專利名稱：一種制冷加熱系統(tǒng)半物理仿真試驗方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于大型民機環(huán)境控制領(lǐng)域設計技術(shù)，涉及對一種制冷加熱系統(tǒng)仿真試驗方法的改進。
背景技術(shù)：
在制冷加熱系統(tǒng)的地面研制過程中，概念設計、初步設計和詳細設計階段，一般采用數(shù)字仿真的方法。但是，制冷加熱系統(tǒng)屬于熱慣性系統(tǒng)，系統(tǒng)中的若干子系統(tǒng)或者部件很難建立準確的數(shù)學模型，這就使得純數(shù)字仿真很難真實反應系統(tǒng)的特性。所以，大型飛機制冷加熱系統(tǒng)傳統(tǒng)的試驗方法將所有的系統(tǒng)附件帶入試驗中，采用真實座艙。但這種試驗方法存在以下缺點一是系統(tǒng)龐大，附件繁多，系統(tǒng)附件生產(chǎn)周期長；二是能耗大，需要消耗大量的壓縮空氣，造成較大的代償；三是損失大量的人力，物力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的以大型飛機作為研究對象，為了驗證制冷加熱系統(tǒng)的特性和控制方式的有效性，本發(fā)明提出一種試驗方法將系統(tǒng)中不易建模的部分以實物代替參與仿真試驗，利用傳感器和執(zhí)行機構(gòu)將實物和數(shù)學模型相互聯(lián)系起來，再現(xiàn)制冷加熱系統(tǒng)的實際工作過程，將此應用于大型飛機制冷加熱地面試驗。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種制冷加熱系統(tǒng)半物理仿真試驗方法，其特征在于，試驗系統(tǒng)包括制冷加熱控制器、一套真實制冷組件，激勵仿真臺三部分，由于兩套制冷組件是相同的結(jié)構(gòu)，所以僅采用一套制冷組件的實物，另一套制冷組件的溫度、流量和壓力等參數(shù)采用仿真的方式；制冷加熱控制器，用于采集傳感器數(shù)值，接收激勵仿真臺傳遞的參數(shù)，調(diào)用控制器中固有的控制率，進行計算，以驅(qū)動控制系統(tǒng)中電動活門的開閉及開度；制冷加熱控制器具有如下部件
Dcpu ；
2)數(shù)據(jù)存儲器，支持數(shù)據(jù)校驗；
3) USER Flash 存儲器；
4) SYSTEM Flash 存儲器；
5)非易失存儲器；
6)定時器；
7)看門狗；
8)以太網(wǎng)接口 ；
9)溫度傳感器輸入接口 ；
10)壓力傳感器輸入接口 ；
11)流量傳感器輸入接口 ；
12)溫度控制活門輸出通道接口
1 電源模塊；14)機箱。15)制冷加熱控制器根據(jù)相應的操作系統(tǒng)設計控制軟件。制冷組件包括導管、散熱器、壓氣機、渦輪、溫度控制活門、制冷組件出口溫度傳感器、制冷組件出口流量傳感器，駕駛艙管路溫度傳感器、貨艙管路溫度傳感器、駕駛艙管路流量傳感器、貨艙管路流量傳感器；激勵仿真臺，用于采集傳感器數(shù)值，通過運算計算出座艙的溫度值；激勵仿真臺配置適當?shù)挠布到y(tǒng)與軟件系統(tǒng)，實現(xiàn)對另一套真實制冷組件的模擬以及座艙物理仿真模型的搭建。激勵仿真臺硬件選用流量采集模塊和溫度采集模塊完成對駕駛艙管路流量、貨艙管路流量、駕駛艙配平管路流量、貨艙配平管路流量、駕駛艙管路溫度和貨艙管路溫度的測量，根據(jù)座艙溫度模型傳遞函數(shù)將這些測量值參與計算，得出駕駛艙區(qū)域溫度和貨艙區(qū)域溫度值，通過三線電阻仿真板卡將相應的溫度值送給制冷加熱控制器。第一，將上述制冷加熱控制器、一套真實制冷組件和激勵仿真臺通過導線連接；制冷加熱控制器通過導線與真實制冷組件中的溫度控制活門和制冷組件出口溫度傳感器連接，溫度控制活門的開度由制冷加熱控制器控制；同時，制冷加熱控制器與激勵仿真臺通過硬件接口連接，制冷加熱控制器接收激勵仿真臺的仿真信號；激勵仿真臺通過導線與真實制冷組件中的制冷組件出口流量傳感器和制冷組件出口溫度傳感器連接。并且，激勵仿真臺設置有硬件輸出接口，可以與制冷加熱控制器對接。制冷加熱控制器的接口與傳感器接口類型和激勵仿真臺接口類型匹配。第二，在激勵仿真臺中搭建制冷組件物理仿真模型，采集真實制冷組件出口的溫度值和流量值，并將真實制冷組件出口的溫度值和流量值傳遞給制冷組件物理仿真模型；制冷組件物理仿真模型出口的溫度值=真實制冷組件出口的溫度值制冷組件物理仿真模型出口的流量值=真實制冷組件出口的流量值第三，在激勵仿真臺中搭建座艙物理仿真模型，采集真實制冷組件中駕駛艙管路和貨艙管路的溫度值和真實制冷組件中駕駛艙管路和貨艙管路出口的流量值，并將上述溫度值和流量值傳遞給激勵仿真臺的座艙物理仿真模型，座艙物理仿真模型根據(jù)輸入的溫度值和流量值，計算出座艙溫度；供氣量Q (座艙輸入流量值)=(駕駛艙管路出口的流量值+貨艙管路出口的流量值)*2供氣量Q =駕駛艙供氣量+貨艙供氣量駕駛艙供氣量=駕駛艙管路出口的流量值拉貨艙供氣量=貨艙管路出口的流量 值拉艙溫模型的建立
權(quán)利要求
1. 一種制冷加熱系統(tǒng)半物理仿真試驗方法，其特征在于，試驗系統(tǒng)包括制冷加熱控制器、一套真實制冷組件，激勵仿真臺三部分，制冷加熱控制器，用于采集傳感器數(shù)值，接收激勵仿真臺傳遞的參數(shù)，調(diào)用控制器中固有的控制率，進行計算，以驅(qū)動控制系統(tǒng)中電動活門的開閉及開度；制冷加熱控制器具有如下部件 Dcpu ；2)數(shù)據(jù)存儲器，支持數(shù)據(jù)校驗；3)USER Flash 存儲器；4)SYSTEM Flash 存儲器；5)非易失存儲器；6)定時器；7)看門狗；8)以太網(wǎng)接口；9)溫度傳感器輸入接口；10)壓力傳感器輸入接口；11)流量傳感器輸入接口；12)溫度控制活門輸出通道接口；13)電源模塊；14)機箱。制冷組件包括導管、散熱器、壓氣機、渦輪、溫度控制活門、制冷組件出口溫度傳感器、 制冷組件出口流量傳感器，駕駛艙管路溫度傳感器、貨艙管路溫度傳感器、駕駛艙管路流量傳感器、貨艙管路流量傳感器；激勵仿真臺，用于采集傳感器數(shù)值，通過運算計算出座艙的溫度值；激勵仿真臺配置適當?shù)挠布到y(tǒng)與軟件系統(tǒng)，實現(xiàn)對另一套真實制冷組件的模擬以及座艙物理仿真模型的搭建。激勵仿真臺硬件選用流量采集模塊和溫度采集模塊完成對駕駛艙管路流量、貨艙管路流量、駕駛艙配平管路流量、貨艙配平管路流量、駕駛艙管路溫度和貨艙管路溫度的測量， 根據(jù)座艙溫度模型傳遞函數(shù)將這些測量值參與計算，得出駕駛艙區(qū)域溫度和貨艙區(qū)域溫度值，通過三線電阻仿真板卡將相應的溫度值送給制冷加熱控制器。 試驗步驟如下第一，將上述制冷加熱控制器、一套真實制冷組件和激勵仿真臺通過導線連接； 制冷加熱控制器通過導線與真實制冷組件中的溫度控制活門和制冷組件出口溫度傳感器連接，溫度控制活門的開度由制冷加熱控制器控制；同時，制冷加熱控制器與激勵仿真臺通過硬件接口連接，制冷加熱控制器接收激勵仿真臺的仿真信號；激勵仿真臺通過導線與真實制冷組件中的制冷組件出口流量傳感器和制冷組件出口溫度傳感器連接。并且，激勵仿真臺設置有硬件輸出接口，可以與制冷加熱控制器對接。第二，在激勵仿真臺中搭建制冷組件物理仿真模型，采集真實制冷組件出口的溫度值和流量值，并將真實制冷組件出口的溫度值和流量值傳遞給制冷組件物理仿真模型； 制冷組件物理仿真模型出口的溫度值=真實制冷組件出口的溫度值制冷組件物理仿真模型出口的流量值=真實制冷組件出口的流量值第三，在激勵仿真臺中搭建座艙物理仿真模型，采集真實制冷組件中駕駛艙管路和貨艙管路的溫度值和真實制冷組件中駕駛艙管路和貨艙管路出口的流量值，并將上述溫度值和流量值傳遞給激勵仿真臺的座艙物理仿真模型，座艙物理仿真模型根據(jù)輸入的溫度值和流量值，計算出座艙溫度；供氣量Q(座艙輸入流量值)=(駕駛艙管路出口的流量值+貨艙管路出口的流量值) 供氣量Q =駕駛艙供氣量+貨艙供氣量駕駛艙供氣量=駕駛艙管路出口的流量值拉貨艙供氣量=貨艙管路出口的流量值拉座艙溫度模型建立公式假設不考慮座艙艙壁的儲熱和內(nèi)部座椅及人員的蓄熱，即艙壁吸收熱量和放出的熱量相同df)CvV-L = nCvV0K-nCvV0tdt .............................. (1)θ λ—供入座艙的氣體溫度；θ t——座艙的溫度。傳遞函數(shù)IV(S) = IlIl= "c ,νιX (5) CyVs + nC y V y s + 1............................. (2)η為換氣效率，為座艙供氣量Q和座艙容積V的比。第四，座艙物理仿真模型將計算得出的座艙溫度傳遞給制冷加熱控制器，制冷加熱控制器根據(jù)座艙溫度和座艙溫度設定值之間的差計算出溫度控制活門的控制率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制冷加熱系統(tǒng)半物理仿真試驗方法，其特征在于，所述真實制冷組件中的溫度控制活門數(shù)量為1個或多個。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制冷加熱系統(tǒng)半物理仿真試驗方法，其特征在于，所述制冷組件還包括一套配平系統(tǒng)，該配平系統(tǒng)包括導管、駕駛艙配平流量傳感器、貨艙配平流量傳感器、駕駛艙配平空氣活門和貨艙配平空氣活門，駕駛艙配平空氣活門和貨艙配平空氣活門受制冷加熱控制器控制，用導管從制冷組件前端引出熱氣，給制冷組件出口的冷氣加溫， 并將氣體導入駕駛艙和貨艙，該氣體流量計入駕駛艙和貨艙的輸入流量值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的制冷加熱系統(tǒng)半物理仿真試驗方法，其特征在于，在制冷組件出口增加一個或多個混合式腔體，該腔體通過導管將制冷組件出口的氣體和配平系統(tǒng)中的氣體引入腔體內(nèi)，并用導管將上述氣體導出到座艙中。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制冷加熱系統(tǒng)半物理仿真試驗方法，其特征在于，所述駕駛艙配平傳感器和貨艙配平傳感器中采集的流量值計入駕駛艙和貨艙的輸入流量值，供氣量Q =(駕駛艙管路出口的流量值+貨艙管路出口的流量值)*2+駕駛艙配平管路出口流量值+貨艙配平管路出口流量值駕駛艙供氣量=駕駛艙管路出口的流量值*2+駕駛艙配平管路出口流量值貨艙供氣量=貨艙管路出口的流量值*2+貨艙配平管路出口流量值按照步驟3計算出座艙溫度，然后，座艙物理仿真模型將座艙溫度傳遞給制冷加熱控制器，制冷加熱控制器根據(jù)座艙溫度和座艙溫度設定值之間的差計算出溫度控制活門、駕駛艙配平空氣活門和貨艙配平空氣活門的控制率。
全文摘要
一種制冷加熱系統(tǒng)半物理仿真試驗方法，屬于大型民機環(huán)境控制領(lǐng)域設計技術(shù)。試驗系統(tǒng)包括制冷加熱控制器、一套真實制冷組件和激勵仿真臺，步驟如下第一，將上述部件通過導線連接；第二，在激勵仿真臺中搭建制冷組件物理仿真模型，將真實制冷組件出口的溫度值和流量值傳遞給制冷組件物理仿真模型；第三，在激勵仿真臺中搭建座艙物理仿真模型，計算出座艙溫度；第四，激勵仿真臺將座艙溫度傳遞給制冷加熱控制器，制冷加熱控制器計算出溫度控制活門的控制率。本發(fā)明優(yōu)點是可以及早發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)設計中的缺陷，大大的降低試驗的風險，縮短系統(tǒng)附件的加工周期，減少系統(tǒng)附件的數(shù)量，本發(fā)明可以驗證整個系統(tǒng)的性能指標及可靠性，調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)和控制規(guī)律。
文檔編號G05B17/02GK102360183SQ20111027282
公開日2012年2月22日 申請日期2011年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月14日
發(fā)明者黨曉民, 朱明潔, 王佳莉 申請人:中國航空工業(yè)集團公司西安飛機設計研究所