專利名稱：一種電液伺服飛行仿真器功能模擬裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于模塊化設(shè)計(jì)的電液伺服飛行仿真器功能模擬裝 置，屬于計(jì)算機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域。(二) 背景技術(shù)飛行仿真(Flight Simulation)是以飛行器的運(yùn)動(dòng)情況為研究對(duì)象、面向 復(fù)雜系統(tǒng)的仿真，飛行仿真圍繞飛行器的研制、生產(chǎn)和使用的全部過程， 包括對(duì)方案論證、技術(shù)指標(biāo)確定、設(shè)計(jì)分析、生產(chǎn)制造、試驗(yàn)測試和故障 處理等各個(gè)階段進(jìn)行全面的系統(tǒng)分析和評(píng)估，具有成本低、見效快和可重 復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn)。飛行仿真器是飛行控制系統(tǒng)地面仿真實(shí)驗(yàn)中的一種非常關(guān) 鍵的大型設(shè)備，它能模擬飛行器在空中的各種運(yùn)動(dòng)和飛行姿態(tài)，其性能的 優(yōu)劣直接關(guān)系到飛行仿真和測試試驗(yàn)的可靠性和置信度。本發(fā)明設(shè)計(jì)開發(fā)了一種用于飛行仿真的電液伺服飛行仿真器功能模 擬裝置，可根據(jù)實(shí)際情況靈活配置飛行仿真器的特性參數(shù)和接口規(guī)格，以 提供一個(gè)半物理仿真實(shí)時(shí)模擬環(huán)境，滿足了電液伺服飛行仿真器控制系統(tǒng) 研制或改造的需要。本發(fā)明將能有效提高電液伺服飛行仿真器控制系統(tǒng)的 開發(fā)效率，縮短飛行仿真器控制系統(tǒng)的研制周期。該功能模擬裝置具有功 能齊全、操作方便、通用性好等優(yōu)點(diǎn)，完全可以替代實(shí)際的電液伺服飛行 仿真器，極大地提高了研制效率，具有重大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和推廣價(jià)值。(三) 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明一種電液伺服飛行仿真器功能模擬裝置，該模擬裝置的發(fā)明內(nèi)容具體如下電液伺服飛行仿真器是一種電氣液壓隨動(dòng)系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中，電氣 部件作為系統(tǒng)傳遞信號(hào)、放大信號(hào)和進(jìn)行各種反饋用；液壓部件作為功率
放大和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。這類飛行仿真器綜合了電氣和液壓的優(yōu)點(diǎn)，既能產(chǎn)生很 大的力和力矩，又具有高精度、反應(yīng)快和便于加各種校正等優(yōu)點(diǎn)。該系統(tǒng) 的基本組成如圖1所示。電子放大部分主要是把電壓量進(jìn)行放大，然后再將其轉(zhuǎn)換為電流量， 在這中間可以再加一些系統(tǒng)所需要的校正回路以提高系統(tǒng)的特性；電液伺 服閥一液壓馬達(dá)部分主要進(jìn)行功率放大，把液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能以產(chǎn)生力 矩拖動(dòng)框架和負(fù)載運(yùn)動(dòng)；反饋元件主要包括測速機(jī)、光電軸角編碼器等傳 感器，通過速度傳感器測速機(jī)反饋的轉(zhuǎn)速信號(hào)構(gòu)成電液伺服飛行仿真器的 速度閉環(huán)，由位置傳感器光電軸角編碼器反饋的位置信號(hào)構(gòu)成了電液伺服 飛行仿真器的位置閉環(huán)，從而形成對(duì)電液伺服飛行仿真器雙閉環(huán)控制，提 高了飛行仿真器的控制精度。此外，電液伺服飛行仿真器還包括行程開關(guān) 輸出信號(hào)、液壓油源的狀態(tài)指示等外部接口，當(dāng)飛行仿真器處于超行程狀 態(tài)或液壓油源故障時(shí)，發(fā)出相應(yīng)報(bào)警信號(hào)并切斷電源，從而起到保護(hù)功能。 以典型的電液伺服飛行仿真器為例，其執(zhí)行機(jī)構(gòu)特性可以由以下二階 振蕩環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型近似表示電液伺服閥數(shù)學(xué)模型<formula>formula see original document page 6</formula>(1)液壓馬達(dá)數(shù)學(xué)模型<formula>formula see original document page 6</formula> (2)電液伺服飛行仿真器框架特性數(shù)學(xué)模型<formula>formula see original document page 6</formula> (3)其中&,、 wv、 ^分別表示電液伺服閥的流量系數(shù)、固有頻率和阻尼系 數(shù)；A 、 Wp ^分別表示液壓馬達(dá)的排量、固有頻率和阻尼系數(shù)；r表示 時(shí)間常數(shù)。由控制系統(tǒng)的功放出來的電壓信號(hào)經(jīng)電子放大部分控制電液伺服閥 的開度，從而控制油的流量，通過油的流量調(diào)節(jié)液壓馬達(dá)的輸出力矩，以 達(dá)到調(diào)節(jié)電液伺服飛行仿真器轉(zhuǎn)速的目的。 一般來說，電液伺服閥的響應(yīng) 較快，而執(zhí)行機(jī)構(gòu)液壓馬達(dá)的固有頻率是整個(gè)控制回路中最低的。
根據(jù)以上原理，本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下本發(fā)明一種基于模塊化設(shè)計(jì)的電液伺服飛行仿真器的功能模擬裝置， 主要包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分，其中硬件系統(tǒng)主要由工控機(jī)和接口箱兩部分組成，而軟件部分則采用了模塊化設(shè)計(jì)(Modularization Design)思想。(一)功能模擬裝置硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)該電液伺服飛行仿真器功能模擬裝置系統(tǒng)主要有兩部分構(gòu)成(1) 可模擬含執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電液伺服飛行仿真器特性數(shù)字模型的工控機(jī)；(2) 可模擬外部接口功能的電液伺服飛行仿真器輸入輸出信號(hào)接口箱。其功能模擬裝置系統(tǒng)原理如圖2所示。工控機(jī)是該功能模擬裝置系統(tǒng)的核心，它配有Evoc公司基于ISA總 線結(jié)構(gòu)的818、 726等多功能卡。818卡可進(jìn)行A/D變換并采集控制電流 信號(hào)，然后將該信號(hào)作用于含執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電液伺服飛行仿真器特性數(shù)字模 型以得到位置和速度。速度信號(hào)由726卡的D/A變換輸出，模擬了電液 伺服飛行仿真器的測速機(jī)反饋。越位信號(hào)由726卡的DO輸出通道和信號(hào) 接口箱內(nèi)的繼電器處理電路模擬。由818卡的DO輸出通道模擬了光電軸 角編碼器的脈沖信號(hào)，而818卡的DI通道采集的是液壓油源狀態(tài)。信號(hào)接口箱主要由液壓油源模擬板、信號(hào)轉(zhuǎn)接板和直流電源板構(gòu)成， 此外還包括了外部信號(hào)處理電路以及可模擬油源的液位、壓力、球閥、油 泵狀態(tài)的繼電器電路。液壓油源的運(yùn)行狀態(tài)模擬主要是通過繼電器和信號(hào) 接口箱控制面板上的按鈕共同完成，并可通過控制面板上的指示燈指示。 (二)功能模擬裝置軟件實(shí)現(xiàn)為了使電液伺服飛行仿真器功能模擬裝置的系統(tǒng)軟件易維護(hù)，具有可 重構(gòu)性和可擴(kuò)充性，該功能模擬裝置系統(tǒng)軟件采用了模塊化設(shè)計(jì)思想，其 流程如圖3所示。主要模塊包括如下-(l)電液伺服飛行仿真器特性數(shù)字模型含執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電液伺服飛行仿真器特性數(shù)字模型的已知變量為電流信號(hào)，反饋?zhàn)兞渴撬俣群臀恢眯盘?hào)。在該模型中調(diào)用了四個(gè)模塊818卡采集電流量模塊、電液伺服閥特性模塊、液壓馬達(dá)特性模塊及電液伺服飛行
仿真器框架特性模塊。由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)和電液伺服飛行仿真器框架近似為二 階振蕩環(huán)節(jié)和慣性環(huán)節(jié)，其相應(yīng)模塊可采用連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)值積分法實(shí)現(xiàn)。在程序中，將參數(shù)&、 wv、 &、 Z)w、叫、&、 r定義為可由鍵盤鍵入得到 變量，這樣在應(yīng)用過程中可以根據(jù)實(shí)際需要對(duì)參數(shù)進(jìn)行選擇，可使電液伺 服飛行仿真器功能模擬裝置配置靈活。
(2)光電軸角編碼器信號(hào) 光電軸角編碼器信號(hào)分A+/-、 B+A和Z+/-，根據(jù)A相、B相脈沖的 相位可以判別電液伺服飛行仿真器相應(yīng)框架的旋轉(zhuǎn)方向當(dāng)光源先檢測到 A脈沖上升沿，然后才檢測到B脈沖上升沿，則表示相應(yīng)框架正轉(zhuǎn)；反 之，若先檢測到B脈沖上升沿，然后才檢測到A脈沖上升沿，則表示相 應(yīng)框架反轉(zhuǎn)。
當(dāng)正轉(zhuǎn)時(shí)，A相脈沖超前B相卯。；反之，B相脈沖超前A相90。； 清零脈沖Z通過設(shè)置鍵盤功能鍵獲得，當(dāng)檢測到有"清零"標(biāo)志時(shí)將Z脈 沖的對(duì)應(yīng)輸出位置高電平。其編碼時(shí)序如圖4所示。
由于光電軸角編碼器的脈沖信號(hào)主要是由818數(shù)據(jù)采集卡DO來模擬 實(shí)現(xiàn)的，所以對(duì)脈沖信號(hào)的編碼也就是對(duì)818卡輸出端口數(shù)據(jù)的編碼。實(shí) 際系統(tǒng)所采用的光電軸角編碼器是每轉(zhuǎn)產(chǎn)生18000個(gè)脈沖的高精度軸角編碼器，因此可根據(jù)公式(4)算得脈沖周期(T的單位m^; V的單位％)?！?800 360
為了保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，在模擬實(shí)際光電軸角編碼器脈沖信號(hào)時(shí)，將 軸角編碼器脈沖信號(hào)的處理在中斷服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)，可以根據(jù)不同的轉(zhuǎn)速， 輸出相應(yīng)周期的脈沖信號(hào)。本系統(tǒng)采用的定時(shí)中斷是通過改寫定時(shí)器通道 0來實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)步驟是<1>保存原中斷向量；
<2>重新對(duì)定時(shí)器通道O進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)每0.1ms中斷一次，設(shè)置新的中斷向量為中斷服務(wù)程序入口地址； <3>在程序退出前恢復(fù)原中斷向量。 (3)測速機(jī)信號(hào),將電液伺服飛行仿真器特性數(shù)字模型功能模塊返回的信號(hào)經(jīng)速度解算
后通過726卡的D/A通道輸出，實(shí)現(xiàn)對(duì)測速機(jī)反饋信號(hào)模擬。
(4) 邏輯量處理
行程開關(guān)狀態(tài)是通過比較模擬的實(shí)際位置信號(hào)與行程設(shè)置信號(hào)，輸出 'T'表示模擬的實(shí)際位置大于設(shè)定值，反之，輸出"0"表示模擬的實(shí)際位置 小于設(shè)定值。邏輯量通過多功能采集卡的DO輸出，液壓油源狀態(tài)的處理 也是采用這種方式。
(5) 人機(jī)交互窗口
人機(jī)交互窗口是通過調(diào)用TC025庫函數(shù)來實(shí)現(xiàn)圖形界面，主要包括 有自動(dòng)/手動(dòng)的切換、手動(dòng)電流給定的設(shè)置、位置/速度的數(shù)字顯示、位置 刻度表顯示以及行程越位和油源故障的報(bào)警。當(dāng)處于手動(dòng)狀態(tài)時(shí)，通過鍵 盤輸入電流大??；當(dāng)處于自動(dòng)狀態(tài)時(shí)，則通過調(diào)用818卡A/D轉(zhuǎn)換模塊 采集電液伺服閥電流信號(hào)。當(dāng)模擬位置超出所設(shè)定的行程范圍或油源出現(xiàn) 故障時(shí)，軟件界面上的相應(yīng)報(bào)警指示燈亮。通過對(duì)中斷的計(jì)數(shù)，每10^rn 刷新一次窗口界面。本發(fā)明一種基于模塊化設(shè)計(jì)的電液伺服飛行仿真器功能模擬裝置，其 優(yōu)點(diǎn)及所達(dá)成的功效是可根據(jù)實(shí)際情況靈活配置飛行仿真器的特性參數(shù) 和接口規(guī)格，以提供一個(gè)半物理仿真實(shí)時(shí)模擬環(huán)境，滿足了電液伺服飛行 仿真器控制系統(tǒng)研制或改造的需要。本發(fā)明將能有效提高電液伺服飛行仿 真器控制系統(tǒng)的開發(fā)效率，縮短飛行仿真器控制系統(tǒng)的研制周期。該功能 模擬裝置具有功能齊全、操作方便、通用性好等優(yōu)點(diǎn)，完全可以替代實(shí)際 的電液伺服飛行仿真器，極大地提高了研制效率，具有重大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和 推廣價(jià)值。


圖1電液伺服飛行仿真器系統(tǒng)原理圖2功能模擬裝置系統(tǒng)原理圖3電液伺服飛行仿真器功能模擬裝置軟件流程圖4光電軸角編碼器脈沖編碼時(shí)序圖5(a)、 (b)功能模擬裝置實(shí)時(shí)仿真跟蹤曲線 圖中標(biāo)號(hào)及符號(hào)說明如下-e——誤差信號(hào) DA4——數(shù)/模轉(zhuǎn)換 力D~模/數(shù)轉(zhuǎn)換 ZX)~~數(shù)字輸出 D/~~數(shù)字輸入具體實(shí)施方式
本發(fā)明一種基于模塊化設(shè)計(jì)的電液伺服飛行仿真器的功能模擬裝置， 主要包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分，其中硬件系統(tǒng)主要由如下兩部分組成(1) 可模擬含執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電液伺服飛行仿真器特性數(shù)字模型的工控機(jī)。工控機(jī)是該功能模擬裝置系統(tǒng)的核心，它配有Evoc公司基于ISA總 線結(jié)構(gòu)的818、 726等多功能卡。818卡可進(jìn)行A/D變換并采集控制電流 信號(hào)，然后將該信號(hào)作用于含執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電液伺服飛行仿真器特性數(shù)字模 型以得到位置和速度。速度信號(hào)由726卡的D/A變換輸出，模擬了電液 伺服飛行仿真器的測速機(jī)反饋。越位信號(hào)由726卡的DO輸出通道和信號(hào) 接口箱內(nèi)的繼電器處理電路模擬。由818卡的DO輸出通道模擬了光電軸 角編碼器的脈沖信號(hào)，而818卡的DI通道采集的是液壓油源狀態(tài)。(2) 可模擬外部接口功能的電液伺服飛行仿真器輸入輸出信號(hào)接口 箱。信號(hào)接口箱主要由液壓油源模擬板、信號(hào)轉(zhuǎn)接板和直流電源板構(gòu)成， 此外還包括了外部信號(hào)處理電路以及可模擬油源的液位、壓力、球閥、油 泵狀態(tài)的繼電器電路。液壓油源的運(yùn)行狀態(tài)模擬主要是通過繼電器和信號(hào) 接口箱控制面板上的按鈕共同完成，并可通過控制面板上的指示燈指示。軟件系統(tǒng)該功能模擬裝置系統(tǒng)軟件采用了模塊化設(shè)計(jì)思想，其流程 如圖3所示。主要模塊包括如下-(1)電液伺服飛行仿真器特性數(shù)字模型含執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電液伺服飛行仿真器特性數(shù)字模型的己知變量為電流信 號(hào)，反饋?zhàn)兞渴撬俣群臀恢眯盘?hào)。在該模型中調(diào)用了四個(gè)模塊818卡采 集電流量模塊、電液伺服閥特性模塊、液壓馬達(dá)特性模塊及電液伺服飛行 仿真器框架特性模塊。由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)和電液伺服飛行仿真器框架近似為二 階振蕩環(huán)節(jié)和慣性環(huán)節(jié)，其相應(yīng)模塊可采用連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)值積分法實(shí)現(xiàn)。 在程序中，將參數(shù)尺v、 cyv、 <fv、 A 、 Wm &、 r定義為可由鍵盤鍵入得到 變量，這樣在應(yīng)用過程中可以根據(jù)實(shí)際需要對(duì)參數(shù)進(jìn)行選擇，可使電液伺
服飛行仿真器功能模擬裝置配置靈活。(2) 光電軸角編碼器信號(hào)光電軸角編碼器信號(hào)分A+/-、 B+A和Z+A，根據(jù)A相、B相脈沖的 相位可以判別電液伺服飛行仿真器相應(yīng)框架的旋轉(zhuǎn)方向當(dāng)光源先檢測到 A脈沖上升沿，然后才檢測到B脈沖上升沿，則表示相應(yīng)框架正轉(zhuǎn)；反 之，若先檢測到B脈沖上升沿，然后才檢測到A脈沖上升沿，則表示相 應(yīng)框架反轉(zhuǎn)。當(dāng)正轉(zhuǎn)時(shí)，A相脈沖超前B相90。；反之，B相脈沖超前A相90。； 清零脈沖Z通過設(shè)置鍵盤功能鍵獲得，當(dāng)檢測到有"清零"標(biāo)志時(shí)將Z脈 沖的對(duì)應(yīng)輸出位置高電平。其編碼時(shí)序如圖4所示。由于光電軸角編碼器的脈沖信號(hào)主要是由818數(shù)據(jù)采集卡DO來模擬 實(shí)現(xiàn)的，所以對(duì)脈沖信號(hào)的編碼也就是對(duì)818卡輸出端口數(shù)據(jù)的編碼。為了保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，在模擬實(shí)際光電軸角編碼器脈沖信號(hào)時(shí)，將 軸角編碼器脈沖信號(hào)的處理在中斷服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)，可以根據(jù)不同的轉(zhuǎn)速， 輸出相應(yīng)周期的脈沖信號(hào)。本系統(tǒng)采用的定時(shí)中斷是通過改寫定時(shí)器通道 0來實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)步驟是<1>保存原中斷向量；<2>重新對(duì)定時(shí)器通道O進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)每0.1ms中斷一次，設(shè)置新的中斷向量為中斷服務(wù)程序入口地址； <3>在程序退出前恢復(fù)原中斷向量。(3) 測速機(jī)信號(hào)將電液伺服飛行仿真器特性數(shù)字模型功能模塊返回的信號(hào)經(jīng)速度解算 后通過726卡的D/A通道輸出，實(shí)現(xiàn)對(duì)測速機(jī)反饋信號(hào)模擬。(4) 邏輯量處理行程開關(guān)狀態(tài)是通過比較模擬的實(shí)際位置信號(hào)與行程設(shè)置信號(hào)，輸出 "l"表示模擬的實(shí)際位置大于設(shè)定值，反之，輸出"O"表示模擬的實(shí)際位置 小于設(shè)定值。邏輯量通過多功能采集卡的DO輸出，液壓油源狀態(tài)的處理 也是采用這種方式。(5) 人機(jī)交互窗口人機(jī)交互窗口是通過調(diào)用TC025庫函數(shù)來實(shí)現(xiàn)圖形界面，主要包括 有自動(dòng)/手動(dòng)的切換、手動(dòng)電流給定的設(shè)置、位置/速度的數(shù)字顯示、位置
刻度表顯示以及行程越位和油源故障的報(bào)警。當(dāng)處于手動(dòng)狀態(tài)時(shí)，通過鍵盤輸入電流大小；當(dāng)處于自動(dòng)狀態(tài)時(shí)，則通過調(diào)用818卡A/D轉(zhuǎn)換模塊 采集電液伺服閥電流信號(hào)。當(dāng)模擬位置超出所設(shè)定的行程范圍或油源出現(xiàn) 故障時(shí)，軟件界面上的相應(yīng)報(bào)警指示燈亮。通過對(duì)中斷的計(jì)數(shù)，每 刷新一次窗口界面。將所發(fā)明的功能模擬裝置應(yīng)用于某型電液伺服飛行仿真器并進(jìn)行實(shí)時(shí) 仿真試驗(yàn)。圖5(a)是輸入信號(hào)為頻率0.3Hz、幅值10。三角波時(shí)的跟蹤曲 線；圖5(b)是輸入信號(hào)為頻率0.5Hz、幅值31。正弦波時(shí)的跟蹤曲線。由 圖5可見，該功能模擬裝置的狀態(tài)跟蹤誤差很小，對(duì)輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)響應(yīng) 快，具有很高的伺服精度。該功能模擬裝置已經(jīng)成功應(yīng)用于電液伺服飛行仿真器的研制。實(shí)際應(yīng) 用證明該功能模擬裝置具有功能齊全、操作方便、通用性好等優(yōu)點(diǎn)，完全 可以替代實(shí)際的電液伺服飛行仿真器，極大地提高了研制效率，具有重大 的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和推廣價(jià)值。
權(quán)利要求
1、 一種基于模塊化設(shè)計(jì)的電液伺服飛行仿真器的功能模擬裝置，其特 征在于它主要包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分，其中硬件系統(tǒng)主要由 工控機(jī)和接口箱兩部分組成，而軟件部分則采用了模塊化設(shè)計(jì)思想；(一) 功能模擬裝置硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 該電液伺服飛行仿真器功能模擬裝置系統(tǒng)主要有兩部分構(gòu)成(1) 可模擬含執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電液伺服飛行仿真器特性數(shù)字模型的工控機(jī)；(2) 可模擬外部接口功能的電液伺服飛行仿真器輸入輸出信號(hào)接口箱；工控機(jī)配有基于ISA總線結(jié)構(gòu)的818、 726等多功能卡，該818卡可 進(jìn)行A/D變換并采集控制電流信號(hào)，然后將該信號(hào)作用于含執(zhí)行機(jī)構(gòu)的 電液伺服飛行仿真器特性數(shù)字模型以得到位置和速度，速度信號(hào)由726 卡的D/A變換輸出，模擬了電液伺服飛行仿真器的測速機(jī)反饋，越位信 號(hào)由726卡的DO輸出通道和信號(hào)接口箱內(nèi)的繼電器處理電路模擬，由 818卡的DO輸出通道模擬了光電軸角編碼器的脈沖信號(hào)，而818卡的 DI通道采集的是液壓油源狀態(tài)；信號(hào)接口箱主要由液壓油源模擬板、信號(hào)轉(zhuǎn)接板和直流電源板構(gòu)成， 此外還包括了外部信號(hào)處理電路以及可模擬油源的液位、壓力、球閥、油 泵狀態(tài)的繼電器電路，液壓油源的運(yùn)行狀態(tài)模擬主要是通過繼電器和信號(hào) 接口箱控制面板上的按鈕共同完成，并可通過控制面板上的指示燈指示；(二) 功能模擬裝置軟件實(shí)現(xiàn) 該功能模擬裝置系統(tǒng)軟件采用了模塊化設(shè)計(jì)思想，主要模塊包括如下(l)電液伺服飛行仿真器特性數(shù)字模型-含執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電液伺服飛行仿真器特性數(shù)字模型的已知變量為電流信 號(hào)，反饋?zhàn)兞渴撬俣群臀恢眯盘?hào)，在該模型中調(diào)用了四個(gè)模塊818卡采 集電流量模塊、電液伺服閥特性模塊、液壓馬達(dá)特性模塊及電液伺服飛行 仿真器框架特性模塊，由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)和電液伺服飛行仿真器框架近似為二階振蕩環(huán)節(jié)和慣性環(huán)節(jié)，其相應(yīng)模塊可采用連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)值積分法實(shí)現(xiàn)； 在程序中，將參數(shù)&、 wv、 &、 A 、 c^、 &、 r定義為可由鍵盤鍵入得到 變量，這樣在應(yīng)用過程中可以根據(jù)實(shí)際需要對(duì)參數(shù)進(jìn)行選擇，可使電液伺 服飛行仿真器功能模擬裝置配置靈活； (2)光電軸角編碼器信號(hào) 光電軸角編碼器信號(hào)分A+/-、 B+/^Z+/-，根據(jù)A相、B相脈沖的 相位可以判別電液伺服飛行仿真器相應(yīng)框架的旋轉(zhuǎn)方向當(dāng)光源先檢測到 A脈沖上升沿，然后才檢測到B脈沖上升沿，則表示相應(yīng)框架正轉(zhuǎn)；反 之，若先檢測到B脈沖上升沿，然后才檢測到A脈沖上升沿，則表示相 應(yīng)框架反轉(zhuǎn)；當(dāng)正轉(zhuǎn)時(shí)，A相脈沖超前B相90。；反之，B相脈沖超前A相90。； 清零脈沖Z通過設(shè)置鍵盤功能鍵獲得，當(dāng)檢測到有"清零"標(biāo)志時(shí)將Z脈 沖的對(duì)應(yīng)輸出位置高電平；由于光電軸角編碼器的脈沖信號(hào)主要是由818數(shù)據(jù)采集卡DO來模擬 實(shí)現(xiàn)的，所以對(duì)脈沖信號(hào)的編碼也就是對(duì)818卡輸出端口數(shù)據(jù)的編碼，實(shí) 際系統(tǒng)所采用的光電軸角編碼器是每轉(zhuǎn)產(chǎn)生18000個(gè)脈沖的高精度軸角 編碼器，因此可根據(jù)下列公式(4)算得脈沖周期為 t 畫r = ^- (4)l腦360為了保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，在模擬實(shí)際光電軸角編碼器脈沖信號(hào)時(shí)，將 軸角編碼器脈沖信號(hào)的處理在中斷服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)，可以根據(jù)不同的轉(zhuǎn)速， 輸出相應(yīng)周期的脈沖信號(hào)，本系統(tǒng)采用的定時(shí)中斷是通過改寫定時(shí)器通道 0來實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)步驟是<1>保存原中斷向量；<2>重新對(duì)定時(shí)器通道O進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)每0.1ms中斷一次，設(shè)置新的中斷向量為中斷服務(wù)程序入口地址； <3>在程序退出前恢復(fù)原中斷向量； (3)測速機(jī)信號(hào)將電液伺服飛行仿真器特性數(shù)字模型功能模塊返回的信號(hào)經(jīng)速度解算 后通過726卡的D/A通道輸出，實(shí)現(xiàn)對(duì)測速機(jī)反饋信號(hào)模擬；(4) 邏輯量處理-行程開關(guān)狀態(tài)是通過比較模擬的實(shí)際位置信號(hào)與行程設(shè)置信號(hào)，輸出"r表示模擬的實(shí)際位置大于設(shè)定值，反之，輸出"o"表示模擬的實(shí)際位置小于設(shè)定值，邏輯量通過多功能采集卡的DO輸出，液壓油源狀態(tài)的處理 也是采用這種方式；(5) 人機(jī)交互窗口人機(jī)交互窗口是通過調(diào)用TC025庫函數(shù)來實(shí)現(xiàn)圖形界面，主要包括 有自動(dòng)/手動(dòng)的切換、手動(dòng)電流給定的設(shè)置、位置/速度的數(shù)字顯示、位置 刻度表顯示以及行程越位和油源故障的報(bào)警；當(dāng)處于手動(dòng)狀態(tài)時(shí)，通過鍵 盤輸入電流大小；當(dāng)處于自動(dòng)狀態(tài)時(shí)，則通過調(diào)用818卡A/D轉(zhuǎn)換模塊 采集電液伺服閥電流信號(hào)；當(dāng)模擬位置超出所設(shè)定的行程范圍或油源出現(xiàn) 故障時(shí)，軟件界面上的相應(yīng)報(bào)警指示燈亮，通過對(duì)中斷的計(jì)數(shù)，每10ms 刷新一次窗口界面。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種電液伺服飛行仿真器功能模擬裝置。該裝置硬件主要由工控機(jī)和信號(hào)接口箱兩部分組成，分別用于模擬含執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電液伺服飛行仿真器特性數(shù)字模型和輸入輸出的外部接口功能；工控機(jī)是該功能模擬裝置系統(tǒng)的核心，配有基于ISA總線結(jié)構(gòu)的818、726等多功能卡；信號(hào)接口箱主要由液壓油源模擬板、信號(hào)轉(zhuǎn)接板和直流電源板構(gòu)成，此外還包括了外部信號(hào)處理電路以及可模擬油源的液位、壓力、球閥、油泵狀態(tài)的繼電器電路。該裝置軟件采用了模塊化設(shè)計(jì)思想，主要模塊包括仿真器數(shù)字模型、編碼器信號(hào)、測速機(jī)信號(hào)、邏輯量處理及人機(jī)交互窗口。該裝置具有功能齊全、操作方便、通用性好等優(yōu)點(diǎn)，完全可以替代實(shí)際的電液伺服飛行仿真器。
文檔編號(hào)G05B17/00GK101122781SQ20071012177
公開日2008年2月13日 申請(qǐng)日期2007年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月13日
發(fā)明者張?zhí)旌? 段海濱, 王道波 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)