执行机构模型在航空发动机硬件在回路平台的集成方法技术

本发明专利技术公开了一种执行机构模型在航空发动机硬件在回路平台的集成方法，属于航空发动机控制与仿真技术领域。该方法包括如下步骤：步骤1，根据执行机构的需求，建立满足性能指标的燃油执行机构模型；步骤2，根据FMI标准的要求，将所建立的执行机构模型导出为FMU模型；步骤3，参考FMI标准中的接口函数，设计调用步骤2中导出的FMU模型的主控程序；步骤4，按照HIL平台的运行要求，将步骤3中所设计的主控程序封装为DLL格式；步骤5，将步骤4生成的DLL文件及步骤2中生成的FMU模型拷贝到HIL平台执行机构模型计算机中。本发明专利技术不改变原HIL平台中的任何软、硬件，提高了HIL仿真的精度和灵活度，且周期短、易实现，具有良好的推广前景。

【技术实现步骤摘要】
执行机构模型在航空发动机硬件在回路平台的集成方法
本专利技术涉及一种执行机构模型在航空发动机硬件在回路平台的集成方法，属于航空发动机控制与仿真

技术介绍
目前，航空发动机的控制系统均采用全权限数字电子控制（FullAuthorityDigitalElectricControl,FADEC）。FADEC系统主要由发动机、电子控制器、控制传感器、执行机构等组成，是一个由诸多复杂硬件及软件组成的综合体。航空发动机控制系统的研发流程包括控制需求分析、全数字仿真、硬件在回路(HardwareIntheLoop,HIL)仿真、半物理仿真以及台架试车五个阶段，其中，在HIL仿真阶段，电子控制器采用实物，而发动机、传感器和执行机构信号均通过模拟器进行模拟。由于采用了真实的控制部件，HIL仿真能够切实提高仿真的置信度，弥补全数字仿真的不足，是航空发动机控制系统从理论到实际应用的关键环节。如图1所示，在HIL仿真过程中，对航空发动机模型的集成方法大致如下：首先通过MATLAB/Simulink工具建立航空发动机的部件级模型，再通过CodeGeneration工具将模型转化为有工程应用价值的程序代码，最后根据HIL平台的要求将代码封装成为HIL平台可调用的DLL(DynamicLinkLibrary，动态链接库)形式。然而，这种方法对执行机构模型却并不适用，其原因主要在于：通过MATLAVB/Simulink工具并不能建立符合机械液压特性的执行机构模型。FADAEC系统涉及多个学科多个专业，而目前针对控制系统各部件的设计多采用各专业独立设计的方式，不同的专业领域中往往有其不同的主流专业仿真工具，比如对于燃油执行机构的设计通常采用AMESim软件，该建模平台直接面向设计，对机械液压部件可最大限度描述部件实际物理架构，但是却不能将模型直接转化为工程可用的代码形式，于是，就导致无法将通过AMESim工具建立的精度更高的执行机构模型并将其集成在HIL平台中进行仿真。针对这一问题，在实际过程中为了使HIL仿真试验的正常进行，通常有以下两种解决方法：（1）将执行机构忽略；（2）将执行机构简化为一阶惯性环节，再按照图1的方法将其集成在HIL平台。显然，以上所述的两种方法都不能有效解决问题：一方面，使得HIL仿真的精度和置信度降低，不能发挥出HIL仿真在控制系统研制过程中的关键性；另一方面，在后续的系统集成验证环节中，导致各部件之间的需求出现矛盾，需要进行反复迭代，从而增加了研发时间和成本。近年来，打破不同专业领域中主流仿真工具彼此之间无法兼容的约束，实现多学科、跨平台、高精度的全数字仿仿真是目前仿真领域一个十分重要的发展方向。在这种趋势下，FMI（FunctionalMock-upInterface，通用模型接口）标准在2008年诞生并得到了广泛且深入的应用，现在该标准已经成为全球接受程度最高、应用最广泛的功能和性能棋型交互重用的接口标准，截至目前，已有一百多个全球领先的软件在环、硬件在回路、软件开发等软、硬件工具支持FMI标准。不同的建模及仿真软件可以通过该标准将其模型导出成FMU（FunctionalMock-upUnit，通用模型单元）模型，然后再将其集成在其他仿真软件或平台中实现联合仿真，这就解决了一直以来困扰的问题——如何使用不同建模工具开发的模型来进行联合仿真。
技术实现思路
本专利技术提出了一种执行机构模型在航空发动机硬件在回路平台的集成方法，通过引入FMI标准这一强大的工具，将在AMESim软件所设计的燃油执行机构模型集成在HIL平台中，以提高HIL仿真的精度和灵活性。本专利技术为解决其技术问题采用如下技术方案：一种执行机构模型在航空发动机硬件在回路平台的集成方法，包括如下步骤：步骤1，根据执行机构的需求，建立满足性能指标的燃油执行机构模型；步骤2，根据FMI标准的要求，将所建立的执行机构模型导出为FMU模型，该模型内含建模所需的求解器；步骤3，参考FMI标准中的接口函数，设计调用步骤2中导出的FMU模型的主控程序；步骤4，按照HIL平台的运行要求，将步骤3中所设计的主控程序封装为DLL格式；步骤5，将步骤4生成的DLL文件及步骤2中生成的FMU模型拷贝到HIL平台执行机构模型计算机中。步骤1中所述燃油执行机构模型具有明确的输入。所述输入为需求燃油量。步骤1中所述燃油执行机构模型具有明确的输出。所述输出为实际燃油量。本专利技术的有益效果如下：（1）本专利技术提供了一种在HIL平台中集成执行机构模型的方法，该方法只需简要了解FMI标准文档中的相关接口函数的作用，便可以编写出主控程序，具有易实现、周期短、成本低等优点。（2）本专利技术提供的方法可以将任何符合本专利技术要求的燃油执行机构模型集成在HIL平台中进行仿真，切实提高了HIL仿真的精度和置信度。（3）本专利技术不改变原HIL平台中的任何软、硬件，具有可操作性强的特点。（4）本专利技术解决了模型因在某些工程软件建立，但不能直接转化为工程代码导致无法集成在航空发动机硬件在回路平台的问题，该方法对其他工程软件、其他科研领域及其他硬件平台相似的问题也具备借鉴意义，具有良好的推广前景。附图说明图1是航空发动机模型在HIL平台的集成流程图。图2是本专利技术提供的执行机构模型在HIL平台的集成方法图。图3是对应步骤2中在AMESim软件中所建模型及导出FMU的接口连接图。图4是对应步骤3中FMU模型仿真流程图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术的执行机构模型在HIL平台的集成方法，其特征在于：不改变航空发动机HIL平台的任何软、硬件，并且满足了HIL平台只能调用DLL文件格式的要求，通过设计FMI的主控程序调用FMU模型，并按照HIL平台模型计算机调用模型的接口对该主控程序进行封装，即可实现执行机构模型在HIL平台上的集成。步骤1，根据执行机构的设计需求，建立满足性能指标的燃油执行机构模型；步骤2，按照流程将所建立的执行机构模型导出为Co-Simulation（联合仿真）模式的FMU模型，该模型内含建模软件中模型方程的求解器；步骤3，参考FMI标准技术文档中所提供的接口函数，利用C语言设计调用步骤2中导出的FMU模型的主控程序；步骤4，按照HIL平台的提供的封装模板，将步骤3中所设计的主控程序封装为DLL格式；步骤5，将步骤4生成的DLL文件及步骤2中生成的FMU模型拷贝到HIL平台执行机构模型计算机中，加载HIL平台带有的模型工作站程序，即可完成HIL平台对执行机构模型的调用。其中，所述步骤1的过程包括：任何科研人员都可以按照需求，在AMESim建模平台设计满足各项指标需求的燃油执行机构模型，只需保证所建模型具有输入输出即可。其中，所述步骤2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种执行机构模型在航空发动机硬件在回路平台的集成方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1，根据执行机构的需求，建立满足性能指标的燃油执行机构模型；/n步骤2，根据FMI标准的要求，将所建立的执行机构模型导出为FMU模型，该模型内含建模所需的求解器；/n步骤3，参考FMI标准中的接口函数，设计调用步骤2中导出的FMU模型的主控程序；/n步骤4，按照HIL平台的运行要求，将步骤3中所设计的主控程序封装为DLL格式；/n步骤5，将步骤4生成的DLL文件及步骤2中生成的FMU模型拷贝到HIL平台执行机构模型计算机中。/n

【技术特征摘要】
1.一种执行机构模型在航空发动机硬件在回路平台的集成方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，根据执行机构的需求，建立满足性能指标的燃油执行机构模型；
步骤2，根据FMI标准的要求，将所建立的执行机构模型导出为FMU模型，该模型内含建模所需的求解器；
步骤3，参考FMI标准中的接口函数，设计调用步骤2中导出的FMU模型的主控程序；
步骤4，按照HIL平台的运行要求，将步骤3中所设计的主控程序封装为DLL格式；
步骤5，将步骤4生成的DLL文件及步骤2中生成的FMU模型拷贝到HIL平台执行机构模型计算机中。

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【专利技术属性】
技术研发人员：王修奇，王继强，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32