CN104699068A - 航空发动机通用仿真器 - Google Patents

Abstract

航空发动机通用仿真器，包括上位工控机、仿真测控计算机、显示控制台、带多种仪器硬件模块的组合仪器机箱及仪器扩展机箱、信号适配单元、直流稳压电源、专用测试电缆。仿真测控计算机采用嵌入式高性能实时操作系统运行发动机数学模型，保证仿真试验的实时性、有效性。组成测试系统的硬件架构采用标准PXI总线开放式架构，可根据具体的测试应用，扩展配置各种成熟的PXI总线接口的硬件模块，具备自动化程度高、可扩展性、兼容性强、维护性好等优点。信号适配单元集成配置有标准和通用电连接器，只需更换相应配套测试连接电缆，发动机仿真器就可以快速重构测试系统电气连接，可满足平台通用性要求。

Description

航空发动机通用仿真器

技术领域

本发明涉及一种用于航空发动机控制系统的仿真测试系统，尤其涉及一种用于航空发动机数字式电子控制器硬件在回路的仿真测试系统。

背景技术

当前，航空发动机控制系统已是一个多变量、时变、非线性、多功能的复杂数字式控制系统，其性能的优劣直接影响航空发动机及飞机的性能，同时它也是一项高难度的技术，其间要完成系统研制、地面台架试车、高空台试车和装机试飞验证等工作。随着控制功能需求的增加和控制变量的不断增多，控制系统越来越复杂，其中，数字电子控制器的输入输出信号类型由几种变为几十种；信号数量由十几个变为上百个，甚至几百个；精度控制要求也越来越高。错综复杂的信号参数给发动机及控制系统的研制和试验以及后期维护带来了很大的困难，人工采集和处理这些参数数据已带来了大幅度成本增加和时间的延长。为了减少控制系统研制成本，缩短研制周期，降低研制风险，确保发动机试验过程中的安全，在发动机进入实际试车前必须通过大量的发动机仿真试验和故障模拟，充分掌握控制系统的特性后，才能保证在发动机试车中有指导工程实践作用，防止意外发生。所以在设计和研制控制系统的同时必须考虑一个非常重要的“副”产品-发动机仿真器(反控制器)，用以替代真实的发动机，进行大量的控制系统功能验证实验。在《航空发动机数字电子控制系统通用规范》新修订版中对于数控系统硬件回路故障及发动机故障(单个及组合故障)的仿真覆盖量要求，视发动机及控制系统功能的复杂程度可以达到几何级数，单靠人工已无法完成庞大的测试工作量，所以在仿真设备的研制上必须采取相应措施。

目前国内进行电子控制器相关测试采取的技术手段有以几种方式：

一种是研制专用模拟电子式控制器检测台，采用传统以人工操作模拟电子仪器设备的试验技术手段，可以对控制器单个功能进行开环测试，但由于自动化程度低，设备功能单一，操作过程复杂，试验效率低下，对于复杂的发动机仿真对象，需要进行控制系统组合功能的闭环测试场合，如硬件在回路测试，就无能为力。

另一种是采购国外专业仿真测试系统产品，如美国ADI公司的基于ADvantage FrameWork的HIL(硬件在回路)仿真测试系统，采用的是基于PCI总线架构系统，系统产品组成复杂，板卡大都采用传统金手指模式，其缺点主要是结构可靠性不够高，散热性能不好，不能满足移动和抗振要求，针对的是实验室条件的仿真测试，对于需要外场临时性的测试场合则不适合，同时由于技术保护原因，其采用专用的实时操作系统，系统缺乏通用性，兼容配套硬件厂家极少，导致高昂的系统投入成本，以及更高的后期运行维护成本，使其性价比不高。关键的核心技术，如发动机数学模型对用户不透明，仿真对象一旦变化，又必须投入大量资金重新签订协议开发。

还有一种是放入到飞机整机系统综合仿真试验中去考核，如200910147119.0《一种飞机发动机动态仿真试验台》专利所述试验台，该试验台针对的是发动机综合控制系统在整个飞行包线内的实际工作过程的仿真模拟，主要是验证飞行控制与动力系统控制功能的协调性，而并不是针对控制系统研制过程中的发动机特性仿真。其不足之处在于：该试验台设备组成庞大，只能满足实验室环境条件下的测试；该试验台虽然也包括有发动机仿真模拟设备，但由于针对性不强，在系统设计上，模型仿真计算机没有采用硬件实时系统，完全靠软件定时，无法满足控制系统对于控制律验证上精确定时的要求，有可能会造成工程型号上的反复；发动机传感器特性模拟上仍然采用非标器件搭配模拟或数字电路接口，其平台通用性不强，由于不同控制器电气接口匹配性问题，可能会引起试验结果的不确定；在故障仿真上，该试验台不具备仿真硬件回路故障，如信号开路、短路、噪声干扰等。

发明内容

本发明的目的是为解决上述不足之处，满足我国未来航空发动机先进控制系统研制保障需要，而设计一种航空发动机控制系统测试用的发动机通用仿真平台，可以对发动机控制器的控制功能进行覆盖式自动检测，并能满足不同程度的飞-推综合控制系统的实时闭环仿真实验需要。

为使航空发动机通用仿真器达到能满足各种试验环境条件及不同控制系统试验构型要求，实现只用一套设备解决多种型号发动机数字电子控制器的硬件在回路检测和发动机故障仿真以及维护要求，通过以下技术方案来实现：

航空发动机通用仿真器(以下简称发动机仿真器)包括机柜、显示控制台、上位工控机、信号适配单元、直流稳压电源、组合仪器机箱、仪器扩展机箱、仿真测控计算机、专用测试电缆和仿真及测控软件，其中适配单元机箱背板上集成有与被测发动机控制器连接用的通用电连接器，和与仪器扩展机箱、组合仪器机箱连接用的标准电连接器；

被测发动机控制器通过专用测试电缆与信号适配单元的通用电连接器连接，其模拟信号输入、模拟信号输出经信号适配单元电路处理后通过标准电连接器与仪器扩展机箱、组合仪器机箱连接；组合仪器机箱与仿真测控计算机通过PXI总线方式连接并受其控制；仿真测控计算机实时运行发动机数学模型并与上位工控机建立TCP/IP通讯连接，实时传递相关数据，同时由显示控制台实时显示上位工控机中仿真及测控软件生成的相关测试数据；直流稳压电源通过信号适配单元给被测发动机控制器和信号适配单元内适配单元电路提供工作电源；

所述的仪器扩展机箱为备用PXI扩展机箱，用于根据测试需求扩展相应PXI总线仪器板卡，该机箱通过一块PXI总线扩展卡与组合仪器机箱连接，并受仿真测控计算机控制。机柜为带系统散热及加温环控装置的减震移动式机柜，该机柜内置工业标准仪器安装机架，可以将上述各硬件单元全部集成，便于运输及适应外场环境条件下工作。

所述的发动机仿真器，组成测试系统的硬件架构采用PXI总线开放式架构。组合仪器机箱采用嵌入式控制器插槽(零槽)的标准PXI总线扩展机箱，该机箱插槽采用PXI总线标准的针式连接方式；仿真测控计算机采用带实时操作系统的嵌入式计算机(零槽控制器)，安装于组合仪器机箱零槽内，实时运行发动机数学模型并通过PXI总线控制机箱其余插槽上的硬件资源；机箱其余插槽，则根据测试任务要求相应配置各种PXI总线卡式仪器资源，完成信号采集和信号激励功能。上位工控机通过以太网络连接访问仿真测控计算机，通过仿真及测控软件对整个PXI总线系统上的硬件资源进行集中管理和控制。机柜采用可移动式机柜集成所有硬件资源的模块化结构设计，可以保证整个系统工作稳定性的同时兼顾了发动机综合仿真试验的不同环境需求；利用这些资源，可根据被测发动机控制器的测试需求灵活分配，通过信号适配单元的分配连接，构成不同型号控制器的测试系统，实现测试平台的通用性功能。

所述的信号适配单元功能及结构设计：信号适配单元是为被测发动机控制器与发动机仿真器之间提供电子、电气和机械连接接口的装置。信号适配单元包括适配单元机箱、适配单元电路和标准电连接器、通用电连接器。适配单元电路安装在适配单元机箱内；适配单元机箱为定制的标准工业机箱上架安装结构设计，便于可移动式机柜集成。适配单元电路包括故障注入控制线控制的故障注入配置端子、数字输入/输出通道限流和反压保护电路、电源分配开关、激励信号调理端子、采集信号调理端子，测试仪器电气接口和测试信号电气接口，通过测试信号电气接口集成的通用电连接器，把信号适配单元与被测发动机控制器连接；通过测试仪器电气接口集成的标准电连接器，把信号适配单元与仪器扩展机箱、组合仪器机箱连接；实现各仪器硬件模块与被测发动机控制器进行交联的所有电气信号的前端调理、集中分配、转接和故障注入功能。

所述的专用测试电缆及信号适配单元接口设计：专用测试电缆是被测发动机控制器与信号适配单元进行电气连接的桥梁。由于被测发动机控制器端接口各异，信号适配单元与被测发动机控制器的连接既要实现连接的防差错功能，又要实现信号通道的自然分配，所以根据各种信号的电气特性和连接要求，信号适配单元接口设计为将组合仪器机箱及仪器扩展机箱上所有硬件模块的输入输出通道与测试仪器电气接口上集成的带相应连接标识的标准电连接器连接，并通过信号适配单元电路的激励信号调理端子和故障注入配置端子进行前端处理和故障分配，最后通过测试信号电气接口上集成的通用电连接器送入被测发动机控制器，既完成了硬件回路故障注入，也保证硬件通道资源的合理分配以及连接的正确性，同时，只需更换信号适配单元连接至发动机控制器的专用测试电缆，即可完成多种型号发动机控制器测试系统电气连接的快速重构，实现通用性。

所述的仿真及测控软件设计：基于虚拟仪器技术，仿真及测控软件开发工作全部在LabVIEW图形交互式开发环境下完成，可与仿真测控计算机实时操作系统完美融合，软件设计包括发动机数学模型和控制端测控软件。控制端测控软件界面为全图形化交互式设计，通过虚拟仪表实时显示发动机仿真器相关参数信息。通过调用发动机数学模型，完成发动机性能参数的实时计算仿真，通过测控软件调度使计算输出参数驱动由仿真测控计算机控制的相应硬件通道产生控制器需要的激励信号。由于运行发动机模型的测控仿真计算机为实时操作系统，发动机模型仿真周期可以根据不同仿真步长需要由系统硬件保证精确定时。

所述的发动机数学模型设计：发动机仿真总体分为发动机稳态和过渡态两种方式，过度态又分为正常工况和非正常工况两种，正常工况即发动机加减速过程，非正常工况包括空中起动、空中停车，发动机地面起动，发动机冷运转、油封/启封，以及应急慢车、应急停车和应急空中起动等过程的模拟。发动机稳态和加减速模型是在不考虑雷诺数影响条件下，根据输入的大气及飞行参数经发动机数学模型计算后给出发动机状态参数的。对于非正常工况，限于仿真对象的强非线性，目前无法计算得出，只能以实际的试车数据为基础进行拟合。

为尽可能模拟真实发动机实际工作情况，同时需进行容错考虑(如地面起动中止情况)，使得发动机各种工作状态或过程的模拟以及故障注入与取消过程中的参数可以任意平滑衔接，发动机数学模型采取的工作流程：根据飞行及油门指令参数进行模型初始化完成后，如有用户操作模式触发，则将用户操作模式触发的各非正常工况状态参数(主要是按试车数据拟合参数)同模型正常计算模式计算出的参数进行比较，如果达到模型计算要求的参数(根据计算点的大气环境及飞行条件实时修正)范围即参数正常，则模型输出参数由用户操作模式切换到正常计算模式，即当前状态参数按模型计算参数输出，表明发动机状态已达到模型可以稳定计算的工作范围，否则，模型继续按试车数据拟合输出当前状态参数。测控软件可根据测试流程给出相应触发信号，并自动选择相应的工作模式，在用户取消触发操作或发动机当前输出参数恢复到正常状态时，发动机数学模型将恢复到稳态与加减速特性实时计算的状态。

本发明具有如下优点及效果：

1.兼容性、扩展能力强：采用测控工业标准PXI总线系统架构突破了PCI总线在计算机测试应用数量上的限制，可以根据测试需求无限扩充相应硬件板卡，且所有PXI总线接口产品都相互兼容。

2.可维护性好：所有硬件采用模块化结构设计，系统可以自动检测故障、定位并隔离到板卡和测试通道，以便通过更换备用测试通道或单元板卡的方式进行快速维护。

3.实时性、精确性保证：为了让仿真测试过程可控可视，采用“非实时主控机/实时目标机”的上、下位机体系设计。上位机为非实时主控机，用于进行非实时的交互，如仿真数据查看；下位机为实时目标机，采用带实时操作系统的高性能嵌入式实时仿真计算机，运行发动机数学模型，上位机和实时仿真计算机之间通过标准的以太网络连接交换数据。这种主机/目标机的分立方式确保了测试系统与使用者的交互活动对实时仿真能力不产生任何影响，保证系统仿真时间的确定性和充分可重复的方式来运行，满足特定类型仿真试验对时间的精确要求。

4.自动化程度高：全部仿真试验可以由用户自定义，通过上位机编制用户定义的测试流程或脚本，自动完成故障注入的全部测试过程，记录测试数据，并生成标准测试报告。

5.平台通用性好：信号适配单元采用了标准电连接器和通用电连接器设计，只需更换适配单元机箱到被测发动机控制器相应的连接测试电缆，选择相应的发动机数学模型，就可以快速重构测试系统，以适应不同型号发动机的仿真试验。

6.环境适应性强：自带直流稳压工作电源模块，采用带环控装置的减震可移动式机柜，可以适应多种运输和移动方式，以及从实验室到露天外场的环境试验条件，具有一定的电磁兼容能力，可以参与一定程度的控制系统(包括飞机)整机电磁兼容性试验。

附图说明

图1为发动机通用仿真器系统组成结构框图

1-机柜  2-显示控制台  3-上位工控机  4-信号适配单元  5-直流稳压电源

6-仪器扩展机箱  7-仿真测控计算机  8-组合仪器机箱

图2为信号适配单元内部功能原理框图

10-适配单元机箱  11-适配单元电路  12-故障注入配置端子

13-数字输入/输出通道限流和反压保护电路  14-电源分配开关

15-激励信号调理端子  16-采集信号调理端子  17-故障注入控制线

18-通讯信号  19-模拟信号输出  20-模拟信号输入  21-测试仪器电气接口

22-标准电连接器  23-测试信号电气接口  24-通用电连接器

图3为发动机数学模型工作流程框图

25-飞行及油门指令参数  26-模型初始化完成  27-用户触发模式

28-模型计算模式  29-按模型计算参数输出  30-按试车数据拟合参数输出

图4为发动机控制系统闭环仿真试验构型示意图

9-仿真及测控软件  31-专用测试电缆  32-飞行管理计算机  33-发动机控制器

34-发动机油门控制器  35-发动机油门电机  36-发动机地面维护设备

具体实施方式

下面通过具体实例对本发明做进一步详述。以下实施只是描述性的不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

由图1至图4可知，航空发动机通用仿真器包括机柜1、显示控制台2、上位工控机3、信号适配单元4、直流稳压电源5、仪器扩展机箱6、仿真测控计算机7、组合仪器机箱8，专用测试电缆31和仿真及测控软件9；组成测试系统的硬件架构采用PXI总线开放式架构。信号适配单元4是为被测发动机控制器33与仪器扩展机箱6、组合仪器机箱8之间提供电子、电气和机械连接接口的装置，包括适配单元机箱10、适配单元电路11、标准电连接器22，通用电连接器24。适配单元电路4安装在适配单元机箱10内。适配单元机箱10背板上集成有与被测发动机控制器33连接用的通用电连接器24，和与仪器扩展机箱6、组合仪器机箱8连接用的标准电连接器22。

被测发动机控制器33通过专用测试电缆31与信号适配单元4的通用电连接器24连接，其模拟信号输入20、模拟信号输出19经信号适配单元电路11处理后通过标准电连接器22与仪器扩展机箱6、组合仪器机箱8连接。组合仪器机箱8与仿真测控计算机7通过PXI总线方式连接并受其控制。仿真测控计算机7实时运行发动机数学模型并与上位工控机3建立TCP/IP通讯连接，实时传递相关数据，同时由显示控制台2实时显示上位工控机3中仿真及测控软件9生成的相关测试数据。

直流稳压电源5通过信号适配单元4给被测发动机控制器33和信号适配单元4内适配单元电路11提供工作电源。

上位工控机3通过以太网络连接访问仿真测控计算机7，通过仿真及测控软件9对整个PXI总线系统上的硬件资源进行集中管理和控制。

适配单元电路11包括故障注入控制线17控制的故障注入配置端子12、数字输入/输出通道限流和反压保护电路13、电源分配开关14、激励信号调理端子15、采集信号调理端子16，测试仪器电气接口21和测试信号电气接口23，通过测试信号电气接口23集成的通用电连接器24，把信号适配单元4与被测发动机控制器33连接；通过测试仪器电气接口21集成的标准电连接器24，把信号适配单元4与仪器扩展机箱6、组合仪器机箱8连接；实现各仪器硬件模块与被测发动机控制器进行交联的所有电气信号的前端调理、集中分配、转接和故障注入功能。

组合仪器机箱8采用嵌入式控制器插槽(零槽)的标准PXI总线扩展机箱，该机箱插槽采用PXI总线标准的针式连接方式；仿真测控计算机7采用带实时操作系统的嵌入式计算机(零槽控制器)，安装于组合仪器机箱8零槽内，通过PXI总线控制机箱其余插槽上的硬件资源；机箱其余插槽，则根据测试任务要求相应配置各种PXI总线卡式仪器资源，完成信号采集和信号激励功能。

机柜1采用可移动式机柜集成所有硬件资源的模块化结构设计，保证整个系统工作稳定性的同时兼顾了发动机综合仿真试验的不同环境需求；利用这些资源，可根据被测发动机控制器33的测试需求灵活分配，通过信号适配单元4的分配连接，构成不同型号控制器的测试系统，实现测试平台的通用性功能。

适配单元机箱10为定制的标准工业机箱上架安装结构设计，便于可移动式机柜集成。

仪器扩展机箱6为备用PXI扩展机箱，用于根据测试需求扩展相应PXI总线仪器板卡，该机箱通过一块PXI总线扩展卡与组合仪器机箱8连接，并受仿真测控计算机7控制。

机柜1为带系统散热及加温环控装置的减震移动式机柜，该机柜内置工业标准仪器安装机架，可以将上述各硬件单元全部集成，便于运输及适应外场环境条件下工作。

由于被测发动机控制器33端接口各异，信号适配单元4与被测发动机控制器33的连接既要实现连接的防差错功能，又要实现信号通道的自然分配，所以根据各种信号的电气特性和连接要求，信号适配单元接口设计为将组合仪器机箱8及仪器扩展机箱6上所有硬件模块的输入输出通道与测试仪器电气接口21上集成的带相应连接标识的标准电连接器22连接，并通过信号适配单元电路11的激励信号调理端子15和故障注入配置端子12进行前端处理和故障分配，最后通过测试信号电气接口23上集成的通用电连接器24送入被测发动机控制器33，既完成了硬件回路故障注入，也保证硬件通道资源的合理分配以及连接的正确性，同时，只需更换信号适配单元4连接至发动机控制器33的专用测试电缆31，即可完成多种型号发动机控制器测试系统电气连接的快速重构，实现通用性。

根据控制系统不同仿真试验构型，测试一般采用以下两种方式：一种是系统闭环测试方式；另一种是开环测试方式。闭环测试：主要用于外场及铁鸟台的飞机飞行控制系统和发动机控制系统的大闭环综合测试，以及发动机控制系统半物理仿真试验(含硬件再回路测试)，针对的是控制系统(含控制软件)工作时的功能性、逻辑性、协调性以及控制律验证，对仿真器的实时性要求很高。测试时信号适配单元通过专用测试电缆31连接发动机控制器33，仪器扩展机箱6、组合仪器机箱8通过测试仪器电气接口21与信号适配单元4相连，按照测试流程由信号适配单元4将仪器扩展机箱6、组合仪器机箱8上各硬件模块输出的激励信号进行转换、调理成相应的测试信号并完成相应故障注入，通过测试信号电气接口23传送给发动机控制器33，同时采集发动机控制器33的输出信号，经模数转换成工程数据后，通过仿真及测控软件9反馈回发动机模型响应，完成闭环测试。开环测试：主要用于控制器硬件性能检测和故障诊断，测试时不运行发动机模型，由发动机仿真器硬件单独给控制器激励信号。

实施例

为满足未来多型号、多任务的发动机控制系统仿真测试功能扩展需求，用于安装PXI板卡的组合仪器机箱8选用NI公司3U 18槽PXI-1045多功能机箱；仿真测控计算机7选用NI公司PXI-8109RT高性能2.66GHz双核PXI嵌入式实时控制器(配装实时操作系统)，安装于PXI-1045机箱零槽内，相比传统外置式计算机通过MXI-PXI控制卡连接PXI机箱的方式集成度高，系统实时性大大提高，也便于按设备状态来管理仿真测控计算机7。为实现本地显示及用户交互式配置测试流程，上位工控机3选配了1台研华IPC-610H工控机，一台1U机架抽屉式LCD显示器(17英寸高亮度TFT LCD屏)带组合键盘、触控鼠标的KVM170一体化显示控制台，用于操作控制、界面显示和数据处理。为给仿真器、控制器、油门电机、油门控制器等系统工作附件提供直流27V工作电源，直流稳压电源5配置一台3U机架式2路0V～30V/5A电压可调或可编程直流稳压电源，由信号适配单元机箱10进行电源分配。

为模拟发动机传感器信号通路上的物理故障(短路、开路)，选用NI公司68通道、2A故障注入单元(FIU)模块PXI-2510，该模块适合硬件在环(HIL)应用和电子可靠性测试，用来仿真信号开路，管脚间短路(pin-to-pin)，对电源短路，对地短路故障。通过编程设计，可自动完成对发动机控制器33覆盖式故障注入检测，该模块安装于PXI-1045机箱，该机箱其余插槽分别安装以下PXI总线板卡仪器：8通道PXI-6733频率量输出模块，用于0～40V/0～100Hz正弦波和方波信号输出，主要模拟转速传感器；16通道PXI-6704直流电压输出模块，0～10V直流输出，用于模拟热电偶温度信号；8通道PICKERING热电阻输出模块，0～300Ω带激励5mA，用于模拟燃油、滑油温度等热电阻(RTD)特性输出信号；8通道PXI-6624脉冲电压输入/输出模块，0～10V脉冲方波输出，用于模拟管路流道压力(滑油、燃油压力)信号；8通道PXI-6230直流电压采集模块，用于采集油门杆角度反馈信号；32通道PXI-6514数字输入/输出模块，用于采集控制器负载驱动电气输出信号。以上板卡的通道输出均可以通过编程控制，完成诸如多种信号噪声加入、失真、漂移等发动机控制器所需传感器动态性能仿真的故障注入。

由图4可知，所述发动机仿真器进行发动机控制系统闭环测试时，各组成部分的连接关系，其中虚线框表示所述发动机仿真器的系统组成，飞行管理计算机32通过以太网连接仿真器上位工控机3，上位工控机3通过以太网连接仿真测控计算机7，采用TCP/IP通讯协议交换数据，并实时显示在一体化显示控制台2的显示器上。仿真测控计算机7通过背板PXI数据总线控制仪器扩展机箱6和组合仪器机箱8上的所有PXI总线仪器模块的硬件通道以及数据传送。所有硬件通道通过标准电连接器22连接至信号适配单元4内部各自工业端口激励信号调理端子15和采集信号调理端子16，通过专用测试电缆31采集发动机控制器33及发动机油门控制器34的输出，或输出激励信号给发动机控制器33。直流稳压工作电源5通过信号适配单元4电源分配开关14的分配控制，可以给发动机控制器33以及发动机油门电机35提供27V稳压工作电源。

进行发动机控制系统闭环仿真试验时，上位工控机3采用UDP通讯协议，从飞行管理计算机32获取当前飞行仿真参数(气压高度、马赫数)，同时向飞行管理计算机32实时(定周期)传递发动机状态仿真参数(发动机转速、涡轮后温度、进口总温、推力等)。测控仿真计算机7从上位工控机3获取当前飞行参数后，运行发动机数学模型(性能计算)，实时计算出发动机各状态仿真参数；通过TCP/IP协议传递给上位工控机3的同时，驱动组合仪器机箱8上各模拟和数字信号生成及输出硬件模块生成相应激励(电气)信号，通过信号适配单元4完成信号调理、分配和故障注入后，输出给发动机控制器33；与此同时，通过控制组合仪器机箱8上多种信号采集调理硬件模块采集发动机控制器33的输出以及发动机油门控制器34的油门位置反馈信号，测控仿真计算机7将这些采集到的电气信号标定转换成工程数据后，交由发动机数学模型进行实时计算，并响应发动机控制器33的输出控制以及用户操作控制。整个过程中，一体化的显示控制台2的显示器上将会一直以虚拟仪表实时、动态的显示用户自定义参数或数据，以提高用户交互式体验。发动机地面维护设备36属于发动机编制内设备，通过RS422串口方式与发动机控制器33进行通讯，实时记录和显示发动机及控制器的各种参数。发动机控制器33与飞行管理计算机32的通讯也是RS422串口方式，用以传递飞行控制指令和反馈发动机控制器状态信息，可以通过信号适配单元4完成通讯信号18的故障模拟。

Claims (8)

1.航空发动机通用仿真器包括机柜(1)、显示控制台(2)、上位工控机(3)、信号适配单元(4)、直流稳压电源(5)、仪器扩展机箱(6)、仿真测控计算机(7)、组合仪器机箱(8)，专用测试电缆(31)和仿真及测控软件(9)；其特征在于：组成测试系统的硬件架构采用PXI总线开放式架构，其中信号适配单元(4)是为被测发动机控制器(33)与仪器扩展机箱(6)、组合仪器机箱(8)之间提供电子、电气和机械连接接口的装置，包括适配单元机箱(10)、适配单元电路(11)、标准电连接器(22)，通用电连接器(24)；适配单元电路(4)安装在适配单元机箱(10)内，适配单元机箱(10)背板上集成有与被测发动机控制器(33)连接用的通用电连接器(24)，和与仪器扩展机箱(6)、组合仪器机箱(8)连接用的标准电连接器(22)；

其中被测发动机控制器(33)通过专用测试电缆(31)与信号适配单元(4)的通用电连接器(24)连接，其模拟信号输入(20)、模拟信号输出(19)经信号适配单元电路(11)处理后通过标准电连接器(22)与仪器扩展机箱(6)、组合仪器机箱(8)连接；组合仪器机箱(8)与仿真测控计算机(7)通过PXI总线方式连接并受其控制；仿真测控计算机(7)实时运行发动机数学模型并与上位工控机(3)建立TCP/IP通讯连接，实时传递相关数据，同时由显示控制台(2)实时显示上位工控机(3)中仿真及测控软件(9)生成的相关测试数据；

其中直流稳压电源(5)通过信号适配单元(4)给被测发动机控制器(33)和信号适配单元(4)内适配单元电路(11)提供工作电源；

其中上位工控机(3)通过以太网络连接访问仿真测控计算机(7)，通过仿真及测控软件(9)对整个PXI总线系统上的硬件资源进行集中管理和控制。

2.根据权利要求1所述的航空发动机通用仿真器，其特征在于：适配单元电路(11)包括故障注入控制线(17)控制的故障注入配置端子(12)、数字输入/输出通道限流和反压保护电路(13)、电源分配开关(14)、激励信号调理端子(15)、采集信号调理端子(16)，测试仪器电气接口(21)和测试信号电气接口(23)，通过测试信号电气接口(23)集成的通用电连接器(24)，把信号适配单元(4)与被测发动机控制器(33)连接；通过测试仪器电气接口(21)集成的标准电连接器(24)，把信号适配单元(4)与仪器扩展机箱(6)、组合仪器机箱(8)连接；实现各仪器硬件模块与被测发动机控制器进行交联的所有电气信号的前端调理、集中分配、转接和故障注入功能。

3.根据权利要求1所述的航空发动机通用仿真器，其特征在于：组合仪器机箱(8)采用嵌入式控制器插槽(零槽)的标准PXI总线扩展机箱，该机箱插槽采用PXI总线标准的针式连接方式；仿真测控计算机(7)采用带实时操作系统的嵌入式计算机(零槽控制器)，安装于组合仪器机箱(8)零槽内，通过PXI总线控制机箱其余插槽上的硬件资源；机箱其余插槽，则根据测试任务要求相应配置各种PXI总线卡式仪器资源，完成信号采集和信号激励功能。

4.根据权利要求1所述的航空发动机通用仿真器，其特征在于：机柜(1)采用可移动式机柜集成所有硬件资源的模块化结构设计，保证整个系统工作稳定性的同时兼顾了发动机综合仿真试验的不同环境需求；利用这些资源，可根据被测发动机控制器(33)的测试需求灵活分配，通过信号适配单元(4)的分配连接，构成不同型号控制器的测试系统，实现测试平台的通用性功能。

5.根据权利要求1所述的航空发动机通用仿真器，其特征在于：适配单元机箱(10)为定制的标准工业机箱上架安装结构设计，便于可移动式机柜集成。

6.根据权利要求1所述的航空发动机通用仿真器，其特征在于：仪器扩展机箱(6)为备用PXI扩展机箱，用于根据测试需求扩展相应PXI总线仪器板卡，该机箱通过一块PXI总线扩展卡与组合仪器机箱(8)连接，并受仿真测控计算机(7)控制。

7.根据权利要求1所述的航空发动机通用仿真器，其特征在于：机柜(1)为带系统散热及加温环控装置的减震移动式机柜，该机柜内置工业标准仪器安装机架，可以将上述各硬件单元全部集成，便于运输及适应外场环境条件下工作。

8.根据权利要求1或要求2所述的航空发动机通用仿真器，其特征在于：由于被测发动机控制器(33)端接口各异，信号适配单元(4)与被测发动机控制器(33)的连接既要实现连接的防差错功能，又要实现信号通道的自然分配，所以根据各种信号的电气特性和连接要求，信号适配单元接口设计为将组合仪器机箱(8)及仪器扩展机箱(6)上所有硬件模块的输入输出通道与测试仪器电气接口(21)上集成的带相应连接标识的标准电连接器(22)连接，并通过信号适配单元电路(11)的激励信号调理端子(15)和故障注入配置端子(12)进行前端处理和故障分配，最后通过测试信号电气接口(23)上集成的通用电连接器(24)送入被测发动机控制器(33)，既完成了硬件回路故障注入，也保证硬件通道资源的合理分配以及连接的正确性，同时，只需更换信号适配单元(4)连接至发动机控制器(33)的专用测试电缆(31)，即可完成多种型号发动机控制器测试系统电气连接的快速重构，实现通用性。