)動機(jī)硬件在回路試驗以系統(tǒng)軟硬件需求為試驗輸入，進(jìn)行現(xiàn)階段所能做的仿真驗證，驗證目前系統(tǒng)軟硬件研制工作對系統(tǒng)功能性能要求的符合性，以盡早發(fā)現(xiàn)并克服設(shè)計缺陷，降低半物理和臺架試車的事故風(fēng)險。為此，需要模擬包括LVDT(Linear Variable Differential Transform，線性可調(diào)差動變壓器)信號在內(nèi)的各種傳感器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行硬件在回路仿真。

航空發(fā)動機(jī)LVDT信號硬件在回路試驗的裝置，為完成該項具有挑戰(zhàn)性的試驗驗證工作提供了一個便捷、有效地試驗平臺。傳統(tǒng)的LVDT信號模擬試驗平臺，由于存在模擬可信度不高，及各種采樣的誤差，信號模擬精度有限，且無故障注入模塊，如圖1所示。

信號調(diào)理單元104的作用為將正弦波激勵源105的信號處理為方波信號，信號調(diào)理單元102的作用為將D/A輸出模塊101的直流信號與方波信號進(jìn)行調(diào)制，信號調(diào)理單元103的作用為輸出與輸入信號的阻抗匹配，同時連接導(dǎo)航計算機(jī)檢測端口。

該方案的輸出只有一路電壓信號，并且輸出為方波信號，未真實的模擬出LVDT傳感器的結(jié)構(gòu)及特性。

另外該方案采用使用高速A/D采樣激勵信號，然后進(jìn)行運算解調(diào)，經(jīng)過相位補(bǔ)償?shù)冗\算后，使用高速A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)造出響應(yīng)信號，來模擬LVDT功能。該方法對器件速度和算法要求較髙，增加了軟件難度，動態(tài)性能不佳，且與激勵頻率無關(guān)，適應(yīng)范圍小，無法保證輸入載波信號與輸出載波信號間相移。

此外，該方案不具備故障注入功能，功能實現(xiàn)上不夠完整。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服上述缺陷，本實用新型旨在提供一種航空發(fā)動機(jī)LVDT信號硬件在回路試驗裝置。

根據(jù)本實用新型的一方面，提供了一種航空發(fā)動機(jī)LVDT信號硬件在回路試驗裝置，包括：

電子控制器，用于執(zhí)行發(fā)動機(jī)控制；

實時仿真模塊，用于仿真發(fā)動機(jī)的作動部件以輸出作動部件的LVDT相對位移量；

電壓采集模塊，耦接至該電子控制器，用于采集來自該電子控制器的激勵信號以提供用于該航空發(fā)動機(jī)LVDT信號硬件在回路試驗裝置的工作電壓；

A相幅值變換模塊，耦接至該實時仿真模塊和該電壓采集模塊，用于基于來自該實時仿真模塊的LVDT相對位移量對該工作電壓執(zhí)行A相幅值變換，以輸出A相LVDT反饋信號至該電子控制器的A通道以供該電子控制器執(zhí)行發(fā)動機(jī)控制仿真；以及

B相幅值變換模塊，耦接至該實時仿真模塊和該電壓采集模塊，用于基于來自該實時仿真模塊的LVDT相對位移量對該工作電壓執(zhí)行B相幅值變換，以輸出B相LVDT反饋信號至該電子控制器的B通道以供該電子控制器執(zhí)行發(fā)動機(jī)控制仿真。

在一實例中，該A相LVDT反饋信號的電壓幅值Va＝V_工作*(0.5+0.5P)，該B相LVDT反饋信號的電壓幅值Vb＝V_工作*(0.5-0.5P)，其中V_工作為該工作電壓，P為該LVDT相對位移量，-1≤P≤1。

在一實例中，該激勵信號的振幅為3±0.5V，激勵頻率為3000±500Hz。

在一實例中，該裝置還包括：故障注入模塊，耦接于該A相幅值變換模塊與該電子控制器之間以及耦接于該B相幅值變換模塊與該電子控制器之間，用于選擇性地對該A相LVDT反饋信號和該B相LVDT反饋信號執(zhí)行故障注入。

在一實例中，該故障注入模塊耦接至該實時仿真模塊以響應(yīng)于來自該實時仿真模塊的故障注入控制信號來執(zhí)行故障注入或不執(zhí)行故障注入。

在一實例中，在執(zhí)行故障注入的情況下該故障注入模塊還響應(yīng)于該故障注入控制信號選擇故障注入模式。

在一實例中，故障注入模式包括以下一者或多者：短路、斷路、對電源短路、對地短路、連續(xù)開路，斷續(xù)短路。

在一實例中，該裝置還包括：A相模擬隔離模塊，耦接于該電壓采集模塊和該A相幅值變換模塊之間，以用于將經(jīng)隔離的工作電壓傳遞給該A相幅值變換模塊；以及B相模擬隔離模塊，耦接于該電壓采集模塊和該B相幅值變換模塊之間，以用于將經(jīng)隔離的工作電壓傳遞給該B相幅值變換模塊。

根據(jù)本實用新型的方案，通過采用模擬隔離、幅值變換等方式真實的模擬了LVDT傳感器信號的電氣特性，并保證了LVDT模擬裝置的安全性及可靠性。此外還具備故障注入功能，可直接通過軟件注入故障信息。通過該裝置，驗證控制系統(tǒng)燃油控制系統(tǒng)LVDT信號處理軟件在真實硬件、實時操作系統(tǒng)中的運行，以及硬件和操作系統(tǒng)軟件可能產(chǎn)生的故障；并且根據(jù)CCAR33.28條款的要求，對民用航空發(fā)動機(jī)燃油控制系統(tǒng)的LVDT信號處理的功能和性能進(jìn)行充分驗證，以保證在所有的工作條件下在預(yù)期的狀態(tài)工作。

附圖說明

在結(jié)合以下附圖閱讀本公開的實施例的詳細(xì)描述之后，更能夠更好地理解本實用新型的上述特征和優(yōu)點。

圖1是示出了傳統(tǒng)航空發(fā)動機(jī)LVDT信號模擬試驗平臺的簡要示意圖；

圖2是示出了根據(jù)本實用新型的一實施例的航空發(fā)動機(jī)LVDT信號硬件在回路試驗裝置的框圖；以及

圖3是示出了根據(jù)本實用新型的另一實施例的航空發(fā)動機(jī)LVDT信號硬件在回路試驗裝置的框圖。

為清楚起見，以下給出附圖標(biāo)記的簡要說明：

101：D/A輸出模塊

102、103、104：信號調(diào)理單元

105：正弦波激勵源

201、301：實時仿真模塊

203A、303A：A相幅值變換模塊

203B、303B：B相幅值變換模塊

204、304：電壓采集模塊

205A、305A：A相模擬隔離模塊

205B、305B：B相模擬隔離模塊

206、306：電子控制器

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作詳細(xì)描述。注意，以下結(jié)合附圖和具體實施例描述的諸方面僅是示例性的，而不應(yīng)被理解為對本實用新型的保護(hù)范圍進(jìn)行任何限制。

本實用新型針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種航空發(fā)動機(jī)LVDT信號硬件在回路試驗的裝置。針對復(fù)雜的LVDT電氣特性及故障模擬方式，可以通過該實驗?zāi)K，高效、準(zhǔn)確的完成LVDT信號的驗證試驗。

圖2是示出了根據(jù)本實用新型的一實施例的航空發(fā)動機(jī)LVDT信號硬件在回路試驗裝置200(以下簡稱裝置200)的框圖。如圖2所示，該裝置200可包括實時仿真模塊201、A相幅值變換模塊203A、B相幅值變換模塊203B、電壓采集模塊204、A相模擬隔離模塊205A、B相模擬隔離模塊205B、以及電子控制器206。

實時仿真模塊201可通過運行發(fā)動機(jī)或者燃油控制系統(tǒng)部件模型，以仿真發(fā)動機(jī)作動部件，解算出發(fā)動機(jī)作動部件的LVDT信號，具體而言為LVDT相對位移量P，其中-1≤P≤1。實時仿真模塊201可以是高性能工業(yè)計算機(jī)，其中運行實時操作系統(tǒng)和支持工控機(jī)軟件。

電壓采集模塊204耦接至電子控制器206以采集來自電子控制器206的激勵信號。例如該激勵信號可以是振幅為3±0.5V，激勵頻率為3000±500Hz的正弦信號。電壓采集模塊204對該激勵信號進(jìn)行采集以輸出用于整個裝置的工作電壓，并存儲在緩存器中以作為A相幅值變換模塊203A和B相幅值變換模塊203B的輸入。

在如圖2所示的實施例中，為了信號的可靠性，在電壓采集模塊204和A相幅值變換模塊203A之間設(shè)有A相模擬隔離模塊205A，而在電壓采集模塊204和B相幅值變換模塊203B之間設(shè)有B相模擬隔離模塊205B，由此提供經(jīng)隔離的工作電壓。例如，通過隔離芯片的隔離，使得板卡與電子控制器避免共地從而燒掉板卡的風(fēng)險。

A相幅值變換模塊203A耦接接收來自實時仿真模塊201的LVDT相對位移量和經(jīng)隔離的工作電壓，并基于該LVDT相對位移量對該工作電壓執(zhí)行A相幅值變換，以輸出A相LVDT反饋信號至電子控制器206的A通道以供電子控制器206，具體例如電子控制器206中的LVDT信號處理模塊，執(zhí)行發(fā)動機(jī)控制仿真。

B相幅值變換模塊203B耦接接收來自實時仿真模塊201的LVDT相對位移量和經(jīng)隔離的工作電壓，并基于該LVDT相對位移量對該工作電壓執(zhí)行B相幅值變換，以輸出B相LVDT反饋信號至電子控制器206的B通道以供電子控制器206，具體例如電子控制器206中的LVDT信號處理模塊，執(zhí)行發(fā)動機(jī)控制仿真。這里，電子控制器206為民用航空發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)硬件在回路試驗的試驗對象。電子控制器206可以完成航空發(fā)動機(jī)燃油控制、閉環(huán)仿真等功能。

具體而言，A相幅值變換模塊203A執(zhí)行的A相幅值變換可用A相變換幅值公式Va＝V_工作*(0.5+0.5P)來表示，Va為A相LVDT反饋信號的電壓幅值，V_工作為工作電壓，P為LVDT相對位移量，-1≤P≤1。B相幅值變換模塊203B執(zhí)行的B相幅值變換可用B相變換幅值公式Vb＝V_工作*(0.5-0.5P)來表示，Vb為B相LVDT反饋信號的電壓幅值。

采用幅值變換方式，即采用激勵信號與轉(zhuǎn)換比相乘的方法實現(xiàn)，將放大倍數(shù)轉(zhuǎn)換為模擬信號或者特定格式的數(shù)字值，用激勵信號與該信號相乘，其響應(yīng)信號能夠模擬LVDT的副線圈輸出，這種方法可以獲得較高的精度，且容易實現(xiàn)。由此提高了LVDT信號模擬真實度及精確度，真實的還原了LVDT傳感器的電氣特性。

圖3是示出了根據(jù)本實用新型的一實施例的航空發(fā)動機(jī)LVDT信號硬件在回路試驗裝置300(以下簡稱裝置300)的框圖。如圖3所示，該裝置300可包括實時仿真模塊301、A相幅值變換模塊303A、B相幅值變換模塊303B、電壓采集模塊304、A相模擬隔離模塊305A、B相模擬隔離模塊305B、電子控制器306、以及故障注入模塊307。

實時仿真模塊301可通過運行發(fā)動機(jī)或者燃油控制系統(tǒng)部件模型，以仿真發(fā)動機(jī)作動部件，解算出發(fā)動機(jī)作動部件的LVDT信號，具體而言為LVDT相對位移量P，其中-1≤P≤1。實時仿真模塊301可以是高性能工業(yè)計算機(jī)，其中運行實時操作系統(tǒng)和支持工控機(jī)軟件。

電壓采集模塊304耦接至電子控制器306以采集來自電子控制器306的激勵信號。例如該激勵信號可以是振幅為3±0.5V，激勵頻率為3000±500Hz的正弦信號。電壓采集模塊304對該激勵信號進(jìn)行采集以輸出用于整個裝置的工作電壓，并存儲在緩存器中以作為A相幅值變換模塊303A和B相幅值變換模塊303B的輸入。

在如圖3所示的實施例中，為了信號的可靠性，在電壓采集模塊304和A相幅值變換模塊303A之間設(shè)有A相模擬隔離模塊305A，而在電壓采集模塊304和B相幅值變換模塊303B之間設(shè)有B相模擬隔離模塊305B，由此提供經(jīng)隔離的工作電壓。例如，通過隔離芯片的隔離，使得板卡與電子控制器避免共地從而燒掉板卡的風(fēng)險。

A相幅值變換模塊303A耦接接收來自實時仿真模塊201的LVDT相對位移量和經(jīng)隔離的工作電壓，并基于該LVDT相對位移量對該工作電壓執(zhí)行A相幅值變換，以輸出A相LVDT反饋信號至電子控制器306的A通道以供電子控制器306，具體例如電子控制器306中的LVDT信號處理模塊，執(zhí)行發(fā)動機(jī)控制仿真。

B相幅值變換模塊303B耦接接收來自實時仿真模塊201的LVDT相對位移量和經(jīng)隔離的工作電壓，并基于該LVDT相對位移量對該工作電壓執(zhí)行B相幅值變換，以輸出B相LVDT反饋信號至電子控制器306的B通道以供電子控制器306，具體例如電子控制器306中的LVDT信號處理模塊，執(zhí)行發(fā)動機(jī)控制仿真。這里，電子控制器306為民用航空發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)硬件在回路試驗的試驗對象。電子控制器306可以完成航空發(fā)動機(jī)燃油控制、閉環(huán)仿真等功能。

具體而言，A相幅值變換模塊303A執(zhí)行的A相幅值變換可用A相變換幅值公式Va＝V_工作*(0.5+0.5P)來表示，Va為A相LVDT反饋信號的電壓幅值，V_工作為工作電壓，P為LVDT相對位移量，-1≤P≤1。B相幅值變換模塊303B執(zhí)行的B相幅值變換可用B相變換幅值公式Vb＝V_激勵*(0.5-0.5P)來表示，Vb為B相LVDT反饋信號的電壓幅值。

在如圖3所示的實施例中，在A相幅值變換模塊303A與電子控制器306之間以及B相幅值變換模塊與電子控制器306之間設(shè)有故障注入模塊307。故障注入模塊307用于選擇性地對A相LVDT反饋信號和B相LVDT反饋信號執(zhí)行故障注入。

具體而言，故障注入模塊306耦接至實時仿真模塊301以接收故障注入控制信號，從而響應(yīng)于該故障注入控制信號來決定執(zhí)行還是不執(zhí)行故障注入。在執(zhí)行故障注入的情況下，故障注入模塊306還可響應(yīng)于該故障注入控制信號決定故障注入模式。故障注入模式包括以下一者或多者：短路、斷路、對電源短路、對地短路、連續(xù)開路，斷續(xù)短路。

由于具有故障注入功能，實現(xiàn)了從板卡直接對信號進(jìn)行故障注入，不僅簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，不需要額外增加故障注入模塊，并且可真實的模擬LVDT的故障特性，大大增強(qiáng)了LVDT信號模擬裝置的功能。

根據(jù)本實用新型的方案，通過采用模擬隔離、幅值變換等方式真實的模擬了LVDT傳感器信號的電氣特性，并保證了LVDT模擬裝置的安全性及可靠性。此外還具備故障注入功能，可直接通過軟件注入故障信息。通過該裝置，驗證控制系統(tǒng)燃油控制系統(tǒng)LVDT信號處理軟件在真實硬件、實時操作系統(tǒng)中的運行，以及硬件和操作系統(tǒng)軟件可能產(chǎn)生的故障；并且根據(jù)CCAR33.28條款的要求，對民用航空發(fā)動機(jī)燃油控制系統(tǒng)的LVDT信號處理的功能和性能進(jìn)行充分驗證，以保證在所有的工作條件下在預(yù)期的狀態(tài)工作。

提供之前的描述是為了使本領(lǐng)域中的任何技術(shù)人員均能夠?qū)嵺`本文中所描述的各種方面。但是應(yīng)該理解，本實用新型的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)，而不應(yīng)被限定于以上所解說實施例的具體結(jié)構(gòu)和組件。本領(lǐng)域技術(shù)人員在本實用新型的精神和范圍內(nèi)，可以對各實施例進(jìn)行各種變動和修改，這些變動和修改也落在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。