喜歡就充值下載吧，，資源目錄下展示的全都有，，下載后全都有，dwg格式的為CAD圖紙，有疑問咨詢QQ：414951605 或1304139763 長春工程學院畢業(yè)設(shè)計（外文翻譯） CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY HIL Simulation of Aircraft Thrust Reverser Hydraulic System In Modelica 基于Modelica半實物仿真的飛機 反推力裝置液壓系統(tǒng) 資料來源： EBSCOhost數(shù)據(jù)庫 設(shè)計題目： 閥殼油封軸承壓裝機 學生姓名： 耿唯軒 學院名稱： 國際教育學院 專業(yè)名稱： 機械設(shè)計制造及其自動化 班級名稱： 機制1646 學 號： 1622421610 指導教師： 關(guān)鐵鷹 教師職稱： 副教授 完成時間： 2020年5月19日 第七屆會議論文集Modelica語言，科莫，意大利，9月20日至22日，2009 基于Modelica半實物仿真的 飛機反推力裝置液壓系統(tǒng) 趙建軍1 李自強1 丁劍烷1 陳利平1 王祈福1 陸清2王宏鑫2吳爽2 1：計算機輔助設(shè)計中心，機械學院，華中科技大學?？萍技凹夹g(shù)。湖北省武漢市，中國，430074 2：上海飛機設(shè)計研究所，中國商用飛機集團有限公司，上海，200436 {jjzhao168, willhave, jwdingwh, chenliping.ty}@gmail.com wangqf@hust.edu.cn lq70300@126.com whongxin@sina.com wushuanga@sohu.com 摘要：本文介紹了一個解決方案來建立一個硬件在環(huán)（HIL）仿真系統(tǒng)與Modelica語言為基礎(chǔ)的民間飛機推力逆向仿真平臺系統(tǒng) -機電工程在Windows系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用硬件在環(huán)仿真平臺“機電工程”，以模型和模擬的推力反向器的液壓系統(tǒng)，并采取硬件- 作為模擬輸入PLC的輸出信號。建模模塊，通信模塊，解決模塊，動畫模塊和控制模塊包括硬件在環(huán)仿真平臺中，其關(guān)鍵技術(shù)和實施細節(jié)規(guī)定。HIL系統(tǒng)已成功應(yīng)用于ARJ21飛機液壓系統(tǒng)仿真反推力。它可以模擬液壓系統(tǒng)在正常狀態(tài)，故障狀態(tài)以及其他工作條件，以驗證控制邏輯和評價系統(tǒng)的關(guān)鍵性能，從而幫助減少了實驗成本，優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計。 關(guān)鍵詞：飛機推力反向器的液壓系統(tǒng)，實時仿真，硬件在環(huán)，Modelica 1. 簡介 推力反向器[1]作為飛機引擎的一部分，是飛機著陸減速裝置，它可以有效地縮短了滑行距離。推力反向器是一個典型的復雜物理系統(tǒng)，涉及機械，電子，液壓，控制等領(lǐng)域。為了驗證推力反向器的控制邏輯，我們可以進行地面試驗及飛行的推力反向器真正件實驗，但這種方法具有較高的成本和安全性差，而且只限于不同的自然條件。此外，這種方法，對極端條件下的測試是非常困難的。Modelica語言為基礎(chǔ)的硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)可以解決上述問題。首先，基于Modelica[2，3]是一個免費的，面向?qū)ο蟮拇笮停瑥碗s和異構(gòu)的物理系統(tǒng)的語言formodeling。這是適合多領(lǐng)域建模。在數(shù)學描述Modelica語言模型是由微分，代數(shù)和離散方程。Modelica語言，我們可以在整個反推模型，它涉及機械，電子，液壓和控制領(lǐng)域。其次，HIL系統(tǒng)同時使用真實邏輯控制元件和反推力模型來實現(xiàn)模擬。HIL系統(tǒng)可以驗證這在varietyof工作條件的控制邏輯，它的成本非常低。此外，有了這個系統(tǒng)，就沒有必要考慮安全性。 本文介紹了一個解決方案來建立一個模擬平臺與基于Modelica語言反推力HIL模擬系統(tǒng) –機電工程[4]與Windows操作系統(tǒng)的普通電腦。它使用為例，先進的區(qū)域噴氣飛機的推力反向器在21世紀（ARJ21的），這是設(shè)計和公司的中國商用飛機有限公司（專員）制造。首先，它介紹了硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)的總體框架，然后詳細說明了仿真平臺，這是建模模塊，解決，溝通，動畫及和記控制的幾個重要模塊，最后演示了該系統(tǒng)的成功應(yīng)用ARJ21的推力反向器模擬。 2系統(tǒng)概述 一般來說，硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)由主機上的Windows操作系統(tǒng)和實時目標機器上運行的PC運行的操作系統(tǒng)， 這種系統(tǒng)具有較高的實時功能，但非常昂貴。ARJ21飛機的推力反向器是由液壓驅(qū)動系統(tǒng)，它主要是由六電磁液壓閥，其國家所有的推力反向器控制開關(guān)取決于控制。在模擬實驗中，PLC作為反推控制器產(chǎn)生控制信號，液壓閥6根據(jù)的推力反向器控制開關(guān)和反饋信號從模擬平臺的狀態(tài)。和反饋信號將只用于故障觸發(fā)。因此，模擬不需要很高的實時能力。 該硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)，在這篇文章中討論，不需要昂貴的“真正的“實時系統(tǒng)。它可以運行于Windows操作系統(tǒng)的普通計算機和采樣頻率可以達到50赫茲，這是足夠的推力反向器模擬的要求。 在圖1所示的系統(tǒng)的概述。HIL仿真系統(tǒng)的實現(xiàn)基于PLC和仿真平臺“機電工程”，這五個軟件模塊組成- 建模模塊，解決模塊，通信模塊，動畫模塊和硬件在環(huán)控制模塊。 圖1：系統(tǒng)概述 PLC中，作為在HIL系統(tǒng)的硬件部分使用，接收電子信號控制開關(guān)，以及模擬反饋信號，并發(fā)送控制信號的邏輯運算后的仿真平臺。機電工程，以Modelica語言為基礎(chǔ)的綜合開發(fā)環(huán)境，是用來作為建模和硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)的仿真平臺。推力反向器是模擬對象，這是基于Modelica模型。根據(jù)該模型，求解模塊產(chǎn)生的疑問，這是實時計算工作。通訊模塊是實時仿真平臺之間的數(shù)據(jù)交換和PLC負責。該動畫模塊接收從解決模塊和驅(qū)動器的三維動畫的結(jié)果數(shù)據(jù)。囪基發(fā)展控制模塊，它的面板，如圖2所示，為啟動和終止仿真，仿真參數(shù)設(shè)置負責，展現(xiàn)與其他模塊進行通信，以及關(guān)鍵數(shù)據(jù)。 圖2：半實物仿真系統(tǒng) 仿真過程如下： 1) 在分析了反推力系統(tǒng)，組件模型和系統(tǒng)模型）創(chuàng)建于Modelica語言。 2) 在設(shè)置與控制模塊的硬件在環(huán)仿真面板參數(shù)，模擬開始：HIL模式轉(zhuǎn)換控制模塊，然后生成一個求解器模塊解決，這將是在一個新的程序調(diào)用。 3) 通信模塊是由所謂的硬件在環(huán)控制模塊接收來自PLC的控制信號。經(jīng)過翻譯，這些信號會顯示在面板上，并傳送到求解程序。 4) 在求解過程中接收控制信號并在每個周期計算。當計算完成后，解算器發(fā)送的結(jié)果到HIL控制模塊，并等待下一個周期。 5) HIL控制模塊接收來自求解過程的結(jié)果，并顯示在HIL控制模塊的硬件面板，并交付給動畫模塊來驅(qū)動的實時動畫。與此同時，HIL控制模塊命令通訊模塊發(fā)送結(jié)果反饋信號給PLC。 6) PLC采用反饋信號和控制作為輸入開關(guān)狀態(tài)，邏輯運算后，發(fā)送控制信號到仿真平臺。 7) 重復步驟3，直到終止循環(huán)的模擬。 3關(guān)鍵技術(shù) 3.1建模 在分析了ARJ21飛機的推力反向器的液壓系統(tǒng)，我們開發(fā)了一個專用液壓庫：Hydrau -Comac，這是在HyLibLight的液壓庫。Hydrau_Comac庫提供ARJ21的推力反向器和輔助液壓元件庫，如隔離控制閥（側(cè)腦室），兜帽鎖（氯），方向控制閥（直流電壓），液壓執(zhí)行器，管，負載，以及流體的特性。這些模型是根據(jù)自身構(gòu)造方程及其參數(shù)的檢測結(jié)果判定是否有必要校準。為了滿足實時性的要求，Hydrau_Comac庫還提供簡化的實時組件模型。Hydrau_Comac庫的結(jié)構(gòu)如圖3所示。 圖3：Hydrau_Comac庫的結(jié)構(gòu) 在HyLibLight庫和Hydrau_Comac庫的基礎(chǔ)上，我們模擬ARJ21的反推力液壓系統(tǒng)，提供簡化的系統(tǒng)模型（圖4）實時硬件在環(huán)仿真，以及詳細的系統(tǒng)模型進行離線仿真（圖5）。 圖4：實時反推力系統(tǒng)模型 圖5：離線系統(tǒng)模型與管道 3.2求解 HIL仿真模型的模型解決與離線模擬解決不同。HIL仿真解決不僅需要與外部硬件交換數(shù)據(jù)，而且還保證物理時間之間在現(xiàn)實世界中的模擬和邏輯時間同步。為了識別輸入和輸出數(shù)據(jù)，我們使用“輸入“和“輸出’”前綴修改輸入變量和輸出變量，因此，我們可以保證計算順序-從輸入變量到輸出變量。此外，根據(jù)Modelica的規(guī)范，輸入變量和輸出變量可用于外部通信，因此，外部交換數(shù)據(jù)需要在配置文件中記錄。根據(jù)在配置文件中記錄，聯(lián)營的解決模塊輸入/輸出共享內(nèi)存變量。求解器模塊從共享內(nèi)存中讀取輸入數(shù)據(jù)，并寫入輸出數(shù)據(jù)到那里。 HIL控制模塊寫入輸入數(shù)據(jù)從PLC的共享內(nèi)存中，并從哪里讀取輸出數(shù)據(jù)。 實時流程圖解決是如圖6所示。在每一個采樣周期，如果他們的數(shù)據(jù)變動，解決模塊將會從共享內(nèi)存中提取輸入數(shù)據(jù)并檢查。如果更改，這意味著會導致事件的外面環(huán)境改的變化，從而使解決模塊需要做事件循環(huán)。然后，解決模塊計算，并寫入所要求的輸出數(shù)據(jù)到共享內(nèi)存。 圖6：流動的實時圖表求解 我們使用定時器來實現(xiàn)同步。通過調(diào)用查詢性能頻率（）函數(shù)，我們可以得到，并調(diào)用查詢性能計數(shù)器（）在兩個時間點功能的機器內(nèi)部定時器的時鐘頻率，我們可以得到一個計數(shù)。隨著頻率和數(shù)量，我們可以知道這兩個時間點之間的精確時間。利用這種方法，我們可以知道在一個周期內(nèi)所花費的時間并把這時間稱為一個變量的物理循環(huán)時間。在下一個周期開始時物理循環(huán)時間超過采樣周期。這種方法的計時誤差小于1ms。 在每個周期中，模塊檢查是否解決在計算所花費的時間長于采樣周期。如果計算超過采樣周期，但不超過可接受的時間，該模塊將報告一個警告。而如果計算超出可接受的時間，該模塊將報告錯誤并退出。因此，為了實現(xiàn)高實時性，仿真系統(tǒng)需要運行在高性能計算機，以確保解決的速度。 3.3通訊 在HIL仿真中，如何溝通仿真平臺和PLC，以及如何保證精確的通信頻率是實時能力的關(guān)鍵因素。通過使用通訊模塊，仿真平臺采用PLC通過RS232串行端口通信。通訊參數(shù)如下：57.6kbps的傳輸速率，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無奇偶校驗和固定字長的數(shù)據(jù)幀。根據(jù)該指定，從模擬平臺傳輸?shù)絇LC的數(shù)據(jù)將被轉(zhuǎn)換為標準數(shù)據(jù)幀。然后，PLC將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換幀檢索內(nèi)容。通訊模塊調(diào)用Windows API函數(shù)進行串口通訊：調(diào)用CreateFile（）函數(shù)打開串口，writeFile（）函數(shù)將數(shù)據(jù)寫入到串行端口，用readfile（）函數(shù)來讀取串口數(shù)據(jù)。 PLC采用高速串口通信模塊CP341來實現(xiàn)通信。FB7的CP341功能塊負責接收從模擬平臺的數(shù)據(jù)，并且FB8的CP341功能塊是將數(shù)據(jù)發(fā)送到模擬平臺負責。通過使用定時器，串行口通信的頻率可以被控制。串口通信的頻率是相同的采樣頻率。PLC使用其內(nèi)部定時器，其最小時間間隔可為10ms。由于PLC是電路工作，因此，定時精度取決于PLC控制程序運行周期。在正常情況下，PLC控制程序運作周期可小于1毫秒，精度可以達到1毫秒。通訊模塊在于Windows操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，使用多媒體定時器 “時間設(shè)置事件（）“定時控制，并實現(xiàn)串口讀寫回調(diào)功能操作，精度也能達到1毫秒。 3.4動畫 一般來說，基于Modelica多體動畫的實施有3個步驟：首先，求解計算模型生成的結(jié)果數(shù)據(jù)，然后將被用來形成動畫數(shù)據(jù)；其次，幾何模型建立；第三，幾何模型的動畫數(shù)據(jù)驅(qū)動并在屏幕上顯示出來。對于實時仿真，我們需要在每個周期的最新的動畫數(shù)據(jù)，但它需要較長時間，不能滿足實時性要求。幸運的是，反推只有一個自由議案，也就是驅(qū)動可以來回移動。因此，我們可以首先創(chuàng)建一個離線的動畫，然后用執(zhí)行器來部署可變長度變量使該離線動畫顯示，從而保證動畫的同步性。具體過程如下： 首先，建立了推力反向器多體運動學模型，并執(zhí)行離線仿真，使仿真結(jié)果文件生成；其次，閱讀模擬結(jié)果的文件并創(chuàng)建三維動畫；第三，建立一對一的執(zhí)行機構(gòu)之間的映射關(guān)系的長度和脫機部署動畫幀變量；最后，進行了實時仿真，獲得該變量的值，并用它來驅(qū)動動畫。 4應(yīng)用 HIL仿真系統(tǒng)已成功應(yīng)用于ARJ21飛機液壓系統(tǒng)仿真反推力。仿真平臺的用戶界面如圖7所示。邏輯控制部分的硬件實現(xiàn)與西門子S7- 300系列PLC類似，其中包括電源模塊，CPU模塊，離散輸入模塊，離散輸出模塊，模擬量輸入模塊，模擬量輸出模塊，串口通信模塊和觸摸屏。PLC控制程序的開發(fā)和STEP7一樣以及觸摸屏界面（圖7）開發(fā)與Flexcible2005一起。采用可編程控制器控制開關(guān)的推力反向器，或從觸摸屏作為輸入信號的數(shù)據(jù)，經(jīng)過一番邏輯運算，它輸出數(shù)據(jù)相當于仿真平臺的控制信號。 圖7：觸摸面板的PLC 機電工程運行于Windows操作系統(tǒng)與通用計算機。我們與仿真平臺機電工程計算機是一種具有英特爾酷睿2 2.8G的CPU，2G內(nèi)存，ATI的3450HD顯卡和19英寸液晶顯示器戴爾桌面。在這種配置中，ARJ21的反推力液壓系統(tǒng)的實時仿真周期可以達到20毫秒。結(jié)果數(shù)據(jù)和HIL仿真系統(tǒng)生成曲線與試驗基本吻合，所不同的也是可以接受的。（表1，圖8，圖9）。 表1：部署時間及充填時間的執(zhí)行器 圖8：執(zhí)行器壓力試驗曲線 9：執(zhí)行機構(gòu)的壓力仿真曲線 HIL仿真系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低。通過對ARJ21飛機液壓系統(tǒng)仿真反推力，我們可以驗證在各種工況的控制邏輯，評價系統(tǒng)的關(guān)鍵性能，使數(shù)量和測試成本可降低，以及ARJ21的設(shè)計優(yōu)化飛機液壓系統(tǒng)及測試可以提供依據(jù)。 5結(jié)論 本文演示了以Modelica為基礎(chǔ)的HIL硬件仿真專為??飛機液壓系統(tǒng)研制反推力的解決方案。HIL硬件仿真系統(tǒng)，運行在Windows操作系統(tǒng)的普通計算機上，通過與外部硬件進行串行端口通信。HIL仿真系統(tǒng)的成本非常低，而且其采樣周期可長達20毫秒，因此特別適合用于對那些不需要非常高的實時功能的情況下。該仿真原型應(yīng)用ARJ21的推力反向器的模擬表明，該HIL硬件仿真系統(tǒng)，它采用基于Modelica語言模型飛機推力反向器的液壓系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)連接，能大大提高測試效率，減少測試數(shù)量和測試成本。 今后的工作是要加強與一般的Windows計算機模擬實時功能，以及使用機電工程生成目標代碼，它可以用于實時系統(tǒng)。 致謝 這項工作得到了中國國家自然科學基金（批準No.60704019和Grant No.60874064）。 特別感謝Medelon公司認可使用HyLibLight庫。 縮略語 ARJ21的：21世紀先進的支線飛機 申訴專員：中國工商有限公司飛機公司 發(fā)光：兜帽鎖 側(cè)腦室：隔離控制閥 直流電壓：方向控制閥 PLC：可編程邏輯控制器 HIL發(fā)展：硬件在半實物 參考文獻 1]羅伯特瓊斯一，推力反向器。 US4373328，1983,2。 [2]彼得Fritzson，Engelson瓦迪姆?；贛odelica統(tǒng)一的面向?qū)ο笳Z言系統(tǒng)建模與仿真[1]。第12屆歐洲會議面向?qū)ο笠?guī)劃的研究[J]。 1998年，67- 90。 [3]彼得Fritzson，面向?qū)ο蟮脑瓌tModelica語言建模與仿真2.1。皮斯卡塔韋，臺北：清華大學出版社，2004。 [4]范立舟，陳莉萍，吳一中，丁建萬，趙建軍，章云慶，機電工程：一個多域物理建模與仿真系統(tǒng)基于Modelica現(xiàn)代的IDE，第五屆國際基于Modelica會議，第2卷，725-732，2006 窗體頂端 - 10 -