用户故事

塞斯纳通过硬件在环测试增强防滑技术

挑战

隔离和纠正飞机刹车控制的间歇性问题

解决方案

使用MathWorks工具和硬件在环测试实时分析控制器,并对解决方案进行经济有效的测试

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创建了一个硬件在环测试工具,使我们能够非常快速地测试控制算法,而这在实际飞机上是不可能实现的。”

艾伦·约翰逊,塞斯纳飞机公司
塞斯纳引证实验飞机

塞斯纳飞机公司的Citation喷气式飞机以其创新技术和乘客舒适度著称。当试飞员报告飞机的防滑刹车控制系统存在问题时,塞斯纳公司的工程师抓住了改进产品的机会。然而,这个问题是间歇性的,因此很难分离和复制。

塞斯纳工程师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,并运行实时硬件在环(HIL)测试,模拟了系统在各种条件下的行为。

Cessna首席工程师Alan Johnson表示:“使用MathWorks工具进行的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方案,而无需在实际飞机上花费宝贵的飞行时间。”

挑战

虽然这架飞机继续满足认证要求,但在一些着陆过程中,原型机的刹车控制系统过于频繁地使用和释放刹车。因为这个问题很少发生,所以很难分离出来。塞斯纳知道跑道和刹车磨损条件的某些组合会起作用,但在模拟这些条件的情况下进行数百次飞行和降落将是昂贵和耗时的。

该公司需要模拟飞机在各种条件下的着陆,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模拟系统,但由于成本和时间的限制,这种方法不切实际。

Johnson指出:“有些专用的模拟系统只需几十万美元,他们通常需要两到三个月的时间才能得到系统。”“我们的预算没有那么多,我们需要在两三个月内完成工作,而不仅仅是开始。”

解决方案

塞斯纳公司使用Simulink迅速开发了原型机刹车控制系统的HIL测试®、Simulink Coder™和Simulink Real-Time™。

两名塞斯纳工程师在Simulink中开发了一个原型模型。该模型包括升力、阻力、发动机推力和主起落架尾链。它还包括模拟跑道条件的参数,包括水、雪或沥青跑道和沟槽跑道上的冰,以及不同的刹车磨损情况。然后,工程师使用Simulink Coder从Simulink模型自动生成ANSI C代码。

通过Simulink real - time,他们在与飞机刹车控制系统相连的商用现成硬件上运行代码并实时执行模型。

利用这个测试环境,工程师们模拟了数百次在不同条件下的着陆,直到他们能够一致地复制症状。在模拟过程中,研究小组以2000赫兹的采样率收集了20个不同参数的数据。由于每次实时测试持续时间超过20秒,每次运行产生的数据超过1gb。

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

在发现死带后,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,试飞员和工程师都对新的性能感到满意。能够快速、廉价地发现间歇性问题,使塞斯纳在要求完美的市场中具有竞争优势。

从这个防滑原型项目开始,Cessna已经扩展了HIL测试的使用,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:“如果我们必须给一架飞机装上仪器,进行我们需要的数百次着陆,那将花费数千美元,所需时间是它的三到四倍。”“有了MathWorks工具,我们可以在15分钟内运行4个模拟,而且分文不花。用真正的喷气式飞机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.Johnson说:“有了MathWorks工具,两名工程师做兼职工作,从零开始,用了三个月的时间组装了整个HIL项目,这几乎相当于我们购买一个专有飞机模拟系统所需的时间。”“我们的模型在第一次启动时就运行在Simulink Real-Time上。MathWorks工具非常容易使用,就像即插即用一样。”

  • 间歇控制问题隔离.约翰逊说:“间歇性问题真的很难追踪。”“通过在实验室使用MathWorks工具,我们在精确控制的条件下不断模拟着陆,直到我们发现它,然后我们可以每次都复制它。我们会先进行一次测试,从Simulink Real-Time下载数据,绘制出数据,两分钟后进行下一次模拟。”

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