基于AMESim、LabVIEW联合仿真的机载软件测试技术

宋治惠 吴丽媛 陆志肖

宋治惠： 342622199106191370

【摘要】本文旨在探讨并应用联合仿真技术，将软件验证工作提前至设计前期，以提高验证效率、增加用例覆盖度，并降低成本。通过在AMESim仿真环境中建立直升机燃油系统模型，并结合LabVIEW创建用户界面，成功实现了LabVIEW与AMESim的协同仿真。实验结果表明，联合仿真技术有效验证了直升机机电管理应用软件中燃油控制模块在各种工况下的功能符合性。

【关键词】软件测试；联合仿真；AMESim；LabVIEW

引言

随着直升机机电系统综合化设计的不断深入，机电管理应用软件的重要性越发凸显。机电管理应用软件对于直升机的机电系统的性能和安全性具有重要影响，而其中燃油控制功能更是直升机运行中的核心要素之一。由于现代直升机燃油系统的复杂性，这一任务变得尤为重要。传统的验证方法主要依赖于实物联试，然而，这种方法面临着效率低下、用例覆盖度不足以及成本上升等挑战。

为了应对这些挑战，本研究致力于引入并应用联合仿真技术，将直升机机电管理应用软件燃油控制模块的功能验证工作提前至设计前期，旨在提高验证效率、增加用例覆盖度，并降低整体系统开发的成本。

1燃油系统建模

典型直升机燃油系统主要包括：燃油箱系统、供油系统、转输系统、压力加油系统、应急放油系统、外挂油箱系统、燃油测量和监控系统。燃油系统结构如图1所示。

为了实现直升机机电管理应用软件燃油控制功能的联合仿真验证，我们选择了AMESim作为仿真环境的核心工具。AMESim提供了强大的多物理场仿真功能，能够模拟直升机燃油系统的复杂行为。

燃油系统建模工作主要包括：

1)系统结构设计：确定各个燃油箱的位置，燃油管路的连接方式，以及涉及到的泵、阀等组件。考虑到交叉供油管理、压力加油和燃油转输等功能的实际布局。

2)建立燃油箱模型： 使用AMESim中的Aircraft Fuel System库，建立5个燃油箱的模型，包括左右油箱、前油箱、左右外挂油箱。配置每个燃油箱的容积、形状和位置等参数。

3)配置泵和阀： 在模型中添加燃油泵和阀。配置泵的性能参数，如流量、压力等。设置阀门的控制逻辑，以模拟燃油系统的各种操作状态。

4)建立管路网络：建立燃油管路网络模型。连接燃油箱、泵、阀门等组件，配置管路的直径、长度参数。

2机载软件封装

2.1软件功能

机电综合管理应用软件燃油控制相关功能主要包括：燃油状态指示及故障告警输出；燃油自动转输功能；燃油压力加油功能；应急放油停止功能。

2.2软件封装编译及联合仿真接口配置

实现机电管理应用软件与燃油系统模型的同步运行和交联通讯需要对机电管理应用软件进行封装编译。封装过程如下：构建主循环模块，主循环模块用于实现直升机机电管理应用软件的周期运行和与直升机燃油系统模型之间的交联通讯。主循环模块连续运行，在直升机燃油系统模型仿真运行过程的每个仿真步长内都会被调用并执行一次。主循环模块在每次循环执行中首先调用 AMESim 链接库函数，从直升机燃油系统模型中获取其工作状态信息和时钟信号。在成功获取上述信息后，主循环模块判断时钟信号，若时钟信号为上升沿，则将获取的直升机燃油系统模型工作状态信息输入至直升机机电管理应用软件并执行该软件，若时钟信号不为上升沿，则不执行直升机机电管理应用软件。在完成上述过程后，主循环模块调用AMESim 链接库函数，将直升机机电管理应用软件根据工作状态信息生成的控制指令发送给直升机燃油系统模型。封装后的直升机燃油控制软件可在 Windows 环境下编译成 exe 文件。上述封装过程中未对直升机机电管理应用软件的内部结构进行更改，保证了软件虚拟验证的有效性。

3LabVIEW用户界面设计

人机界面软件设计内容主要包括：

1)用户交互： 在LabVIEW界面中添加开关、按钮等用户交互元素，允许用户通过界面与AMESim模型进行交互。这包括调整参数、触发控制动作等功能。

2)联合仿真VI函数： 利用AMESim提供的联合仿真VI函数，将LabVIEW与AMESim连接起来，调用AMESim模型，控制仿真和获取仿真结果。

3)VI函数配置： 使用LabVIEW的VI函数配置模块，配置AMESim模型文件的路径、设置仿真时间步长等。

4燃油系统模型联合仿真接口配置

直升机的燃油系统模型需要与封装后的机电管理应用软件进行交联，需要在燃油系统模型中添加配置 DYNEXE0 模块。在 DYNEXE0 模块的参数页面中，将文件路径参数设置为机电管理应用软件的 exe 文件的路径。同时，将模型中与机电管理应用软件相交联的输入输出信号和时钟信号依次连接至 DYNEXE0 模块接口。

此外，直升机燃油系统模型还需要添加配置 LabVIEWCosim 接口模块，以实现燃油系统模型与人机交互界面软件的交联通讯。在模型中，将 LabVIEWCosim 接口模块发送给直升机燃油控制软件的操作指令信号和 DYNEXE0 模块相关接口相连接，可以同时实现人机界面软件与直升机燃油控制软件的信号交联。

完成上述步骤后，先启动AMESim仿真环境并打开燃油系统模型文件，再启动LabVIEW人机界面软件即可开始联合仿真。

5虚拟实验结果

为了全面验证直升机机电管理应用软件中的燃油控制功能和虚拟仿真架构，我们设计了一系列实验，涵盖了各种工作情况。

通过以上实验结果的综合分析，联合仿真技术在直升机机电管理应用软件燃油控制功能验证中有效性。LabVIEW与AMESim的协同工作使得我们能够在虚拟环境中模拟各种工作情况，全面验证了机电管理应用软件的燃油控制功能。

6结论

本文研究结果表明，联合仿真技术在直升机机电管理应用软件燃油控制功能验证中展现出了显著的优势。与传统的实物联试相比，联合仿真减少了验证周期，提高了验证效率，降低了成本，并在虚拟环境中可以模拟各种工作情况和潜在故障场景，为直升机机载软件的开发提供更为高效和全面的验证方法。

参考文献

[1]孟海明,李彬,宋治惠等.直升机通风加温系统自动调温控制过程仿真[J].中国科技信息,2020,(13):28-30.