Перейти к основному содержанию
ИТарктика
УДК 004.41
Татьяна Викторовна Малюгина
магистрант, Арзамасский политехнический институт (филиал) федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева»
Программа-имитатор для проведения испытаний электро-механического привода элерона летательного аппарата
Аннотация:

В статье сообщается о программе-имитаторе комплексной системы управления электромеханическим приводом элерона летательного аппарата. Приводятся сведения о стандарте, на базе которого осуществляется работа программного обеспечения, протоколе информационного обмена, среде разработки. Описаны этапы работы с программным обеспечением.

Ключевые слова: программное обеспечение, электромеханический привод, блок управления приводом, комплексная система управления, мультиплексный канал информационного обмена.

Введение

В настоящее время к самолетам предъявляются высокие требования с точки зрения стоимости, эксплуатации, экологичности и топливной эффективности, что требует от авиационных специалистов поиска принципиально новых подходов к построению энергетической системы самолета.

Одним из наиболее перспективных направлений создания конкурентоспособного отечественного самолета является переход к концепции «Более электрический самолет», основная идея которой состоит в увеличении доли электричества в общем энергобалансе самолета. Данная концепция подразумевает поэтапную электрификацию самолета [1].

Ключевым моментом в реализации концепции «Более электрический самолет» является создание электромеханических приводов (ЭМП) систем управления полетом.

В настоящее время для управления полетом самолета используется широкий набор аэродинамических поверхностей [2], управление которыми производится различного рода силовыми приводами: гидравлическими, пневматическими и электрическими (подразделяются на два типа: ЭМП и электрогидростатические приводы). Наиболее перспективными являются ЭМП ввиду их простоты конструкции и низких массогабаритных показателей [2]. Усилия, необходимые для перемещения аэродинамической поверхности, для каждого самолета определяются площадью поверхности, скоростью, высотой полета и другими условиями. Следует отметить, что основная масса несущей системы самолета и рулевых поверхностей сосредоточена в силовых приводах, поэтому разработка простых ЭМП с низкими массогабаритными показателями для замены гидравлических систем является актуальной научно-технической задачей.

В ООО «Арзамасское приборостроительное конструкторское бюро» (ООО «АПКБ») в рамках научно-исследовательской работы (НИР) был разработан макетный образец ЭМП, предназначенного для управления рулевой поверхностью типа элерона самолета, а также блок управления приводом (БУП).

Для организации работы с ЭМП посредством БУП, было разработано программное обеспечение (ПО), представляющее собой программную часть имитатора комплексной системы управления (КСУ), которое позволяет пользователю задавать управляющее воздействие и получать ответную информацию – параметры изделия.

Программа-имитатор комплексной системы управления электромеханическим приводом элерона летательного аппарата

Для обеспечения взаимодействия КСУ и БУП используется мультиплексный канал информационного обмена (МКИО) в соответствии с ГОСТ Р 52070-2003, так как данный интерфейс позволяет повысить надежность передачи информации между его абонентами путем введения избыточности [3].

Связь КСУ с БУП осуществляется в соответствии с протоколом информационного взаимодействия, который определяет логику работы системы и перечень параметров на передачу/прием.

Протоколом определено следующее:

  • требуемые форматы сообщений информационного обмена – 1 и 2;
  • адрес оконечного устройства – 22;
  • подадрес БУП на прием слов данных – 3;
  • подадрес БУП на выдачу слов данных – 2;
  • количество слов данных на выдачу (КСУ ® БУП)/прием (БУП ® КСУ) – 5/7;
  • частота обмена между КСУ и БУП – 500 Гц.

На рисунке 1 представлены форматы сообщений, используемые для организации информационного обмена, согласно ГОСТ Р 52070-2003.

ждл

В таблице 1 приведен перечень слов данных, выдаваемых КСУ в БУП.

 

Таблица 1. Перечень слов данных, выдаваемых КСУ в БУП

№ Слова

Наименование сигнала

Диапазон значений

Цена младшего разряда

Примечание

СД1

Заданное положение выходного звена

-32,768 – +32,767 мм

0,001 мм

 

СД2

Слово разовых команд

 

 

 

СД3

Слово данных (при программировании)

 

 

 

СД4

Контрольный счетчик

0 – 65535

1

 

СД5

Контрольная сумма

 

 

 

 

В таблице 2 приведен перечень сигналов слова разовых команд.

 

Таблица 2. Перечень сигналов слова разовых команд

№ Слова

Наименование сигнала

Разряды

СД2

Выход ПИ-регулятора по положению

15 мл

Выход калькулятора скорости

14

Выход ПИ-регулятора по скорости

13

q-составляющая тока статора

12

Выход ПИ-регулятора по Iq

11

Пропорциональная сост. ПИ-регулятора по Iq

10

Интегральная сост. ПИ-регулятора по Iq

9

Вкл/Откл управления двигателем

8

Резерв

7

Резерв

6

Резерв

5

Резерв

4

Резерв

3

Резерв

2-0 ст

 

В таблице 3 приведен перечень слов данных, выдаваемых БУП в КСУ.

 

Таблица 3. Перечень слов данных, выдаваемых БУП в КСУ

№ Слова

Наименование сигнала

Диапазон значений

Цена младшего разряда

Примечание

СД1

Сигнал датчика положения выходного звена

-32,768 – +32,767 мм

0,001 мм

 

СД2

Сигнал датчика положения ротора

0 – 655,36°

0,01°

 

СД3

Телеметрия

 

 

 

СД4

Счетчик времени 500 Гц

0 – 65535

1

 

СД5

Ток потребления/Напряжение силовой части

0-64 А/0-512 В

0,25 А/2 В

8 р/8 р

СД6

Слово состояния БУП

 

 

 

СД7

Контрольная сумма

 

 

 

 

В таблице 4 приведен перечень сигналов слова состояния БУП.

Таблица 4. Перечень сигналов слова состояния БУП

№ Слова

Наименование сигнала

Разряды

СД6

Отказ датчика выходного звена

15 мл

Отказ датчика положения ротора

14

Перегрев

13

Перегрузка

12

Отказ силовой части

11

Режим демпфирования

10

Ошибка счетчика 500 Гц

9

Статус питания 115 В

8

Статус питания 27 В

7

Принято неверное КС от КСУ

6

Отказ ОУ МКИО

5

Счетчик перезапуска

4

Статус управления двигателем

3

Резерв

2-0 ст

На рисунке 2 приведена структурная схема аппаратной части имитатора КСУ.

ждл

Плата TA1-PCI4-02, представленная на рисунке 2, выступает в качестве контроллера канала, управляющего обменом информации в интерфейсе.

Разработка программной части КСУ осуществлялась в среде LabVIEW, основная специфика которой – создание комплексных приложений для решения задач измерения, тестирования, управления, автоматизации научного эксперимента [4].

Программы LabVIEW называются виртуальными приборами (ВП), так как они функционально и внешне подобны реальным (традиционным) приборам.

В комплект поставки платы интерфейса входит библиотека ВП LabVIEW, которая предоставляет программисту интерфейс для работы с разными типами устройств интерфейса и позволяет обойтись без непосредственного программирования устройств на уровне регистров.

Несмотря на то, что LabVIEW – это мощный инструмент для моделирования, чаще всего он применяется для сбора данных от внешнего источника и управления приборами [4, 5].

На рисунке 3 представлен фрагмент программного кода.

р

Суть работы ПО состоит в следующем: пользователь программно задает управляющее воздействие, а в ответ получает данные о параметрах изделия.

Далее рассмотрены основные этапы работы с ПО КСУ [6].

На рисунке 4 представлено главное окно программы, в котором у пользователя появляется возможность выбора формы сигнала с целью его дальнейшей подачи в БУП.

дло

Основными сигналами, как видно в выпадающем списке слева на рисунке 4, являются: синус, меандр, треугольник, трапеция, прямая линия, а также сигналы в режимах работы АЦП/ЦАП, АЧХ/ФЧХ.

В соответствии с выбранной формой сигнала (например, синус), пользователь должен ввести остальные параметры: время работы в секундах, амплитуду, частоту, смещение, множитель (необходим для вывода данных в масштабе графика), а также осуществить выбор телеметрии, как показано на рисунке 5.

щшг

Выбор телеметрии позволяет получить данные с выходов пропорционально-интегральных регуляторов системы управления, реализованной в БУП.

После ввода всех параметров, необходимо запустить информационный обмен кнопкой «Передача».

В процессе работы программы пользователь имеет возможность отслеживать достоверность передач (при запуске обмена на лицевой панели появляются светодиодный и числовой индикаторы количества неверных контрольных сумм), а также состояние информационного обмена. На рисунках 6 и 7 представлены светодиодный и числовой индикаторы, а также строка состояния.

ло

По окончании информационного обмена пользователь имеет возможность просмотреть полученные результаты на графике, как показано на рисунке 8, при этом необходимые параметры изделия могут быть выбраны при помощи переключателей.

лор

В случае выбора в выпадающем списке «Форма сигнала» элемента «АЧХ/ФЧХ», программа выдает в БУП сигнал синусоидальной формы в диапазоне частот от 0,1 до 20 Гц. Здесь пользователю необходимо ввести значение амплитуды формируемого сигнала. Следует отметить, что частоты синусоидального сигнала, а также количество периодов для работы на каждой из заданных частот могут быть заданы пользователем. Для этого был разработан специальный ВП, представленный на рисунке 9.

щр

На основании результатов информационного обмена программа производит расчет частотных характеристик изделия и, при нажатии пользователем на соответствующие переключатели, выводит их на график.

Кроме всего, ПО КСУ позволяет в качестве сигнала подавать внешний аналоговый сигнал, а выходной сигнал выдавать в аналоговой форме от -10 до +10 В. Такой режим работы требуется для управления с внешней КСУ, имеющей только аналоговый выход. Для работы в этом режиме используется плата АЦП/ЦАП, а также терминальный блок. После выбора в выпадающем списке «Форма сигнала» элемента «АЦП/ЦАП» необходимо установить коэффициент перевода входного напряжения в миллиметры заданного сигнала, а также ввести время работы, множитель, осуществить выбор телеметрии, как показано на рисунке 10.

щр

В программе имеется возможность сохранения полученных результатов в текстовом документе Word при помощи кнопки «Отчет». В отчет помещается график, на котором представлены все параметры изделия, как показано на рисунке 11.

лор

По окончании обмена в текстовый файл записываются результаты работы программы в численном виде, которые, в случае необходимости могут быть использованы для дальнейшей обработки.

Заключение

Разработано ПО, удовлетворяющее ГОСТ Р 52070-2003, которое было использовано для проведения исследовательских испытаний макетного образца ЭМП, разработанного в ООО «АПКБ».

Разработанная программа позволяет формировать управляющее воздействие и обрабатывать получаемые значения требуемых параметров разрабатываемых изделий в соответствии с протоколом обмена.

 В настоящее время ЭМП передан в центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н. Е. Жуковского (ЦАГИ) для проведения полунатурных испытаний. Разработанное ПО было использовано для первоначальной работы с изделием при подключении и наладке оборудования.

Список литературы

  1. Воронович С. «Полностью электрический самолет». Современное состояние и перспективы развития / С. Воронович, В. Каргопольцев, В. Кутахов [Электронный ресурс] // Авиационно-космический журнал «Авиапанорама», 2009. – Вып. 4. – с. 14-17. – URL: https://www.aviapanorama.su
  2. Саяхов И. Ф. Электромеханические приводы для управления адаптивными крыльями летательных аппаратов / И. Ф. Саяхов, А. Н. Николаева [Электронный ресурс] // Электротехнические и информационные комплексы и системы, 2017. – №1, т. 13. с. 37-42. – URL: http://www.ugues.ru
  3. ГОСТ Р 52070-2003 Интерфейс магистральный последовательный системы электронных модулей. Общие требования
  4. Тревис Дж. LabVIEW для всех / Дж. Тревис: пер. с англ. Клушин Н. А. – М.: ДМК Пресс, 2005. – 544 с.
  5. Что такое LabVIEW? [Электронный ресурс] // Сайт National Instruments. – URL: http://www.labview.ru/labview/what_is_labview/index.php
  6. Малюгина Т. В. Программное обеспечение для проведения испытаний электромеханического привода элерона летательного аппарата // Наука молодых: сборник научных статей участников XI Всероссийской научно-практической конференции с международным участием (29-30 ноября 2018 г.). – Арзамас: Арзамасский филиал ННГУ, 2018. – с. 197-201.

References

  1. Voronovich S. «All-electric aircraft». The current status and development prospects / S. Voronovich, V. Kargopoltsev, V. Kutakhov [Electronic resource] // Aerospace magazine «Aviapanorama», 2009. – i. 4. – pp. 14-17. – URL: https://www.aviapanorama.su
  2. Sayakhov I. F. Electromechanical actuators to control the adaptive wings of aircraft / I. F. Sayakhov, A. N. Nikolaeva [Electronic resource] // Electrotechnical and information complexes and systems, 2017. – no. 1, vol. 13, pp. 37-42. – URL: http://www.ugues.ru
  3. Russian National Standard 52070-2003 Multiplex data exchange channel. General requirements
  4. Travis J. LabVIEW for Everyone / J. Travis: translation from English Klushin N. A. – Moscow: Press, 2005. – 544 p.
  5. What is LabVIEW? [Electronic resource] // Website National Instruments. – URL: http://www.labview.ru/labview/what_is_labview/index.php.

Malyugina T. V. Software for testing of the electromechanical actuator of the aileron of the aircraft // The science of young people: collection of scientific articles of the participants of the XIth all-Russian research-to-practice conference with international participation (29-30 November 2018). – Arzamas: Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod (branch), 2018. – pp. 197-201.