倪笑宇 ，徐 軍，戴美魁，霍珍珍，馬立勇

（1.河北建筑工程學(xué)院 機械工程學(xué)院，張家口075000；2.北京理工大學(xué) 宇航學(xué)院，北京100081）

在現(xiàn)代飛機中普遍采用自動油門控制系統(tǒng)來自動控制發(fā)動機的推力。自動油門控制系統(tǒng)是個由計算機控制的機電系統(tǒng)，其核心部件是自動油門計算機，該計算機與飛行管理計算機系統(tǒng)和自動飛行控制系統(tǒng) FCC（flight control computer）交聯(lián)，并從各處的傳感器或其他系統(tǒng)接收相關(guān)信號，經(jīng)過計算，在發(fā)動機的參數(shù)設(shè)計范圍內(nèi)，從起飛到降落全程控制每臺發(fā)動機的油門桿位置，以保持某一特定的發(fā)動機推力值，或保持飛機的某一目標速度，從而減輕飛行員的勞動強度，使飛機實現(xiàn)姿態(tài)、推力控制的自動化。

為了檢測自動油門控制系統(tǒng)的各項性能指標，需要設(shè)計相應(yīng)的測試軟件。測試軟件模擬FCC的部分功能，它與自動油門控制系統(tǒng)的交聯(lián)通過arinc429總線完成，對數(shù)據(jù)的實時性要求較高。測試軟件包括電源控制、力矩加載、數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)發(fā)送、界面數(shù)據(jù)顯示和分析等內(nèi)容。對于復(fù)雜的測試軟件，需要保證數(shù)據(jù)采集的準確性、實時性，數(shù)據(jù)處理的高效性，人機交互的良好性?；贚abWindows/CVI多線程機制開發(fā)的測試軟件[1]，可以很好地滿足自動油門的測試要求。

1 系統(tǒng)組成

自動油門測試系統(tǒng)硬件架構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)工作時，測試軟件通過429總線卡向油門機構(gòu)里面的控制器發(fā)送速度指令和離合器指令，同時接收對應(yīng)的反饋信息，進行分析處理。數(shù)據(jù)采集卡實時采集油門機構(gòu)輸出軸加載力矩反饋信號以及控制器功率電流信號。油門角度位置信號由角位移傳感器RVDT（rotatory variable differential transformer）采集輸出，測試軟件通過AD698位置采集卡實時采集，獲得油門桿的實際工作位置。

圖1 油門測試系統(tǒng)硬件組成Fig.1 Hardware composition of accelerator test system

2 多線程在自動油門性能測試軟件中的應(yīng)用

2.1 多線程技術(shù)

在多線程程序中，可以同時并行存在多個線程，它們由1個主線程和多個次線程組成。主線程和次線程的主要區(qū)別在于它們開始執(zhí)行的位置。軟件系統(tǒng)從main函數(shù)開始執(zhí)行主線程，而由開發(fā)人員來指定次線程開始執(zhí)行的位置。

LabWindows/CVI提供了2種執(zhí)行次線程的方法，分別是異步定時器和線程池[2]。2種方法目前已經(jīng)非常成熟，具體介紹可參見參考文獻[2]。

2.2 線程分配

多線程軟件設(shè)計思路是使用主線程創(chuàng)建、顯示并運行操作界面；在次線程中，運行其它對實時性要求較高的任務(wù)[3]，比如機構(gòu)數(shù)據(jù)采集和機構(gòu)數(shù)據(jù)分析顯示。

根據(jù)油門測試的功能需求，把軟件任務(wù)分為用戶界面操作、機構(gòu)數(shù)據(jù)采集和機構(gòu)數(shù)據(jù)分析顯示3大塊。測試軟件將以上任務(wù)分配在3個線程中，其中主線程是用戶界面操作，然后將機構(gòu)數(shù)據(jù)采集和機構(gòu)數(shù)據(jù)分析顯示分別運行在2個不同的次線程中，測試系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 油門測試系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)Fig.2 Software structure of accelerator test system

2.3 用戶界面操作線程

用戶界面是程序設(shè)計的起點，作為主線程可以及時處理各種交互信息[4]。自動油門性能測試軟件中，用戶界面的創(chuàng)建顯示、速度和位置信號的發(fā)送、主備通道的選擇、PID參數(shù)的發(fā)送、離合器控制信號的發(fā)送等交互操作都在主線程中實現(xiàn)。

2.4 機構(gòu)數(shù)據(jù)采集線程

該次線程在啟動后，負責(zé)油門機構(gòu)數(shù)據(jù)采集任務(wù)，包括機構(gòu)輸出軸轉(zhuǎn)矩信號采集、機構(gòu)輸出軸轉(zhuǎn)速信號采集、機構(gòu)輸出軸角度信號采集等，這些信號都是系統(tǒng)的關(guān)鍵信號，需要保證它們的實時性與準確性。該線程的程序流程如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)采集線程流程圖Fig.3 Flow chart of data acquisition thread

2.5 機構(gòu)數(shù)據(jù)分析與顯示線程

采集到的數(shù)據(jù)包括油門輸出軸速度、角度和轉(zhuǎn)矩等信息，其中速度和角度是最為重要的2個性能指標，它直接關(guān)系到油門的開度，進而決定發(fā)動機的推力與飛機的速度變化是否快速、穩(wěn)定和準確。因此要對接收到的機構(gòu)輸出軸速度與角度信號進行分析，包括數(shù)據(jù)格式化、單位換算、曲線擬合等，將分析好的數(shù)據(jù)最終進行圖形顯示，這樣便于后續(xù)監(jiān)測，分析它們的靜態(tài)與動態(tài)響應(yīng)性能。如果性能不達標，可以根據(jù)需求不斷地對油門控制器參數(shù)進行修改并重新驗證，更加直觀有效。

因此需要把上面的部分單獨放在一個線程中進行。測試中，當(dāng)控制指令發(fā)出后就觸發(fā)此線程進行數(shù)據(jù)的分析與實時顯示。該線程的程序流程如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)分析與顯示線程流程圖Fig.4 Flow chart of data analysis and display thread

2.6 測試效果

圖5 測試軟件主界面Fig.5 Main interface of test software

油門系統(tǒng)有A、B兩個通道，它們互為熱備份。正常情況只有一個通道工作控制油門開度，當(dāng)出現(xiàn)故障時，切換到另一個通道。如圖5所示，采用多線程技術(shù)的測試軟件主界面。此時模擬A通道工作，油門機構(gòu)進行數(shù)據(jù)采集與顯示。測試軟件如果使用傳統(tǒng)的單線程技術(shù)，把界面操作、油門機構(gòu)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析顯示3個任務(wù)都放在一個線程中，那么在開啟數(shù)據(jù)采集的同時，主界面將無法正常響應(yīng)用戶其它操作，出現(xiàn)界面卡死現(xiàn)象。此時如果想停止發(fā)送數(shù)據(jù)或是緊急停止輸出軸轉(zhuǎn)動，由于程序無法響應(yīng)，則會出現(xiàn)不可預(yù)測的后果。此外，在進行油門速度數(shù)據(jù)顯示的同時拖動界面，則會出現(xiàn)數(shù)據(jù)接收不連貫，顯示曲線卡頓等現(xiàn)象，實時性變差，嚴重影響了油門系統(tǒng)的分析與監(jiān)控，控制效果大打折扣。

這里把數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析顯示和其它界面操作分配到3個獨立線程中。這樣3個線程同時運行，可以在不斷刷新主界面，響應(yīng)用戶操作（如發(fā)送控制數(shù)據(jù)、AB通道選擇、緊急停止系統(tǒng)等）的同時，也在后臺同步進行數(shù)據(jù)采集和分析、數(shù)據(jù)曲線的實時顯示，相互沒有任何影響，既提高了執(zhí)行效率，保證了數(shù)據(jù)采集監(jiān)控的實時性，又增加了油門測試的安全性和可靠性，為提升自動油門控制系統(tǒng)性能提供了良好的測試平臺。

3 結(jié)語

自動油門控制系統(tǒng)性能測試軟件經(jīng)過多次實際測試，能夠準確、實時地進行油門數(shù)據(jù)的采集和處理，成功模擬了大部分FCC的功能，達到了預(yù)期測試效果?；贑VI的多線程技術(shù)，它可以實現(xiàn)油門機構(gòu)測試任務(wù)的并行處理，保證數(shù)據(jù)采集的實時性、數(shù)據(jù)分析顯示的高效性，并且不影響界面操作，大大提高了測試系統(tǒng)的效率和可靠性，現(xiàn)已成功應(yīng)用到民機油門機構(gòu)的性能測試中。

[1]陶小亮，牛振.LabWindows/CVI多線程技術(shù)在舵機測試軟件中的應(yīng)用[J].中國測試，2011，37（1）：81-83.

[2]楊東升，王高峰.多線程技術(shù)在虛擬儀器開發(fā)軟件LabWindows/CVI中的實現(xiàn)[J].電測與儀表，2005，42（3）：39-41，54.

[3]成鳳敏，蘇小光.多線程技術(shù)在虛擬儀器軟件開發(fā)中的應(yīng)用[J].中國測試技術(shù)，2008，34（2）：48-50.

[4]姜守達，吳昌盛.LabWindows/CVI多線程機制在數(shù)據(jù)采集中的應(yīng)用[J].計算機應(yīng)用，2004，23（8）：56-57.