硬件在回路故障注入系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及硬件在回路仿真，尤其涉及用于硬件在回路仿真的硬件在回路故障注入系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]根據(jù)復(fù)雜機(jī)載系統(tǒng)開發(fā)流程(SAE ARP4754A)和適航驗證(CCAR33.28)的要求，航空發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)的研制應(yīng)按照全數(shù)字仿真測試、硬件在回路仿真試驗、半物理仿真驗證、臺架試車的順序開展，以保證系統(tǒng)在所有的狀態(tài)下功能、性能等方面符合系統(tǒng)的需求。
[0003]硬件在回路仿真試驗是以真實發(fā)動機(jī)電子控制器(EEC)和監(jiān)視裝置(EMU)為試驗對象，按照控制系統(tǒng)的系統(tǒng)要求設(shè)計測試用例，對控制系統(tǒng)的功能、性能、接口進(jìn)行高效、全面的驗證，盡早發(fā)現(xiàn)并克服設(shè)計缺陷，降低半物理仿真驗證和臺架試車的事故風(fēng)險。硬件在回路仿真試驗包括控制系統(tǒng)容錯算法、故障診斷與故障隔離、信號處理、EMU的接口電路、指示告警、總線通訊等。
[0004]圖1是示出了硬件在回路仿真系統(tǒng)的一般框圖。實時仿真計算機(jī)上運行有各種發(fā)動機(jī)模型，諸如發(fā)動機(jī)氣路模型、燃滑油系統(tǒng)模型、作動機(jī)構(gòu)模型、傳感器模型等。實時仿真計算機(jī)控制信號模擬設(shè)備，后者在實時仿真計算機(jī)的控制下模擬出供待測設(shè)備(即真實電子控制器)采集的各種信號。具體地，信號模擬設(shè)備可以是任何硬件在回路仿真電氣信號模擬板卡，其板卡輸入內(nèi)容根據(jù)需求不同可為熱電阻模擬板卡輸出、熱電偶模擬板卡輸出、頻率量模擬板卡輸出、開關(guān)量模擬板卡輸出、LVDT/RVDT模擬板卡輸出、電橋信號模擬板卡輸出等等。
[0005]信號模擬設(shè)備通過故障注入系統(tǒng)與待測設(shè)備，例如真實電子控制器連接。電子控制器中運行控制邏輯和控制軟件。實時仿真計算機(jī)及其上運行的發(fā)動機(jī)及燃油系統(tǒng)模型、信號模擬設(shè)備、故障注入系統(tǒng)共同構(gòu)成硬件在回路仿真系統(tǒng)，其中，故障注入系統(tǒng)為硬件在回路仿真系統(tǒng)的核心子系統(tǒng)。硬件在回路仿真系統(tǒng)的價格一般在百萬人民幣級，因此一個或多個型號燃油控制系統(tǒng)配備一套硬件在回路仿真系統(tǒng)。
[0006]傳統(tǒng)的航空發(fā)動機(jī)硬件在回路故障注入系統(tǒng)構(gòu)型見圖1。該系統(tǒng)200包括故障注入矩陣210、繼電器控制裝置220、電源故障模擬設(shè)備230、以及斷線盒240。故障注入矩陣210由“行”通道、“列”通道和繼電器組成?！靶小蓖ǖ篮汀傲小蓖ǖ朗纸徊妫總€交叉點上都有一個繼電器(211、212)，繼電器控制行通道與列通道在相應(yīng)交叉點處的連通和斷開。每個行通道中設(shè)有繼電器(213)以控制該行通道的通斷。每個行通道是一條線纜，作為信號線將信號模擬設(shè)備的用于輸出特定信號的特定輸出端連接至待測設(shè)備的用于采集該特定信號的相應(yīng)輸入端。如上所述，信號模擬設(shè)備可以模擬供待測設(shè)備采集的各種信號，因此具有若干輸出端，故障注入矩陣210的行通道的數(shù)量一般與信號模擬設(shè)備的輸出端的數(shù)量相同。故障注入矩陣210具有兩個列通道，其中一個列通道作為電源故障通道耦接至電源故障模擬設(shè)備230，另一列通道作為短路通道不連接外部設(shè)備。
[0007]對于信號模擬的信號線間短路故障，由短路繼電器211、斷路繼電器213、和信號模擬設(shè)備配合進(jìn)行。例如，要模擬待測設(shè)備的第一根信號線與第二根信號線之間短路，則繼電器控制裝置220可控制第一行短路繼電器211閉合、第二行短路繼電器211閉合、全部的斷路繼電器213閉合、其余短路繼電器斷開來實現(xiàn)。
[0008]對于信號模擬通道的對電源短路故障，由斷路繼電器213和電源故障注入繼電器212配合實現(xiàn)。例如，要模擬待測設(shè)備的第一根信號線對電源短路，可將電源故障模擬設(shè)備230調(diào)整至輸出期望的故障電壓，繼電器控制裝置220可控制第一行電源故障注入繼電器212閉合、全部的斷路繼電器213閉合來實現(xiàn)。
[0009]類似地，對于信號模擬通道的斷路故障，由斷路繼電器213實現(xiàn)。例如，要模擬待測設(shè)備的第一根信號線的斷路，則繼電器控制裝置220可控制第一個行通道中的斷路繼電器213斷開來實現(xiàn)。
[0010]對于阻性短路、串?dāng)_等復(fù)雜故障注入，可通過斷線盒240手工實現(xiàn)。
[0011]傳統(tǒng)的故障注入系統(tǒng)存在如下缺點:
[0012]可靠性缺陷，由于所使用繼電器觸點存在有限壽命，故障注入設(shè)備可能會由于某些測試用例導(dǎo)致的某個繼電器頻繁使用而損壞。
[0013]安全性缺陷，電氣系統(tǒng)故障注入是對被測設(shè)備具有潛在破壞性的危險實現(xiàn)，一旦測試用例邏輯出現(xiàn)錯誤，可能會導(dǎo)致被測設(shè)備(EEC、EMU)燒毀，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。傳統(tǒng)航空發(fā)動機(jī)故障注入系統(tǒng)一般是由汽車發(fā)動機(jī)電子控制器故障注入系統(tǒng)演化而來，由于汽車電子控制器成本低，故這種損失對于汽車電子控制器故障注入試驗是可接受，但對于航空發(fā)動機(jī)電子控制器故障注入試驗是難以承受的。
[0014]功能缺失:
[0015]I)不易實現(xiàn)阻性、容性和感性以及混合電氣特性自動故障注入能力；
[0016]2)不易駁接自動標(biāo)定設(shè)備；
[0017]3)無法實現(xiàn)頻帶噪聲注入；以及
[0018]4)由于內(nèi)置不易更換斷線盒導(dǎo)致的對微小信號的干擾，故電荷模擬信號、熱電偶模擬信號無法實現(xiàn)自動故障注入功能。
[0019]可維護(hù)性缺陷，由于設(shè)備的壽命是不可預(yù)知，且可能會由于某些測試而快速縮短使用壽命，給設(shè)備的備件供應(yīng)造成較大的不確定性，而且由于設(shè)備損壞與否是不能在用戶使用前獲知的，故可能會導(dǎo)致試驗結(jié)果無效。
[0020]因此，本領(lǐng)域需要一種改善的適用于航空發(fā)動機(jī)領(lǐng)域的故障注入系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0021]以下給出一個或多個方面的簡要概述以提供對這些方面的基本理解。此概述不是所有構(gòu)想到的方面的詳盡綜覽，并且既非旨在指認(rèn)出所有方面的關(guān)鍵性或決定性要素亦非試圖界定任何或所有方面的范圍。其唯一的目的是要以簡化形式給出一個或多個方面的一些概念以為稍后給出的更加詳細(xì)的描述之序。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種硬件在回路故障注入系統(tǒng)，包括:
[0023]故障注入矩陣，該故障注入矩陣包括多個行通道和多個列通道，這多個行通道中的每個行通道與這多個列通道中的每個列通道之間經(jīng)由短路繼電器耦接，用于模擬待測設(shè)備的待采集信號的信號模擬設(shè)備的若干個輸出端經(jīng)由該故障注入矩陣中作為信號通道的相應(yīng)若干個行通道耦接至待測設(shè)備的相應(yīng)若干個輸入端，每個信號通道中安設(shè)有斷路繼電器；
[0024]電源故障模擬單元，用于模擬電源線電氣特性，該電源故障模擬單元耦接至該故障注入矩陣中作為電源通道的行通道；以及
[0025]故障注入監(jiān)控單元，用于控制該故障注入矩陣的該短路繼電器和該斷路繼電器的開關(guān)狀態(tài)并監(jiān)視各繼電器的開關(guān)次數(shù)，
[0026]其中，響應(yīng)于故障注入指令，該故障注入監(jiān)控單元基于各繼電器的開關(guān)次數(shù)來選擇用于執(zhí)行該故障注入指令的繼電器。
[0027]在一實例中，該故障注入監(jiān)控單元基于各繼電器的開關(guān)次數(shù)來選擇用于執(zhí)行該故障注入指令的繼電器進(jìn)一步包括:
[0028]該故障注入監(jiān)控單元解析用于實現(xiàn)該故障注入指令的所有繼電器動作組合，計算每種繼電器動作組合下的全部繼電器開關(guān)次數(shù)的方差，并選擇方差最小的繼電器動作組合來執(zhí)行該故障注入指令。
[0029]在一實例中，該故障注入系統(tǒng)還包括:
[0030]電流/電壓測量單元，該電流/電壓測量單元安設(shè)于該故障注入矩陣的該電源通道上，在執(zhí)行信號對電源短路指令時，該故障注入監(jiān)控單元響應(yīng)于該電流/電壓測量單元測得的電流或電壓值大于安全閾值，通過控制相應(yīng)的短路繼電器來切斷該電源故障模擬單元與信號通道之間的短路。
[0031]在一實例中，該故障注入指令是信號對電源短路指令，響應(yīng)于信號對電源短路指令，該故障注入監(jiān)控單元基于各繼電器的開關(guān)次數(shù)來選擇相應(yīng)的繼電器以使特定列通道將該電源通道與要對電源短路的信號通道接通。
[0032]在一實例中，該故障注入指令是信號間短路指令，響應(yīng)于信號間短路指令，該故障注入監(jiān)控單元基于各繼電器的開關(guān)次數(shù)來選擇相應(yīng)的繼電器以使特定列通道將彼此之間要短路的兩個信號通道接通。
[0033]在一實例中，該故障注入矩陣的這多個列通道中的至少一些列通道耦接至程控電阻、程控電容、和程控電感中的至少一者以供在信號通道中選擇性地引入阻抗特性。
[0034]在一實例中，該故障注入矩陣中的一個列通道作為公共端耦接至該程控電阻、該程控電容和該程控電感的一端，以及另三個列通道分別耦接至該程控電阻、該程控電容和該程控電感的另一端。
[0035]在一實例中，該故障注入指令是信號間并聯(lián)阻抗指令，響應(yīng)于信號間并聯(lián)阻抗指令，該故障注入監(jiān)控單元基于各繼電器的開關(guān)次數(shù)來選擇相應(yīng)的繼電器以使耦接該程控電阻、該程控電容和該程控電感中任一者的兩個列通道分別與彼此之間要并聯(lián)阻抗的兩個信號通道接通。
[0036]在一實例中，該故障注入指令是信號串聯(lián)阻抗指令，響應(yīng)于信號串聯(lián)阻抗指令，該故障注入監(jiān)控單元基于各繼電器的開關(guān)次數(shù)來選擇相應(yīng)的繼電器以使耦接該程控電阻、該程控電容和該程控電感中任一者的兩個列通道皆與要串聯(lián)阻抗的信號通道接通。
[0037]在一實例中，其特征在于，該故障注入矩陣的這多個行通道中包括至少一個不與該信號模擬設(shè)備的任何輸出端以及待測設(shè)備的任何輸入端相連的冗余行通道，所示冗余行通道中安設(shè)有斷路繼電器，該故障注入矩陣中的至少一個列通道位于所有斷路繼電器的靠近待測設(shè)備的一側(cè)以用作串聯(lián)阻抗列通道，
[0038]其中使耦接該程控電阻、該程控電容和該程控電感中至少一者的兩個列通道皆與要串聯(lián)阻抗的信號通道接通進(jìn)一步包括:
[0039]使耦接該程控電阻、該程控電容和該程控電感中任一者的該兩個列通道中的一個列通道與要串聯(lián)阻抗的信號通道接通，而另一個列通道與該冗余行通道接通，該串聯(lián)阻抗列通道與要串聯(lián)阻抗的信號通道以及該冗余行通道接通，并且斷開要串聯(lián)阻抗的信號通道中的斷路繼電器，而閉合該冗余行通道中的斷路繼電器。
[0040]在一實例中，該