座艙壓力控制器測試系統(tǒng)設計

荊立雄　任曉琨　朱耀國

摘要：文中介紹了一種基于PXI模塊化設計的數(shù)字化座艙壓力控制器的測試系統(tǒng)。該測試系統(tǒng)具備對座艙壓力控制器進行平臺級測試的能力，可用于座艙壓力控制器的調(diào)試，試驗及驗收工作。測試系統(tǒng)在設計中，采用了可配置的模塊化設計思想，可通過全仿真、半仿真、全實物測試等不同的測試方法來對應不同的測試場景，可選擇不同的硬件激勵設備及不同的軟件功能組件進行功能組合，對于提升測試性指標，完善座艙壓力控制器在調(diào)試、試驗、驗收等各個環(huán)節(jié)的測試工作具有重要的意義。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化座艙壓力控制器;模塊化測試組件;軟件組件化設計

中圖分類號：TP31? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）07-0217-03

1引言

高度集成的座艙壓力控制器作為座艙壓力控制系統(tǒng)的核心部件，具有自動化程度高，控制精度高和實時性好的優(yōu)點。但高度的集成化也帶來了測試性問題的挑戰(zhàn)，即如何對數(shù)字式座艙壓力控制器進行完整可靠的測試，以保證其裝機后功能性能完備，保障飛機內(nèi)人員的健康和安全。

針對測試性問題，通常在座艙壓力控制器設計中采用四級測試以保證其完備性，分別是功能電路自檢測，座艙壓力控制器平臺級測試，座艙壓力控制器應用級測試及座艙壓力控制系統(tǒng)測試，本文就用于座艙壓力控制器平臺級測試的測試系統(tǒng)進行討論。

2數(shù)字式座艙壓力控制器簡介

座艙壓力控制器屬于座艙壓力控制系統(tǒng)配套產(chǎn)品，主要功能是實現(xiàn)飛機座艙壓力的自動調(diào)節(jié)，具體功能包括：

1）數(shù)據(jù)實時處理功能，實現(xiàn)壓力數(shù)據(jù)的處理和壓力調(diào)節(jié)的輸出控制功能;

2）配置多任務實時操作系統(tǒng)，提供多任務調(diào)度能力;

3）功率輸出接口可通過內(nèi)部通道故障邏輯或軟件接口實現(xiàn)使能控制功能;

4）具備自檢測功能;

5）具備故障存儲功能;

6）具備開發(fā)調(diào)試功能;

7）具備安裝機位識別及輪載識別功能;

8）具備離散量輸出及自保護功能;

9）具備光柵編碼器采集功能;

10）具備總線通訊功能。

3系統(tǒng)設計

根據(jù)座艙壓力控制器的測試需求，對其測試系統(tǒng)原理設計如下圖所示，其測試系統(tǒng)應具備實物測試及仿真測試的能力，即在具備座艙壓力控制系統(tǒng)所有設備實物時，可對整個系統(tǒng)進行功能性能的檢測;在僅具備座艙壓力控制器時，可通過對活門傳感器等仿真的形式，進行座艙壓力控制器的功能性能檢測。測試系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示。

3.1硬件總體設計

根據(jù)系統(tǒng)原理設計的指導，完成了測試系統(tǒng)的具體硬件劃分及設計工作。在具體硬件設計中，考慮到座艙壓力控制器的調(diào)試、試驗、驗收工作較為繁重，在測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上按照總分的方式進行了設計，具體如圖2所示。

在測試系統(tǒng)中，激勵器1、2完成對座艙壓力控制器進行自動/手動的平臺級測試功能，可用于座艙壓力控制器的調(diào)試、試驗、驗收及單接口的故障排查工作;

激勵器3主要完成模擬機電系統(tǒng)向座艙壓力控制器發(fā)送控制指令信號的功能，模擬機電系統(tǒng)接收座艙壓力控制器工作狀態(tài)及告警信號的功能;模擬環(huán)控系統(tǒng)氣源及活門打開角度等界面相關(guān)功能;連接座艙壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)真實附件（壓力傳感器、活門、控制面板），支持座艙壓力控制器的應用級測試及座艙壓力控制分系統(tǒng)的全要素試驗和部分要素系統(tǒng)試驗的功能。

激勵器1、2和激勵器3具有交聯(lián)關(guān)系，激勵器1、2可獨立對2臺控制器分別進行測試;激勵器3將信號按分系統(tǒng)劃分區(qū)域，在做全系統(tǒng)試驗的時候?qū)⒏鱾€分系統(tǒng)附件信號全部接到連接器上，做分系統(tǒng)試驗時將分系統(tǒng)的附件連接到連接器上，其他分系統(tǒng)信號懸空，分系統(tǒng)間有交聯(lián)關(guān)系的信號需激勵器3獨立提供物理信號的激勵。

測試系統(tǒng)仿真模塊處理信號多，運算規(guī)模大，單仿真模塊共使用仿真板卡6塊，分別是GJB289A總線仿真卡、HB6096總線仿真卡、RS422總線仿真卡、機電系統(tǒng)功能仿真卡、壓力傳感器及飛行高度仿真卡、離散量信號及著陸場高度仿真卡，整個系統(tǒng)需要采用2臺采用PXI機箱以滿足座艙壓力控制器測試系統(tǒng)的測試要求;該系統(tǒng)以采用PXI系統(tǒng)為核心，配備其他外圍設備組件，共同構(gòu)成該測試設備。系統(tǒng)硬件基本選用NI公司的，其硬件的穩(wěn)定性、可靠性比較高，軟件LabVIEW的，維護性和使用性比較好。

3.2軟件設計

座艙壓力控制器測試系統(tǒng)的測試軟件，是測試系統(tǒng)的一個核心的部件，測試系統(tǒng)依托其實現(xiàn)所有的測試功能，一個好的易開發(fā)易維護的測試軟件，對提升這個測試系統(tǒng)的能力具有重要意義。在本測試系統(tǒng)的軟件開發(fā)過程中采用了軟件組件模型的方法進行開發(fā)，對軟件的架構(gòu)進行層次化設計，自頂向下將測試軟件劃分為三個層級，分別為系統(tǒng)功能層，仿真組件層及硬件驅(qū)動層。

因為整個軟件開發(fā)的過程采用組件模型的方式進行，在實際工作中，根據(jù)不同軟件組件的成熟度，進行不同的軟件開發(fā)流程，僅需針對系統(tǒng)功能層及仿真驅(qū)動層的部分軟件組件進行重新開發(fā)，對于以前已開發(fā)過的仿真組件及硬件驅(qū)動組件，可以從軟件組件庫中進行提取，大大節(jié)約了整個軟件的開發(fā)成本。整個開發(fā)流程見圖4。

在軟件組件的開發(fā)過程中，依據(jù)不同的層級采用不同的開發(fā)思想，對于系統(tǒng)功能組件而言，每個設備的測試系統(tǒng)都具備一些共性功能，例如測試記錄的存儲和分析功能，這部分組件可以進行少量的修改重用，其他大部分功能都需重新開發(fā)，因此可以進行大顆粒度的組件劃分，對仿真功能組件和設備驅(qū)動組件而言，其功能相對固定單一，可以根據(jù)各自具體的功能進行小顆粒度的劃分以利于其他項目重用，本測試系統(tǒng)軟件組件劃分基于上述原則，其劃分情況如圖5所示。

4測試結(jié)果與分析

測試設備研制完成后，根據(jù)預設的測試場景，進行了一系列的測試以驗證其是否達到了預期的功能性能要求。

1）故障排查測試。當被測產(chǎn)品出現(xiàn)故障時，可使用本測試系統(tǒng)協(xié)助進行故障排查工作，通過測試結(jié)果可給出故障原因初步分析，輔助故障定位。對于不易復現(xiàn)的故障，或需要系統(tǒng)配合復現(xiàn)的故障，可以依靠測試系統(tǒng)的仿真功能進行故障場景仿真再現(xiàn)，降低了排故工作的難度，加快了故障排查工作的進度。

2）功能驗證測試。本系統(tǒng)采用開放式架構(gòu)設計，可以通過增加PXI板卡組件及相應的軟件組件的方式，進行功能擴展，可有效縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期，通過對新接口新功能進行完善的驗證，進一步提高了被測產(chǎn)品的可靠性。

3）自動測試功能。自動測試功能包含了座艙壓力控制器平臺級測試、座艙壓力控制器應用級測試和座艙壓力控制分系統(tǒng)級測試三個部分。座艙壓力控制器平臺級測試側(cè)重于座艙壓力控制器平臺，主要對產(chǎn)品的外部接口功能性能進行測試，可用于座艙壓力控制器產(chǎn)品的平臺試驗和驗收工作。座艙壓力控制器應用級驗證主要是通過仿真座艙壓力控制分系統(tǒng)，對座艙壓力控制器及其包含的應用軟件進行預設的功能性能測試，在座艙壓力控制分系統(tǒng)研制初期的演示驗證工作，及后期座艙壓力控制器應用軟件的升級維護工作，都可提供有力支持。座艙壓力控制分系統(tǒng)級測試，主要對完整的座艙壓力控制分系統(tǒng)進行全要素集成的驗證工作，對于實際機上出現(xiàn)的各種情況進行模擬，對于飛機飛行安全有重要意義。

4）測試數(shù)據(jù)記錄功能，本功能主要對上述手動測試及自動測試的數(shù)據(jù)，進行存儲記錄并按規(guī)定生產(chǎn)報表，方便用戶進行查看。

5結(jié)束語

在座艙壓力控制器測試系統(tǒng)的開發(fā)中，利用成熟PXI仿真板卡和軟件組件模型的方式，有效地提升了開發(fā)效率，節(jié)約了開發(fā)成本。測試系統(tǒng)的功能和性能完全滿足預期的指標，已用于某航空裝備的開發(fā)、調(diào)試、試驗等環(huán)節(jié)，工作穩(wěn)定可靠，對以后其他設備的測試系統(tǒng)開發(fā)積累了寶貴經(jīng)驗。

參考文獻：

[1] 鄭久壽，等.種多功能航空測試設備的設計與實現(xiàn)[J].計算機測量與控制，2016.24（9）.

[2] 王珉，等.基于組件開發(fā)的并行過程模型研究[J].航空計算技術(shù)，2006，36（1）：39-43.

[3] 蔡福喜，等.基于模塊化設計思想的測控系統(tǒng)框架設計[J].測控技術(shù)，2009，28（1）55-61.

【通聯(lián)編輯：梁書】