赛斯纳通过硬件在环测试增强防滑技术

挑战

隔离并纠正飞机间歇刹车控制问题

解决方案

使用MathWorks工具和硬件在环测试来实时分析控制器并以经济有效的方式测试解决方案

结果

  • 节省了数千美元和数月的时间
  • 过渡时间最小化
  • 间歇控制问题隔离

“我们使用Simulink、Simulink Coder和Simulink Real-Time创建了一个硬件金宝app在环测试工具,使我们能够非常快速地测试控制算法,这在实际飞机上是不可能的。”

艾伦·约翰逊,塞斯纳飞机公司
塞斯纳奖状实验飞机

塞斯纳飞机公司(Cessna Aircraft Company)的奖状喷气式飞机以其创新技术和乘客舒适度而闻名。当试飞员报告飞机的防滑刹车控制系统出现问题时,塞斯纳的工程师们立即抓住机会改进了产品。然而,这个问题是间歇性的,因此很难隔离和复制。

塞斯纳的工程师们发现并解决了这个问题,他们使用MathWorks工具开发了飞机的软件模型,并运行实时的硬件在环(HIL)测试,以模拟各种条件下的系统行为。

Cessna首席工程师Alan Johnson表示:“使用MathWorks工具进行HIL测试使我们能够快速发现根本原因,并研究未来防滑系统的改进,而无需在实际飞机上花费宝贵的飞行时间。”

挑战

尽管飞机继续满足其认证要求,但在一些着陆时,原型机的刹车控制系统应用和释放了不必要的刹车。因为问题很少发生,所以很难隔离。塞斯纳知道跑道和刹车的某些组合磨损是一个因素,但在模拟这些条件的同时进行数百次飞行和着陆将是昂贵和耗时的。

该公司需要模拟飞机在各种条件下着陆,同时检查控制系统的实时操作。他们曾考虑购买第三方飞机仿真系统,但由于成本和时间的限制,这种方法并不可行。

Johnson指出:“有些专有的模拟系统只需要几十万美元,他们通常有两到三个月的开发时间。”“我们的预算没有那么多,我们需要在两三个月内完成,而不是刚刚开始。”

解决方案

塞斯纳公司利用Simulink快速开发了原型制动控制系统的HIL测试金宝app®、S金宝appimulink Coder™和Simulink Real-Time™。

两名塞斯纳工程师在Simulink中开发了原型机的模型。金宝app该模型包括升力、阻力、发动机推力和后摆连杆主起落架。它还包括模拟跑道状况的参数——包括沥青路面和有沟槽的跑道上的水、雪或冰——以及不同的刹车磨损情况。然后工程师使用Simulink编码器从Simul金宝appink模型自动生成ANSI C代码。

通过Sim金宝appulink real,他们可以在连接飞机刹车控制系统的商用现货硬件上实时运行代码并执行模型。

利用这个测试环境,工程师们模拟了数百次不同条件下的着陆,直到他们能够一致地复制症状。在模拟过程中,该团队以2000赫兹的采样率收集了20个不同参数的数据。由于每次实时测试的持续时间都超过20秒,因此每次运行都会产生超过1g的数据。

塞斯纳飞机使用MATLAB®分析测试数据,绘制各种信号关系,并最终确定制动控制问题的原因:制动控制器中的死带。

在发现死区后,该团队开发了一种设计,利用飞机控制和系统提供的额外参数来解决这个问题,测试飞行员和工程师都对新性能感到满意。在这个要求完美的市场中,Cessna能够快速且廉价地发现间歇性问题,这让它拥有了竞争优势。

自从这个原型防滑项目之后,塞斯纳已经扩大了HIL测试的使用范围,现在使用MathWorks工具来测试所有新的刹车控制系统。

结果

  • 节省了数千美元和数月的时间.约翰逊说:“如果我们必须为一架飞机安装仪器,并进行所需的数百次着陆,那将花费数千美元,花费的时间是所需时间的三到四倍。”“使用MathWorks工具,我们可以在15分钟内运行4个模拟,而且没有任何成本。一架真正的飞机要降落四次需要一个小时,花费在5000到10000美元之间。”

  • 过渡时间最小化.“有了MathWorks工具,两名工程师在三个月的时间里从零开始组装了整个HIL项目——差不多是我们购买一个专有的飞机仿真系统所需要的时间,”Johnson说。“我们的模型在第一次启动时就运行在S金宝appimulink Real-Time上。MathWorks的工具使用起来非常简单,就像是即插即用。”

  • 间歇控制问题隔离.“间歇性问题真的很难追踪,”约翰逊说。“通过在实验室里使用MathWorks的工具,我们不断地在精确控制的条件下模拟着陆,直到我们找到它——然后我们每次都可以复制它。我们将运行,从Simulink Real-Time下载数据,绘制数据,然后在两分钟内金宝app运行下一个模拟。”

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