基于LabWindows／CVI的舵機負載模擬系統設計

　　地面半物理仿真試驗是飛機設計與研制過程中不可或缺的一個環節，用于在地面環境對飛機的工作狀態進行模擬，以驗證飛機的各項性能是否滿足設計需要，該環節對保障飛機的安全性與可靠性具有重要意義。

　　舵機是飛機自動駕駛儀或飛機增穩系統中的執行機構，屬于飛機的關鍵部件。在飛機地面半物理仿真試驗中，需要在地面環境中模擬舵機在全飛行剖面中所受到的氣動載荷，進而為整機提供與實際飛行相近似的工作狀態，以檢驗舵機及其他部、組件的性能，并為全機研制、改進與改型提供重要參考依據。

　　因此，舵機負載模擬是地面半實物仿真試驗中不可缺少的重要技術環節。在試驗過程中，舵機負載模擬系統需要對負載模擬器進行控制，根據給定的載荷譜為舵機施加相應的載荷。由于在飛機飛行過程中，各個環境參數不斷變化，所以舵機負載模擬系統具有載荷類型復雜且變化快等特點，控制難度較大。文中采用上、下位機的分布式結構方案，基于LabWindow/CVI開發環境設計了負載模擬系統控制軟件，對多個通道的舵機載荷進行實時模擬，保證了地面模擬試驗的真實性與準確性。

　　1系統硬件設計

　　1.1系統結構原理

　　負載模擬系統由加載作動筒、電液伺服閥、控制器與傳感器等組成。其中伺服閥與加載作動筒為舵機作動器施加額定負載;拉壓力傳感器為負載模擬系統提供反饋信號，完成閉環控制;位移傳感器用于超差檢測和故障判斷并為系統提供補償。單通道負載模擬系統結構如圖1所示。

　　圖1 單通道負載模擬系統結構圖

　　整個試驗平臺中共有5個舵機，所以系統共需要五個負載模擬通道。為了達到最佳控制效果，系統采用上、下位機的分布式控制系統結構。其中上位機用于完成人機接口和協調管理等功能。由于系統中有四個負載模擬通道間存在一定耦合，故采用1#下位機對這四個通道進行協調控制;另一個負載模擬通道的負載頻率較高，為保證控制精度，采用2#下位機單獨進行控制。整個舵機負載模擬系統的硬件系統結構框圖如圖2所示。

　　圖2 系統硬件結構圖

　　1.2系統電氣連接

　　系統電氣部分的前向通道負責將現場的信號實時采集處理并傳回工控機。每個通道包含一個拉壓力傳感器和一個位移傳感器，全部四個通道共計8路反饋信號。反饋信號在現場端通過幅值放大與零位調整后由電纜傳輸至電氣柜的信號調理板，經阻抗隔離和濾波后輸入到相應下位機的A/D轉換卡，并在工控機中完成相應的數據運算與處理。

　　系統電氣部分的后向通道負責將工控機的控制信號傳送至現場的執行機構。每個通道包含一個舵機指令信號、一個加載伺服閥指令信號和一個用于對系統進行保護的開關信號，全部四個通道共計12路控制信號。控制信號從工控機的D/A轉換卡或DO接口卡輸出，通過功率放大后輸送至現場的執行機構處，完成現場機構的控制。

　　由于系統采用上、下位機分布式結構，為了實現上、下位機之間的通訊，采用了基于RS-485通訊方式的異步并行通訊卡。該通訊卡基于ISA總線，以兩塊為一組，配合完成通訊。同組的兩塊板卡使用CBL-M25M9x2數據通訊線進行連接。