為了滿足基于教學(xué)工作過程需要，凸現(xiàn)航空特色,，創(chuàng)設(shè)集“教、學(xué),、做”一體化的教學(xué)情境環(huán)境,，開發(fā)了運(yùn)5簡易飛行模擬器" title="飛行模擬器">飛行模擬器設(shè)備，該項(xiàng)目以真實(shí)的運(yùn)5飛機(jī)為載體,，以LabWindows／CVI為開發(fā)環(huán)境,，主要面向?qū)W生演示飛機(jī)的飛行的姿態(tài)(縱向、升降,、傾向,、俯仰、橫滾和航向)以及飛行過程中各種儀器儀表的變化,，使學(xué)生對飛機(jī)的飛行原理以及駕駛技術(shù)具有一定了解,，使其在模擬器上完成簡單的飛行操作。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
由于該模擬器僅用于教學(xué),，參觀演示,，僅涉及了飛機(jī)飛行過程一些飛機(jī)飛行過程中的必須設(shè)備和必須功能，因此,，對模擬器簡易化處理后,，它主要包括儀表控制系統(tǒng)、操縱負(fù)荷系統(tǒng)和視景環(huán)境模擬系統(tǒng),，該飛行器控制系統(tǒng)用框圖如圖1所示,。

1．1 操縱模擬控制系統(tǒng)
操縱模擬控制系統(tǒng)義稱操縱負(fù)荷系統(tǒng)，是整個項(xiàng)目的核心,，主要為飛行員提供逼真的座艙操縱感覺,。座艙操縱感覺是飛行員移動操縱感覺時(shí)的負(fù)荷感覺，它受到操縱面偏轉(zhuǎn)的影響,，并由此產(chǎn)生操縱輸入引起飛機(jī)的響應(yīng),。操縱負(fù)荷系統(tǒng)分為操縱負(fù)荷裝置和飛機(jī)操縱系統(tǒng)模型兩部分,。其中。操縱負(fù)荷裝置用于產(chǎn)生實(shí)際的模擬器座艙操縱力,；飛行操縱系統(tǒng)模型用于仿真給定條件下特定飛機(jī)操縱系統(tǒng)的各種力的形成,。通過這兩部分的集成，仿真實(shí)現(xiàn)所需的座艙操縱力,，從而產(chǎn)生操縱力的感覺,，這種感覺與飛行員在真實(shí)飛機(jī)中的體驗(yàn)感覺相似。
運(yùn)5模擬器的操縱負(fù)荷系統(tǒng)采用電動系統(tǒng),。該系統(tǒng)包括兩個主要的子系統(tǒng)：操縱負(fù)荷計(jì)算機(jī)子系統(tǒng)和操縱負(fù)荷裝置子系統(tǒng),。前者用于計(jì)算飛機(jī)飛行操縱系統(tǒng)以及作動器控制回路的數(shù)學(xué)模型，控制器的輸出提供驅(qū)動作動器通道的控制信號,；而后者用于將控制信號轉(zhuǎn)換為電動作動器的運(yùn)動,，驅(qū)動座艙操縱裝置。
1．2 模擬儀表控制系統(tǒng)
運(yùn)5模擬器儀表控制系統(tǒng)是運(yùn)5模擬器的重要組成部分,。該系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)運(yùn)5飛機(jī)在模擬飛行狀態(tài)時(shí),。各個儀表在操縱系統(tǒng)作用下的指示，讓操作者有身臨其境的感覺,。運(yùn)5簡易模擬器采用運(yùn)5飛機(jī)上的真實(shí)儀表,，座艙內(nèi)基本保持運(yùn)5飛機(jī)結(jié)構(gòu)不變。整個儀表控制系統(tǒng)的驅(qū)動信號由模擬信號控制系統(tǒng)和氣壓信號控制系統(tǒng)構(gòu)成,，它結(jié)合視景及音響實(shí)時(shí)顯示飛機(jī)的飛行姿態(tài)以及所處的高度等,。
1．3 3D環(huán)幕視景仿真系統(tǒng)
3D環(huán)幕視景系統(tǒng)主要由兩部分組成：一是舵通道圖形處理系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)處理高分辨率的視頻文件或圖片,，在圖形處理系統(tǒng)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)源文件的多通道分割,，舵通道圖像重疊，融合帶的亮度調(diào)節(jié),、像素級的邊緣集合校正,、羽化處理。最后實(shí)現(xiàn)多通道無縫完整圖像輸出,；二是3D多通道輸出系統(tǒng),，接收到經(jīng)圖形處理系統(tǒng)處理過的源文件后，經(jīng)過本身處理器件的2D,、3D效果的多通道視頻或圖片,。
整個系統(tǒng)從性能與方便性著手。在保證了完美融合效果的基礎(chǔ)上簡化了系統(tǒng)的控制過程,，使整個系統(tǒng)更實(shí)用,、更人性化。

1．4 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
整個模擬器以工控機(jī)為核心，運(yùn)行信號均源于操縱負(fù)荷系統(tǒng),，操縱負(fù)荷系統(tǒng)分為操縱負(fù)荷裝置和飛機(jī)操縱系統(tǒng),，如圖2所示。其中操縱負(fù)荷裝置可以產(chǎn)生實(shí)際的模擬器座艙操縱力,，使升降舵,、副翼和方向舵發(fā)生相對的運(yùn)動，通過傳感器對位移,，角度進(jìn)行測量,。工控機(jī)對所收到的信號進(jìn)行分析處理，通過以太網(wǎng)傳給視景仿真計(jì)算機(jī),，使視景顯示器顯示相應(yīng)的視景畫面：工控機(jī)還將分析處理過的信號通過適配箱送往座艙儀表,，驅(qū)動儀表顯示相應(yīng)的數(shù)值。

2 基于LabWindows／CVI的模擬器軟件實(shí)現(xiàn)
2．1 LabWindows／CVl開發(fā)環(huán)境的選擇
LabWindows／CVI是一個基于ANSI C的交互式可視化軟件開發(fā)環(huán)境,，是美國NI公司推出的面向儀器與測控過程的C／C++交互式開發(fā)平臺,。它將功能強(qiáng)大、應(yīng)用廣泛的C語言與測控專業(yè)工具有機(jī)地結(jié)合起來,，利用其集成化開發(fā)環(huán)境,、交互式編程方法、豐富的函數(shù)面板,、強(qiáng)大的接口功能、豐富的庫函數(shù)以及功能齊全的軟件工具包,，大大增強(qiáng)了C語言的功能,。它將源代碼編輯、強(qiáng)有力的儀器庫,、32位ANSI C編譯,、鏈接、調(diào)試以及標(biāo)準(zhǔn)ANSI C庫集成在一個交互式開發(fā)環(huán)境中,，極大地簡化了圖形用戶接口的設(shè)計(jì),，同時(shí)為使用者提供了靈活的、內(nèi)置式數(shù)據(jù)采集" title="數(shù)據(jù)采集">數(shù)據(jù)采集分析和顯示功能,。具有多種與硬件通信的方式,，例如RS232，VXI等,。同時(shí),，也可以建立TCP／IP通信機(jī)制。相對于VC,、VB等其他開發(fā)工具,，LabWi-ndows／CVI具有更強(qiáng)的硬件控制和數(shù)據(jù)分析處理能力，特別適用于各種測試、控制,、故障分析及信息處理軟件的開發(fā),，尤其是大型復(fù)雜的測控軟件，可獲得優(yōu)良的測控性能,。在LabWindows／CVI中,，還加入了數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)開發(fā)的軟件包，使其能夠滿足超大容量數(shù)據(jù)的存儲和大型分布式遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)測控系統(tǒng)的開發(fā),。
鑒于以上LabWindows／CVI的優(yōu)點(diǎn),，考慮到整個模擬器運(yùn)行的信號都來源于操縱負(fù)荷系統(tǒng)，這便構(gòu)成了以操縱負(fù)荷系統(tǒng)為主的測控系統(tǒng),。故本項(xiàng)目以LabWindows／CVI虛擬儀器" title="虛擬儀器">虛擬儀器編程語言作為軟件開發(fā)平臺,。
2．2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)
2．2．1 軟件結(jié)構(gòu)模塊設(shè)計(jì)
軟件采用模塊化、結(jié)構(gòu)化的設(shè)計(jì)思想,，提高了編程效率,，增強(qiáng)了軟件的可維護(hù)性和可擴(kuò)展性。根據(jù)需要,，系統(tǒng)軟件模塊設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)采集,、執(zhí)行控制與輔助三大模塊，具體有以下9個部分,。其整體結(jié)構(gòu)如圖3所示,。

1)數(shù)據(jù)采集模塊 負(fù)責(zé)各種標(biāo)準(zhǔn)信號的采集，按通道傳送給顯示,、存儲模塊,，并對輸入的波形信號進(jìn)行同步，其中還包括硬件的初始化和采集參數(shù)的設(shè)置,。
2)數(shù)據(jù)存儲模塊 按照規(guī)定的格式將采集到的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫,。
3)數(shù)據(jù)顯示模塊 根據(jù)不同的需要實(shí)時(shí)顯示模擬器航姿、仰角等參數(shù)以及波形,、軌跡和各種譜圖,。
4)數(shù)據(jù)分析模塊 將采集回來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，和預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)相比較,，進(jìn)而算出調(diào)節(jié)量,。采用的數(shù)據(jù)分析方法有：時(shí)域分析、頻域分析,、相關(guān)分析,、回歸分析、數(shù)理統(tǒng)計(jì),、趨勢分析和高級分析等,。
5)儀表驅(qū)動模塊 將控制數(shù)據(jù)發(fā)送至通道，產(chǎn)生各種調(diào)節(jié)儀器的控制命令。
6)文件管理模塊 提供數(shù)據(jù)輸出,、報(bào)表打印以及歷史查詢,。
7)數(shù)據(jù)庫管理模塊 實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫中各類數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的管理，同時(shí)存放檢測數(shù)據(jù)和結(jié)論,，根據(jù)檢測內(nèi)容做出記錄表單,。
8)報(bào)警模塊 系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)報(bào)警，顯示故障類型并啟動保護(hù)措施,。
9)TCP通信模塊 完成3D視景系統(tǒng)之間的通信,。
運(yùn)5操縱負(fù)荷系統(tǒng)仿真系統(tǒng)采用該軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，其流程如圖4所示,。

主程序完成初始化后,，調(diào)用權(quán)限操作、采集,、視景通信模塊,、控制(儀表驅(qū)動、操作機(jī)構(gòu),、俯仰控制)等模塊,。并隨時(shí)響應(yīng)串口和鍵盤中斷。為防止干擾,，采集模塊采用多次采集,，去掉最大和最小數(shù)據(jù)，取平均值的方法,。經(jīng)采集所取得的數(shù)據(jù)經(jīng)由存儲模塊和顯示模塊存入數(shù)據(jù)庫并顯示于面板,，需要的時(shí)候可以通過數(shù)據(jù)庫管理模塊和文件管理模塊進(jìn)行查詢和打印。另外,，根據(jù)采集的數(shù)據(jù)信息便可通過儀表驅(qū)動模塊完成操縱機(jī)構(gòu)、俯仰控制等功能,。
2．2．2 軟件編程中的關(guān)鍵模塊
1)俯仰控制模塊 函數(shù)int ComWrt(int COMPort,，charbuffer[]，int count)通過串口COMPort向變頻器發(fā)送控制命令,，命令數(shù)據(jù)存儲在存儲器buffer[]中,，數(shù)據(jù)長度為count字節(jié)?？刂谱冾l器的運(yùn)行,、停止、正／反轉(zhuǎn),。

函數(shù)void CRC_WrtFre(int FRECOM,，unsigned int DValue，unsigned FreAdr，int Length_CRC)設(shè)定變頻器的工作頻率,。通過串口FRECOM向變頻器發(fā)送工作頻率值Dvalue,。
調(diào)用：

2)操縱機(jī)構(gòu)控制模塊 函數(shù)double sensor_com(int ID)；功能說明：向傳感器發(fā)送讀取數(shù)據(jù)命令,，讀取和存儲傳感器輸出的原始數(shù)據(jù),，并計(jì)算出傳感器的位移量。計(jì)算方法為：

3)儀表驅(qū)動控制模塊 函數(shù)void da_send(int corn,，intkahao,，int channel，double da_sendata)用來發(fā)送電壓表所需的電壓值,；函數(shù)double AD24(int COM,，int CardID，int way,，double*Val)用來采集電壓,，對于需要采集的電壓進(jìn)行采集并將其顯示在面板上；函數(shù)void Relay(int comport,，int cardlD,，intchanelNum，char ctrldata[17])用來控制繼電器的通斷狀態(tài),；函數(shù)void YB_High(double sjd_A)根據(jù)升降舵的變化來控制高度表和升降速度表的指示,，其中YB_High為函數(shù)名，sjd_A為升降舵值,；函數(shù)void YB_Airspeed(double ymg_V)根據(jù)油門桿來控制變頻器的頻率,；函數(shù)void YB_Qhq(double Value)和void YB_Pq(double Value)分別是汽化器溫度表和排氣溫度表的驅(qū)動函數(shù)，驅(qū)動變量為副翼,；函數(shù)void YB_Wxdhizh(double Value)用來驅(qū)動無線電高度表,，其中YB_Wxdhigh是函數(shù)名，Value為油門桿位置,；函數(shù)void YB_Sy(double Value)三用表的驅(qū)動,，其中YB_Sy為函數(shù)名，Value為油門桿位置,；函數(shù)void YB_Dq(double Value)驅(qū)動大氣溫度表,，其中YB_Dq為函數(shù)名，Value為油門桿位置,。
4)視景音響控制模塊 函數(shù)void calculate()根據(jù)3個舵面和油門桿的數(shù)據(jù)計(jì)算視點(diǎn)位置的x坐標(biāo),、y坐標(biāo)、z坐標(biāo),、俯仰角,、滾轉(zhuǎn)角,、偏航角；函數(shù)void(*InitNet)(int fig),，函數(shù)功能：初始化網(wǎng)絡(luò),。初始化包括IP地址，端口號等信息,；函數(shù)void(*SendFlightData)(int flg)向視景計(jì)算機(jī)傳送數(shù)據(jù),。
函數(shù)void(*CloseNet)(int fig)用于關(guān)閉網(wǎng)絡(luò)；函數(shù)void(*ChangeData)(float viewx,，float viewy,，float viewz，float thet,，float gam,，float psi)用于交換數(shù)據(jù)。將控制系統(tǒng)軟件生成的數(shù)據(jù)FlyData傳送到視景軟件,，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新交換,，這是實(shí)時(shí)通信的基礎(chǔ)所在。

3 結(jié)束語
該系統(tǒng)以LabWindows／CVI虛擬儀器編程語言作為軟件開發(fā)平臺,，以性能穩(wěn)定,、數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)大的工控機(jī)為硬件系統(tǒng)的核心，數(shù)據(jù)庫技術(shù)和模塊化相結(jié)合,，大大縮短了系統(tǒng)開發(fā)周期,，同時(shí)使得系統(tǒng)具有良好的可視性、交互性和擴(kuò)展性,。它能夠完成飛行模擬器各個參數(shù)的采集,、控制，并通過計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)采集,、參數(shù)控制,、實(shí)時(shí)曲線、事故報(bào)警等畫面,，使操作人員能夠了解機(jī)載設(shè)備的運(yùn)行情況,，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理問題，測試功能齊全,，防差錯能力強(qiáng)，工作運(yùn)行穩(wěn)定可靠,，用戶界面友好,，為飛行器裝備的技術(shù)保障提供強(qiáng)大支持。