蔡昀彤++吴双++胡文++是贤珠
摘 要：在对民用飞机进行系统试验的过程中，需要探讨和研究如何在异构模型情况下进行联合仿真的方法。该文论述了在对起落架转弯功能进行仿真的过程中，通过采用不同软件建立的异构模型的联合仿真，成功地获得了同真实起落架转弯系统近似的转弯反馈结果。该工作在液压系统控制仿真，以及未来的系统仿真等领域具有一定的借鉴意义。
关键词：液压 控制 联合仿真 异构模型
中图分类号：TN948.1 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）08（c）-0080-03
1 研究背景及问题描述
1.1 研究背景
异构模型是指若干个计算机模型，这些模型使用不同的软件建立，使用不同的模型构建语言，具有不同的架构，同时这些模型都是某一真实物理系统的必要组成部分，必须协同运行才能实现对该真实系统的模拟。
异构模型在计算机建立模型对真实系统进行仿真的工作中比较常见，对于汽车飞机上的系统而言也十分常见。例如飞机的刹车系统，就是一个机械加液压加电信号组成的系统，这个系统的液压部分的模型同机械部分的模型就是异构的，它们只有在协同运行的情况下，才能真实地仿真整个刹车系统。
此研究是对民用飞机进行计算机仿真研究工作的一部分。主要的研究手段是对飞机上真实系统进行分解建模再进行联合仿真。比如此研究的飞机起落架系统，可以分解为液压、机械和软件等若干子系统，对这些子系统分别建立起异构模型，再通过计算机联合仿真的方式，将这些异构模型联合起来，模拟完整的飞机起落架系统，从而进行试验分析以及设计验证的工作。
1.2 研究主要解决的问题
在民用飞机领域，至今还缺乏使用异构模型进行仿真试验的具体案例。原因主要是在异构模型的背景下，如何将不同架构的模型互联进行联合仿真，存在着技术障碍；另外，仿真模型的置信度较低、缺乏仿真建模的验证方法等也是重要原因。
基于此，该研究就计划建立一套基于异构模型的联合仿真平台，通过一些具体真实的仿真试验来攻克异构模型条件下的联合仿真技术瓶颈；并对提升模型的置信度以及寻找对仿真模型的验证方法方面开展研究。
2 需求分析
此研究需要建立一套起落架转弯的异构模型，来分析飞行员输入的转弯指令下起落架机构模型的转弯反应，来验证起落架系统模型是否能如真实系统一样地执行转弯指令。在真实铁鸟试验台上采集到了飞行员的手轮输入曲线，如图1所示，图中的横轴是时间，单位是秒，纵轴是角度，单位是度。
在接收到飞行员手轮输入信号后，起落架进行响应，液压系统驱动前起落架进行转弯，安装在前起落架的转弯传感器得到转弯角度，如图2所示。
真实的起落架转弯功能是在获得飞行员的指令后，由起落架控制盒驱动液压伺服阀的电机，从而控制转弯作动筒中的液压流量和方向，继而驱动起落架向需要的方向转弯。因此，为了仿真实现起落架转弯的功能，共需要搭建3套异构模型：起落架控制逻辑模型、液压电动泵和作动筒模型以及起落架机构模型。
3 仿真系统设计与实现
3.1 仿真工具
此研究建立的异构模型主要包括3部分：起落架液压驱动系统模型、起落架机械结构模型和起落架转弯控制模型。起落架液压驱动系统模型是使用LMS公司的AMESim建立的，起落架机械结构模型是使用达索公司的CATIA软件和LMS公司Motion软件建立的，起落架控制模型是使用Mathworks公司的Matlab/Simulink软件建立的。
3.2 仿真接口
采用AMESim软件提供的SimuCosim接口，将AMESim模型同Simulink模型连接；AMESim同Motion软件进行连接采用的接口形式是VL.Motion Cosim接口。
通过这种方式相连的两种模型，其接口的数据变量类型必须采用同样的数据类型，但各自模型中的变量名称可以不完全一致。
3.3 仿真系统架构
此研究建立的异构联合仿真模型，是一个闭环控制系统：控制逻辑接收转弯指令值和当前转弯角度来计算出驱动液压系统的电流；液压系统通过接收驱动电流和方向指令来分派合适的液压压力；液压压力传导到起落架机械系统后，起落架机械系统计算出转弯的速度和转弯角度并将转弯角度反馈至控制系统，完整的起落架转弯系统模型见图 3所示。
4 仿真结果
使用飞行员的手轮输入信号作为仿真模型的输入，运算此项目搭建的起落架转弯控制模型，将仿真模型的转弯反馈角度结果同真实的转弯角度结果进行比较，如图4所示，图中左半边的曲线是真实起落架系统的转弯响应曲线，右半边的曲线是仿真模型的转弯反馈角度。可以看出，采用仿真得到的转弯结果同真实系统的转弯相应曲线非常相似。
在转弯过程中，液压伺服阀的液压口的流量曲线如图5所示。液压系统的流量响应趋势符合预期。
对于起落架机构模型，这个转弯过程的动画再现情景如图6所示。通过动画再现的方式可以看到转弯的响应灵敏，无明显的抖动现象。
5 结语
通过文章建立的异构模型架构，文章使用仿真模型代替真实系统的方式，完成了起落架转弯的功能模型，并且对起落架转弯响应的研究从侧面验证了起落架转弯控制系统的功能。
文章的意义不仅仅在于验证了起落架转弯逻辑，更重要的是在于建立的异构模型架构打破了异構模型间的无法沟通的问题，积累了联合仿真的工具使用经验；同时在建模的过程中注意到了模型参数设置和调试的方法，提高了建模仿真的能力，提升了模型的置信度。这些工作为后续进行更复杂、更精确的系统仿真试验打下了基础。
参考文献
[1]田红芳，单立志，李成功.通用模型接口标准FMI[C]//2011年信息技术、服务科学与工程管理国际学术会议.2011.
[2]吴紫俊，赵建军.多领域功能样机可交换模型规范实现研究[J].系统仿真学报，2012，24（10）：2083-2086.
[3]赵岩.基于Modelica的起落架系统多领域建模研究[D].华中科技大学，2012.
