飞行模拟器转速表仿真器设计.pdf

「白动m与他洲
飞行模拟器转速表仿真器设计
林亚军,王述运,曹栋,刘超华
(海军飞行学院模拟中心,辽宁葫芦岛125001)
Design of Tachometer Emluator for Flight Simulator
LIN Ya-jun, WANG Shu-yun, CAO Dong, LIU Chao-hua
Department of Simulating, Naval Aviation Academy, Huludao 125001, China)
摘要:在分析转速表的工作特点基础上,提出了的工作状态等信息。在实际飞行中,特别是在复杂
采用控制模块代替原装传感器,直接驱动实装指示气象条件下飞行时,飞机仪表的地位尤为重要。同
器的转速表仿真器设计方案。利用基于CAN总线时“仪表飞行”也是飞行训练的一个重要课目。因
的单片机控制技术和MAX505DAC,实现了控制模此,在飞行模拟器的设计过程中,仪表仿真系统的设
块与仪表控制系统的通信及三相正弦交流信号的产计是影响飞行模拟器性能指标的关键因素之一。仪
生方法。实践证明,该仿真器扩展灵活,具有通用性表仿真系统就是在感观上给飞行员创造一种与真实
和实用性等特点
飞机一样的仪表环境,从而与视景系统相配合模拟
关键词:飞行模拟器;转速表;仿真器;CAN总出飞机的飞行环境。由于仪表仿真系统需要模拟真
线;分段线性插值法
实仪表的工作,因此在仪表仿真系统的设计过程中,
中图分类号:V241
尽量采用实装仪表的指示器,以达到最佳的仿真效
文献标识码:A
果
文章编号:1001-2257(2012)07-0045-03
转速表是发动机仪表的重要组成部分。通过观
t、 bstract: ccording to the characteristics of察转速表的指示,可以了解发动机工作性能的好坏,
the tachometer, the indicator of the tachomer emi判明发动机的工作是否正常。飞行员根据飞行状态
uator was driven by using control module instead的需要,可以通过控制转速表的指示,作为控制发动
of original sensor.. The communication between the机工作状态的重要依据。根据某型转速表的工作特
control module and the instrumentation control点,采用基于CAN总线的单片机技术,设计了磁转
system was realized on the basis of CAN-bus.The速表仿真器。
ree
hase sinusoidal AC signal was producted
by using the technology of singlechip and MAX505
1工作原理
DAC. The practice indicates that the tachometer1.1基本原理
emluator has more advantages, such as expandabili
转速表是利用涡流的电动作用来测量转速的,
ty, wide applied perspective and practicability
转速表由转速远距传送装置和转速测量部分组成
Key words: flight simulator; tachometer;emlu-其工作过程如图1所示。
ator: CAN-BUS: divided linear difference method
同步电动
被测转速
速远距机转速
转速测指针转角
of interpolation
传送装
与被测
量部分
与被测转
速成正比
速成正比
图1转速表工作过程
0引言
转速测量部分在座舱内,要测量发动机曲轴的
飞机仪表是人与飞机的交互界面,为飞行员提转速,必须将曲轴的转速远距传送到座舱内。远距
供飞机的高度、空速、升降速度、航向、姿态及发动机
传送转速的装置,包括一个三相交流发电机和一个
同步电动机;转速测量部分由四极磁铁、铜帽(铜
收稿日期:2012-03-09
罩)、游丝和指针组成部分,如图2所示。三相交流
《机械与电子》2012(7)
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1这
飞行模拟器转速表仿真器设计
发电机即转速表的传感器,同步电动机装在指示器流信号和控制转速表指示器的指示。选择CAN总
内转速测量部分的后面。
线是因为在目前常用的工业现场总线中,CAN总线
传感器
指示器
具有实时性好、抗干扰性和可靠性高、机制灵活和易
刻度盘/!于扩充等优点。另外,由于CAN总线特有的非破
四极磁铁铜帽
坏性的总线竞争仲裁方式,使其具有比其它总线更
游丝
明显的优势
2.1控制模块硬件设计
三相交流发电机
同步电机
转速测量部分
控制模块的硬件设计主要是指节点微处理器与
图2磁转速表原理
CAN总线通信控制器之间的接口电路、CAN总线
发动机工作时,曲轴经传动轮带着交流发电机通信控制器与收发器之间的接口电路]以及徵处理
的两极磁铁转子转动,使三相定子绕组发出三相交器与数模转換器之间的接口电路设计。
流电,其频率与曲轴转速成正比。此三相交流电经
单片机首先通过CAN收发器接收飞行模拟器
过3根导线输给同步电动机的三相定子绕组,产生仪表控制系统发出的转速信号,然后控制I/O端口
旋转磁场,使转子同步转动,其转速与三相交流电的输出尿冲宽度可变的控制信号,产生频率可变的三
频率成正比。同步电动机带动四极磁铁转动,铜帽相控制信号,再经过功率放大、整形后驱动转速表
切割磁力线产生涡流电磁力矩,在涡流电磁力矩作指示器指示。控制模块所采用的CAN收发器为
用下,铜帽带着指针一起转动,同时使游丝变形而产PCA82C250,模块控制器采用80C51单片机,总线
生弹性力矩,当弹性力矩与涡流电磁力矩相平衡时,控制器为SJA1000,数模转换器为MAX505,
指针转角一定,表示被测转速一定
MAX505输出的幅值不能够满足要求,需要进行振
1.2指针转角公式
幅调节们,运算放大器选择M124J。其硬件组成
稳态时,铜帽的涡流电磁力矩与游丝的弹性力原理框图如图4所示。
矩相平衡,可得指示器指针转角公式如下
PAC82C250 SJA1000 80C51 MAX505 LM124J
总
运放器
江B22r2
15KR
收
线
控
B相
发
制
数模转换器
运放器
器
模块控制器
其中,B为铜帽切割磁铁磁力线处的磁感应强
?运放器
度;以为铜帽切割磁铁磁力线部分的长度,等于磁铁
CAN总线
图4控制模块结构电路
的厚度;r为磁铁半径;P为磁极对数;K为游丝的2.2控制模块软件设计
弹性刚度;R为铜帽的电阻;n为四极磁铁的转速,
控制模块的软件设计包括4部分内容:系统初
即同步电动机的转速。式中参数除以外都是常数,
故指针转角只取决