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解决方案
The Solution
量身定制符合客户需求的仿真测试系统及解决方案。解决方案涉及电力、高端装备、新能源车及教育等领域。
环控系统半物理仿真验证平台
应用背景

飞机在飞行过程中遇到的环境条件变化非常剧烈,为了保证旅客和空勤人员的安全及设备工作的可靠性,飞机的座舱和设备舱都要进行环境控制。环控系统(ECS)的任务就是在各种飞行条件下,将舱内的压力、温度、湿度、气流速度和洁净度保持在一定的范围内。为了让整个飞机的性能达到最佳状态,并且满足在整个飞行包线范围内环控系统的动态响应、控制精度和流量分辨率等要求,需要建设一套一体化的设计、分析和验证的平台,用于支持环控系统设计建模、仿真分析、动态测试和综合验证功能。通过一维离线仿真、硬件在回路仿真和半实物仿真对环控系统进行充分功能和性能测试,以便在设计阶段就发现和解决潜在的问题与缺陷,减少试验次数,缩短型号研发周期。

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概述

上海科梁公司基于系统工程V型研发流程,针对飞机环控系统从系统设计、分系统设计和附件设计开发以及试验验证全过程制定仿真解决方案。仿真方案含全数字仿真平台、硬件在回路仿真(HIL)平台及半物理仿真(Wet-rig)平台,能够支持环控系统的总体设计和仿真分析,验证环控系统的功能和性能指标。


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组成与功能

环控系统仿真试验平台由6个分系统单元组成,其功能如下:


数字模型开发单元

用于对飞机环控系统的控制器及控制对象进行建模,可提供Matlab/simulink、PROOSIS、AMEsim、和C/C++等建模工具。其中PROOSIS提供了专业的航空发动机、燃油、液压、环控、电力系统的组件工具包,能够方便的进行飞机环控系统的模型搭建;

测试验证单元

用于对环控系统控制器进行各种类型的测试,包括功能测试、性能测试、接口测试、强度测试、安全性测试。

试验总控单元

实现试验需求管理、模型运行控制、试验过程控制、试验流程管理、试验参数监控等全过程管理;

台架设备参数配置及运行监控;

关键参数实时监控、告警及保护;

数据库管理;

实时仿真单元

基于模型自动生成代码,实现分布式多速率实时仿真;

模拟环控系统控制器外部信号接口及各类总线接口,如解算器、热偶、热阻、压阻、RVDT/LVDT、开关量、RS422、ARINC429、ARINC664和串口等;

仿真模型数据采集;

通过高速实时总线实现各仿真机(PCIe/反射内存)、数据库管理计算机和设备控制计算机之间的数据交互。

配线单元

配线单元包括了信号调理设备、综合配线设备、故障注入设备、信号切换设备等接口设备。

通过信号调理设备和综合配线单元实现仿真模型与真实机载设备、试验台架等装置之间的信号匹配及连接,构成完整的闭环试验回路;

通过故障注入设备及其管理软件实现开路、对地短路、对电源短路、针脚间短路(任意两个管脚)等故障的模拟,开展故障注入试验,以验证控制系统故障诊断功能;

通过信号切换设备可实现仿真模型与机载被测件之间的切换,并可切换为HIL仿真模式。

机载硬件安装及运行环境模拟单元

运行环境模拟单元根据涡轮、压气机、风扇和换热器等复杂设备的模型的计算参数,模拟环控系统运行工况。

附件接口流路模拟单元根据模型仿真得到设备出口空气的状态参数(如空气流量、压力和温度等),控制并输出相同状态的空气,并可接入实际的管路系统。

传感器模拟机可根据仿真计算出的流量、压力和温度等参数,模拟输出传感器电信号供ECS控制器采集,作为控制器输入。

系统优势

建模工具PROOSIS可实现包含飞机中控制、燃油、滑油和液压等系统的机、电、液、热和动力学多学科混合建模仿真,其中ECS模型库中包含压气机、涡轮、热交换器、水分离器等环控系统常用模型,基于这些模型,可以快速搭建多种制冷系统;

实时仿真平台兼容性好,可加载Matlab/simulink、PROOSIS、AMEsim、和C/C++等模型;

支持多速率并行仿真,仿真精度高,仿真步长在CPU上最低可达10μs,在FPGA上可达0.25μs;

平台信号接口丰富,涵盖航空领域常用的ARINC664、ARINC429、RS422等总线接口以及解算器、热电偶、热电阻、压阻、RVDT、LVDT和开关量等电气接口;

通过试验管理单元实现试验需求管理、模型运行控制、试验过程控制、试验流程管理、试验参数监控等全过程管理;

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