Aktuální vydání

celé číslo

07

2021

Automatizace řízení dopravy a infrastruktury, nabíjecí stanice, autonomní vozidla

celé číslo

Stend pro testování ovládání podvozku letadla vytvořen pomocí NI LabVIEW a PXI

Hardware a software společnosti National Instruments (NI) se osvědčily při tvorbě zku­šební stendu pro testování prototypu systému elektrického ovládání předního podvozku osobního letadla Airbus A320. K návrhu a implementaci byl použit software NI LabVIEW a hardware typu PXI. Operační systém reálného času umožnil efektivní vývoj aplikač­ních programů pro zkoušení a řízení zkušebního stendu, zatímco funkce systému Lab­View připravené k okamžitému použití urychlily vývoj řidících algoritmů.
 

Úvod

 
Cílem mezinárodního projektu DRESS (Distributed and Redundant Electromechani­cal nose wheel Steering System) bylo vytvo­řit prototyp elektrického systému pro ovládání předního podvozku cestovního letadla. Vědci z oddělení podvozků polského institutu letec­tví (Institute of Aviation – IoA) navrhli a vyro­bili prototyp stendu pro zkoušení elektrického ovládacího systému, aby mohli simulovat sku­tečné podmínky. Zkušební stend byl navržen tak, aby dovolil rychlé a snadné změny v kon­figuraci vzhledem k tomu, že jde o prototyp zařízení. Taková pružnost ve změnách konfi­gurace si téměř vždy vynutí modifikace v tes­tování hardwaru řídicího a zkušebního stendu.
 

Řídicí systém zkušebního stendu DRESS

 
Inženýři z IoA navrhli, vyvinuli a vyrobi­li zkušební stend DRESS (obr. 1). Vedle jeho mechanické konstrukce a jeho výroby navrh­li také požadavky na řídicí systém zkušební­ho stendu. Firma Veritech, která je aliančním partnerem (Alliance Partner) společnosti Na­tional Instruments, vyvinula software zkušeb­ního stendu. Program musel být navržen tak, aby zkušebnímu stendu, který musí být do­statečně pružný vzhledem ke kvazistatickým a dynamickým zátěžím na kola předního pod­vozku, vyhovoval.
 
Zkušební stend byl na­vržen pro široké spekt­rum zkoušek. Pro testová­ní byly přesně určeny dva režimy: v dynamickém re­žimu jsou simulovány os­cilace s vysokou frekven­cí, naproti tomu v režimu s nízkou frekvencí oscila­cí a velkým krouticím mo­mentem jsou simulovány podmínky pro manévry na zemi. První ze jmenova­ných režimů byl specifiko­ván jako DCSS (Dynamic Control Sub-System) a dru­hý jako ATCSS (Antago­nistic Torque Control Sub-System). Vzhledem ke dvěma rozdílným požadav­kům na zatížení byl systém navržen a postaven tak, aby bylo možné konfigu­raci hardwaru a softwaru jednoduše měnit (obr. 1).
 
Pro navození podmínek během pomalého pojíždění letadla byl postaven modul pohá­něný hydraulickým pohonem (ATCSS). Pro tento případ je charakteristický velký krouticí moment s nízkou frekvencí (do 4 Hz) oscilací a velkým úhlem natočení (až 90°).
 
K simulaci velkých oscilací, které se běž­ně vyskytují na předním podvozku, byl vyvi­nut elektricky poháněný modul (DCSS). Ten­to modul vychyluje kola předního podvozku z rovnováhy pomocí dvou disků namontova­ných na místě původních kol. Během dyna­mických zkoušek může rychlost kol dosáh­nout otáček až 4 000 min–1 při velkém krou­ticím momentu a vysoké frekvenci oscilací, ale úhel natočení je omezen (max. 5°).
 
Takto byl vytvořen testovací stend, který splňuje požadavky na zkoušky a je dostatečně kompaktní, aby se vešel do zkušební labora­toře. V plné míře byly využity unikátní vlast­nosti měřicí základy PXI (např. přesná syn­chronizace mezi měřicími moduly uvnitř šasi PXI), aby mohly být pořízeny velmi kvalitní koherentní soubory testovacích dat.
 
K vytvoření aplikačního programu byla použita nová verze systému LabView, jehož programová vlákna jsou rozdělena mezi dvě jádra vícejádrového CPU, což vede k lep­ší stabilitě i k tomu, že jsou všechny úlo­hy vykonány v požadovaném přesně daném čase. Použitím vhodných identifikačních pří­stupů může aplikační program také deteko­vat aktuální konfiguraci mechanických částí. Hlavní část řídicího a zkušebního aplikační­ho programu maximálně těží ze schopností operačního systému reálného času, který byl použit pro lepší stabilitu aplikace, jež je klí­čová pro bezpečnost a spolehlivost zařízení.
 
Kromě zajištění stability a bezpečnosti zkušebního stendu bylo další úlohou zajis­tit správně načasované předávání přesných dat pro externí měřicí systémy vytvořené ji­nými účastníky projektu. Vícevláknové zpra­cování (multithreading) aplikačního progra­mu a synchronizace platformy PXI umožni­ly předávat signály s pouze milisekundovým zpožděním.
 
Měřením přímo na zkušebním stendu byly získány škálovatelné signály. Z analýzy mě­řených signálů byly generovány řídicí signá­ly. Tento postup vyžadoval vhodnou optima­lizaci a synchronizaci zpracování dat tak, aby byly generované signály konzistentní při do­držení správného časování.
 

Závěr

 
Pomocí platformy PXI a programovací­ho prostředí NI LabView byl efektivně vyvi­nut řídicí a měřicí systém pro zkušební stend. Konfigurace hardwaru ponechává prostor pro připojení většího počtu vstupních signálů a rozšíření systému použitím nových měři­cích modulů. Díky modulárnímu provedení je možné rozšiřovat aplikační program za­váděním nových funkcí. Aby byl proces im­plementace co nejjednodušší, byla zvolena funkce analýzy signálů, které jsou v prostře­dí LabView připraveny k okamžitému použití.
 
Bogdan Iwiński, Veritech Sp. z o. o.,
Rafał Kajka, Institute of Aviation
Landing Gear Department,
Varšava, Polsko
 
 
Obr. 1. Schéma stendu určeného ke zkoušení ovládání předního podvozku letadla