【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及飞机机电系统设计领域，具体涉及一种飞机机电系统虚拟集成验证方法。
技术介绍
1、飞机机电系统的功能主要分为能源保障(电、液、气)、环境保障(设备、人员环境)和其它功能(货运空投、刹车等)，包含辅助动力、环控、燃油、供电，液压和空降空投等子系统。现有先进机电系统采用综合控制架构，将原有分离的多个分系统采集和控制计算机整合为一台计算机，通过高速总线对机电系统各子系统进行管理控制，系统组成包含电机、泵、阀门等机械电气设备，刹车控制器和电机控制器等控制设备，接口单元和处理计算机等总线设备等，各子系统间的控制和机械电气接口关系更加复杂，在实物产品或试验台组建前，对机电系统开展跨子系统的机、电、液、气、热、控等多学科综合性能验证已经成为先进机电系统开发的必要环节。
2、与现有综合控制架构相适应的综合验证主要采用控制系统常用的半实物综合验证方法验证接口和逻辑在通讯和控制环节的符合性，系统模型只模拟接口和逻辑行为，不能模拟产品本身物理特性，因此不能验证考虑系统物理特性下的系统性能。另一种基于数字孪生的综合验证方法，通过使用高精度元件模型搭建系统模型，实现虚拟模型对真实物理系统响应的模拟，满足系统物理性能指标验证的要求，但由于其要求使用高精度的元器件模型一般需要物理产品测试数据进行标定，建模成本高，周期长，一般无法在系统设计阶段开展。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种飞机机电系统虚拟集成验证方法，解决现有控制综合验证无法反映系统物理特性下的逻辑验证短板，以及数字
2、为了实现上述任务，本专利技术采用以下技术方案：
3、一种飞机机电系统虚拟集成验证方法，包括以下步骤：
4、步骤1，首先根据国内典型系统研制分工，将机电系统划分为系统和产品两个层次，系统层次为飞机设计单位定义的系统组成、接口关系、参数指标和行为，产品为产品制造单位根据飞机设计单位要求研制的具体产品；
5、步骤2，将飞机机电系统的模型按照上述的系统、产品两个层次，分别划分为系统层的概念模型和产品层的物理模型两个类型；概念模型用于定义飞机机电系统，使用基于语义描述和元素关联的建模语言完成系统定义；物理模型用于定义机电系统所包含的产品，使用代数方程或逻辑符号完成产品特性定义；
6、步骤3，依据系统研制阶段，从前到后依次将机电系统虚拟集成验证划分为概念虚拟集成验证，初步虚拟集成验证，详细虚拟集成验证和全域虚拟集成验证；
7、步骤4，在概念虚拟集成验证阶段，通过机电系统的概念模型验证系统接口的匹配性、参数和行为逻辑的合理性；
8、步骤5，在初步虚拟集成验证阶段，通过机电系统的概念模型和产品的物理模型的联合仿真，实现在考虑产品物理特性条件下的系统接口的匹配性、参数和行为逻辑的合理性验证；
9、步骤6，在详细虚拟集成验证阶段，机电系统的概念模型所包含的行为逻辑利用控制器进行实现；通过控制器的物理模型和产品的物理模型联合仿真，实现在考虑产品物理特性和控制器实际控制特性下系统接口的匹配性、参数和行为逻辑的合理性验证；
10、步骤7，在全域虚拟集成验证阶段，机电系统与飞行管理系统的通讯被飞机总线通讯协议定义，通过飞机总线的物理模型、控制器的物理模型和产品的物理模型联合仿真，实现在考虑产品物理特性、控制器实际控制特性和总线通讯特性下系统接口的匹配性、参数和行为逻辑的合理性验证。
11、进一步地，所述系统定义包括系统组成、接口关系、参数指标和行为；所述产品特性定义包含机械电气特性、控制和通讯特性，控制算法实现和通讯特性定义。
12、进一步地，在完成飞机机电系统定义后，根据后续系统研制阶段中系统状态变化进行系统概念模型修订；使用物理模型完成产品特性定义后，并根据产品设计进展细化物理模型颗粒度。
13、进一步地，在步骤4到步骤7的联合仿真过程中，按照概念模型、物理模型类型分配仿真节点，通过飞机总线实现不同类型模型的联合仿真。
14、进一步地，步骤4到步骤7的联合仿真过程中，利用接口管理技术，实现用产品物理模型替换系统概念模型中对应的模块或参数，从而完成基于系统概念模型生成多物理域多颗粒的系统级物理仿真模型。
15、一种飞机机电系统性能虚拟集成验证设备，包含一台用于运行系统概念模型的概念仿真器1，一台用于运行产品机械电气模型的物理模型仿真器2，一台用于运行控制算法模型的控制仿真器3，一台用于运行总线通讯模型的总线仿真4，以及一套用于支持各个仿真器交互数据的dns通讯网络5，一个用于存储和管理仿真对象模型的模型库6。
16、进一步地，概念设计阶段，在概念仿真器1中运行机电系统的概念模型10，概念模型10中的内部块图和参数图等sysml视图定义的系统组成、连接关系、性能指标，活动图和状态机等sysml视图定义系统的行为，通过仿真验证系统设计结果对系统接口的匹配性、参数和行为逻辑的合理性。
17、进一步地，初步设计阶段，在概念仿真器1中运行经过调经颗粒度细化后的概念模型11，概念模型11继承概念模型10中定义系统行为的活动图和状态机，但将概念模型10中内部块图和参数图替换为产品制造单位基于产品原理提供的机械电气设备amesim模型，在物理模型仿真器2中运行机械电气设备amesim模型，并通过通讯网络，实现概念模型11与机械电气特性模型的联合仿真，验证考虑产品物理特性条件下的系统接口的匹配性、参数和行为逻辑的合理性。
18、进一步地，详细设计阶段，在物理模型仿真器2中运行产品制造单位按照产品实际设计方案提供的机械电气特性模型，在控制仿真器3中运行系统控制算法模型，并通过通讯网络，实现概念模型、机械电气特性模型和的系统控制算法模型的联合仿真，验证考虑产品物理特性和控制器实际控制特性下系统接口的匹配性、参数和行为逻辑的合理性。
19、进一步地，在试制与试验阶段，在概念仿真器1中运行概念模型，在物理模型仿真器2中运行产品制造单位根据产品样机试验数据提供的机械电气特性模型，在控制仿真器3中系统控制算法模型，在总线仿真器4中运行总线通讯模型，并通过通讯网络，实现概念模型、机械电气特性模型、系统控制算法模型和总线通讯模型的联合仿真，验证在考虑产品物理特性、控制器实际控制特性和总线通讯特性下系统接口的匹配性、参数和行为逻辑的合理性；最终实现对机械电气、控制和通讯等三个特性领域的机电系统虚拟集成验证。
20、与现有技术相比，本专利技术具有以下技术特点：
21、1.根据飞机研制阶段系统和产品设计流程定义虚拟集成验证流程，制定与研制阶段验证目标向匹配的建模要求和虚拟集成验证方法
22、2.对系统和产品采用不同的建模方法，采用概念建模方法构建系统模型，物理方法构建产品模型，与目前系统设计单位和产品设计单位的设计责任和交付物匹配，有利于实现全生命周期的模型更新和质量管理。
23、3.根据机本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种飞机机电系统虚拟集成验证方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的飞机机电系统虚拟集成验证方法，其特征在于，所述系统定义包括系统组成、接口关系、参数指标和行为；所述产品特性定义包含机械电气特性、控制和通讯特性，控制算法实现和通讯特性定义。
3.根据权利要求1所述的飞机机电系统虚拟集成验证方法，其特征在于，在完成飞机机电系统定义后，根据后续系统研制阶段中系统状态变化进行系统概念模型修订；使用物理模型完成产品特性定义后，并根据产品设计进展细化物理模型颗粒度。
4.根据权利要求1所述的飞机机电系统虚拟集成验证方法，其特征在于，在步骤4到步骤7的联合仿真过程中，按照概念模型、物理模型类型分配仿真节点，通过飞机总线实现不同类型模型的联合仿真。
5.根据权利要求1所述的飞机机电系统虚拟集成验证方法，其特征在于，步骤4到步骤7的联合仿真过程中，利用接口管理技术，实现用产品物理模型替换系统概念模型中对应的模块或参数，从而完成基于系统概念模型生成多物理域多颗粒的系统级物理仿真模型。
6.一种飞机机电系统性能虚拟集成
7.根据权利要求6所述的飞机机电系统性能虚拟集成验证设备，其特征在于，概念虚拟集成验证阶段，在概念仿真器(1)中运行机电系统的概念模型(10)，概念模型(10)中的内部块图和参数图等sysml视图定义的系统组成、连接关系、性能指标，活动图和状态机等sysml视图定义系统的行为，通过仿真验证系统设计结果对系统接口的匹配性、参数和行为逻辑的合理性。
8.根据权利要求6所述的飞机机电系统性能虚拟集成验证设备，其特征在于，初步虚拟集成验证阶段，在概念仿真器(1)中运行经过调经颗粒度细化后的概念模型(11)，概念模型(11)继承概念模型(10)中定义系统行为的活动图和状态机，但将概念模型(10)中内部块图和参数图替换为产品制造单位基于产品原理提供的机械电气设备AMEsim模型，在物理模型仿真器(2)中运行机械电气设备AMEsim模型，并通过通讯网络，实现概念模型(11)与机械电气特性模型的联合仿真，验证考虑产品物理特性条件下的系统接口的匹配性、参数和行为逻辑的合理性。
9.根据权利要求6所述的飞机机电系统性能虚拟集成验证设备，其特征在于，详细虚拟集成验证阶段，在物理模型仿真器(2)中运行产品制造单位按照产品实际设计方案提供的机械电气特性模型，在控制仿真器(3)中运行系统控制算法模型，并通过通讯网络，实现概念模型、机械电气特性模型和的系统控制算法模型的联合仿真，验证考虑产品物理特性和控制器实际控制特性下系统接口的匹配性、参数和行为逻辑的合理性。
10.根据权利要求6所述的飞机机电系统性能虚拟集成验证设备，其特征在于，在全域虚拟集成验证，在概念仿真器(1)中运行概念模型，在物理模型仿真器(2)中运行产品制造单位根据产品样机试验数据提供的机械电气特性模型，在控制仿真器(3)中系统控制算法模型，在总线仿真器(4)中运行总线通讯模型，并通过通讯网络，实现概念模型、机械电气特性模型、系统控制算法模型和总线通讯模型的联合仿真，验证在考虑产品物理特性、控制器实际控制特性和总线通讯特性下系统接口的匹配性、参数和行为逻辑的合理性；最终实现对机械电气、控制和通讯等三个特性领域的机电系统虚拟集成验证。
...【技术特征摘要】
1.一种飞机机电系统虚拟集成验证方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的飞机机电系统虚拟集成验证方法，其特征在于，所述系统定义包括系统组成、接口关系、参数指标和行为；所述产品特性定义包含机械电气特性、控制和通讯特性，控制算法实现和通讯特性定义。
3.根据权利要求1所述的飞机机电系统虚拟集成验证方法，其特征在于，在完成飞机机电系统定义后，根据后续系统研制阶段中系统状态变化进行系统概念模型修订；使用物理模型完成产品特性定义后，并根据产品设计进展细化物理模型颗粒度。
4.根据权利要求1所述的飞机机电系统虚拟集成验证方法，其特征在于，在步骤4到步骤7的联合仿真过程中，按照概念模型、物理模型类型分配仿真节点，通过飞机总线实现不同类型模型的联合仿真。
5.根据权利要求1所述的飞机机电系统虚拟集成验证方法，其特征在于，步骤4到步骤7的联合仿真过程中，利用接口管理技术，实现用产品物理模型替换系统概念模型中对应的模块或参数，从而完成基于系统概念模型生成多物理域多颗粒的系统级物理仿真模型。
6.一种飞机机电系统性能虚拟集成验证设备，其特征在于，包含一台用于运行系统概念模型的概念仿真器(1)，一台用于运行产品机械电气模型的物理模型仿真器(2)，一台用于运行控制算法模型的控制仿真器(3)，一台用于运行总线通讯模型的总线仿真(4)，以及一套用于支持各个仿真器交互数据的dns通讯网络(5)，一个用于存储和管理仿真对象模型的模型库(6)。
7.根据权利要求6所述的飞机机电系统性能虚拟集成验证设备，其特征在于，概念虚拟集成验证阶段，在概念仿真器(1)中运行机电系统的概念模型(10)，概念模型(10)中的内部块图和参数图等sysml视图定义的系统组成、连接关系、性能指标，活动图和状态机等sysml...
【专利技术属性】
技术研发人员：薛龙献，陈川，吴建军，袁碧荷，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司成都飞机设计研究所，
类型：发明
国别省市：
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