Rüzgar tüneli için bileşenlere dayalı genel bir ölçüm ve kontrol platformunun tasarımı
Luo Changjun, Ma Yongyi
(Çin Aerodinamik Araştırma ve Geliştirme Merkezi, Mianyang, Sichuan 621000)
Rüzgar tüneli ölçüm ve kontrol sisteminin ve yazılımının ölçeklenebilirliğini ve yeniden kullanılabilirliğini artırmak ve yazılım geliştirme döngüsünü kısaltmak amacıyla rüzgar tüneli ölçüm ve kontrol sisteminin özelliklerinden ve gereksinimlerinden yola çıkarak rüzgar tüneli ölçüm ve kontrol yazılımının genelleştirilmesinin mevcut durumu gözden geçirilerek nesne odaklı düşünme ve Sistem mimarisi tasarım konsepti, bileşenli rüzgar tüneli ölçüm ve kontrol yazılımı platformunun hiyerarşik yapısını önerdi, kullanıcı özelleştirme katmanını ve işlev gerçekleştirme katmanı bileşen bölümünü, bileşen iletişim modunu / arayüzünü ve bileşen paketlemesini analiz etti, bileşen tabanlı rüzgar tüneli ölçüm ve kontrol platformunun prototipini tartıştı Sistem tasarımı, rüzgar tüneli ölçüm ve kontrol sistemi yazılımının daha fazla genelleştirilmesi için bir fikir ve yöntem sağlar.
Rüzgar tüneli; ölçüm ve kontrol platformu; bileşen; XML
Rüzgar tüneli testi, uçağın etrafındaki akışı simüle etmek için kontrol edilebilir bir hava akışı oluşturmak üzere ilgili ekipmanı kontrol etmek için ölçüm ve kontrol teknolojisini kullanır ve uçak tarafından alınan aerodinamik kuvvet / ısı / yük gibi çeşitli aerodinamik özellik verilerini elde etmek için ölçüm ve kontrol teknolojisine güvenir, bu nedenle rüzgar tüneli ölçüm ve kontrol teknolojisi aerodinamik geliştirmektir. Deneyin temel teknolojilerinden biri. Rüzgar tüneli ölçüm ve kontrol teknolojisinin geliştirilmesi, aerodinamik test ve araştırma yeteneklerinin, seviyesinin ve kalite verimliliğinin iyileştirilmesi üzerinde belirleyici bir etkiye sahiptir.
Geleneksel yapılandırılmış rüzgar tüneli ölçüm ve kontrol yazılımı, zayıf ölçeklenebilirlik ve yeniden kullanılabilirlik, zor bakım, uzun geliştirme döngüsü ve yüksek maliyet gibi dezavantajlara sahiptir.Bu, rüzgar tüneli ölçüm ve kontrol yazılımı platformunun düşük derecede genelleştirilmesine neden olur ve rüzgar tünelleri arasındaki ölçüm ve kontrol yazılımı farkı nispeten yüksektir. Operasyon arayüzü, veri formatı ve iletişim arayüzü farklıdır, iş eğitimi iş yükü büyüktür, rüzgar tüneli personel iletişimi zordur, test verisi tekrar oranı zayıftır ve rüzgar tüneli grubunun işbirliğine dayalı doğrulama etkisinin tam olarak uygulanması zordur. Bu nedenle, yapılandırılmış tasarım yöntemleri kullanılarak tasarlanan ve geliştirilen ölçüm ve kontrol yazılımının tasarımının, mevcut test gereksinimlerini, test teknolojisinin sürekli gelişimini, giderek karmaşıklaşan test teknolojisini, test ekipmanının yükseltilmesini ve yazılım platformu spesifikasyonlarının gereksinimlerini karşılamak zor olmuştur.
Rüzgar tüneli test verimliliğini ve veri kalitesini daha da iyileştirmek için dünya standartlarında pnömatik mekanizma rüzgar tüneli ölçüm ve kontrol yazılımı platformlarının genelleştirilmesinde çok sayıda çalışma gerçekleştirmiştir.Tipik bir temsilci, DNW tarafından geliştirilen GAIUS (Generic Automated Integrated Universal System) sistemidir.
DNW Rüzgar Tüneli Konsorsiyumu, Almanya ve Hollanda'da 12 alt, trans, süper ve hipersonik rüzgar tünelini yönetip işletmektedir. Bu rüzgar tünelleri farklı dönemlerde inşa edildi ve önümüzdeki birkaç yıl içinde bu rüzgar tünellerinin ölçüm ve kontrol sistemleri tasarlanan hizmet ömrüne ulaşacak. Bu amaçla DNW, bu rüzgar tünelleri için GAIUS sistemini geliştirdi ve devreye aldı. Sistem modülü tasarımı Şekil 1'deki gibi gösterilmektedir.
Sistem, GAIUS veriyolunu, kullanıcı komut dosyasına dayalı merkezi kontrol sistemini, kullanıcı arayüzü arayüzünü, saha ekipmanı kontrolünü (rüzgar tüneli ekipman kontrolü ve model tutum kontrolü dahil), veri toplama, veri işleme ve diğer işlevsel modülleri içerir. Sistem aşağıdaki özelliklere sahiptir:
(1) Kapsülleme. Sistem, rüzgar tüneli ölçüm ve kontrol sisteminin temel ve temel işlevlerini bir temel sınıf olarak kapsamaktadır.Modüller, tek bir ortak sorunu çözmek için temel sınıftan türetilir ve ayrıca işlevsel bölüme göre yazılım bileşenlerine dahil edilir, özel uygulama ayrıntılarını gizler ve rüzgar tüneli ölçümü ve kontrol personeli için arayüzler sağlar ve Testten sorumlu kişi esnek bir şekilde çağrılabilir, bu da test görevi üstlenenler gibi profesyonel olmayan yazılım geliştiricilerin ortak bir temel platformda farklı uygulamaların ihtiyaçlarını karşılayan ölçüm ve kontrol programlarını uygun ve hızlı bir şekilde oluşturmasını sağlar.
(2) Bağımsızlık. Bileşenler, programlama dillerinden bağımsızdır. Farklı dillerde yazılmış bileşenler, standart bir arabirim aracılığıyla birlikte çalışabilir ve GAIUS veri yoluna bağlanabilir. Bileşenler ve bileşenler, farklı teknik geçmişlere sahip profesyonellerin ihtiyaçlarını karşılayacak iletişimi sağlamak için gerçek zamanlı yayınlama-abone olma ara yazılımı RTPS kullanır. Ölçüm ve kontrol yazılımı için geliştirme gereksinimleri.
(3) Esneklik. Bileşenler, orijinal işlevleri iyileştirmek ve mükemmelleştirmek için ayrı ayrı yükseltilebilir; sağlanan temel sınıflar ve bileşenler aynı harici arabirime sahip olduğu sürece, ekipman yükseltmesinin neden olduğu temel yazılım ve donanımın değiştirilmesi için orijinal uygulama sistemini etkilemeyecektir. İyi uyumluluk ve esneklikle çalışma.
Bileşen tabanlı yazılım geliştirme teknolojisi, yazılımın üretim yöntemini temelden değiştirmiştir ve geleneksel geliştirme yöntemlerine kıyasla bariz avantajlara sahiptir: Birincisi, yazılımı yeniden kullanma oranını iyileştirmiştir ve mevcut kod, yeniden kullanılabilir hale getirmek için standart bir arayüz aracılığıyla paketlenmiştir. Bileşenler mevcut teknolojik başarıları korur ve miras alır; ikincisi, bakımı ve yükseltmesi daha kolay olan yüksek derecede modülerlik ve düşük modül bağlantısı ile geliştirilen sistemi daha esnek hale getirir; son olarak, sistem geliştiricileri için gereksinimleri azaltır ve öğrenmesi daha kolaydır. ve kullan.
GAIUS sistemi, DNW'nin birçok rüzgar tünelinde tekrarlanan yatırımını azaltır, farklı ekipmanlar arasında operatörlerle iletişim kurmayı kolaylaştırır, ekipmanı daha kolay yükseltir ve test verimliliğini artırır. Rapora göre GAIUS sisteminin uygulanması, DNW'ye ait rüzgar tüneli testlerinin verimliliğini yaklaşık% 30 artırdı.
DNW rüzgar tüneli grubunun GAIUS sisteminin araştırma ve geliştirme konsepti, gelecekte Çin'deki rüzgar tüneli grubunun inşası için önemli referans değerine sahiptir.
2 Bileşen tabanlı rüzgar tüneli ölçüm ve kontrol yazılımı platform tasarımı
Makul ve etkili bir yazılım mimarisi tasarımı, sistemin farklı seviyelerini analiz etmek ve tanımlamak, yazılım sisteminin geliştirilmesini basitleştirmek ve yazılımın yeniden kullanımını ve sistem genişletme ve yükseltmeyi kolaylaştırmak için faydalıdır.
2.1 Genel fikir
Bu yazıda önerilen bileşenleştirilmiş ölçüm ve kontrol yazılımı, nesne yönelimli düşünceye dayanmaktadır ve bileşen geliştirme yöntemleriyle birleştirilmiştir.Ölçme ve kontrol sistemi, bir yazılım çerçevesine ve temel bağımsız işlevleri gerçekleştiren birkaç modüle ayrıştırılmıştır ve farklı işlevleri tamamlayan bu modüller, bileşenler biçiminde kapsüllenmiştir. , Gerçek test görevi gereksinimlerine göre, yazılım çerçevesinde gerekli bileşenleri seçin ve bunları bir araya getirerek belirli gereksinimleri karşılayan bir ölçüm ve kontrol sistemi oluşturun.
2.2 Hiyerarşik yapı
Rüzgar tüneli ölçüm ve kontrol yazılım platformunun iki ana görevi vardır: Birincisi kullanıcılara ölçüm ve kontrol sistemini kurmak ve işletmek için entegre bir geliştirme ortamı sağlamak; diğeri ise kullanıcılar tarafından öne sürülen ölçüm ve kontrol gereksinimlerini almak ve sistem montajı ve rüzgar tüneli test ölçüm ve kontrol görevlerini tamamlamaktır. Bu nedenle, bu iki göreve göre, tüm ölçüm ve kontrol yazılımı iki bölüme ayrılabilir: kullanıcı özelleştirme katmanı ve işlev gerçekleştirme katmanı. Genel yapı Şekil 2'de gösterilmiştir.
2.3 Bileşen bölümü
Bir bileşen genellikle mantıksal olarak ilişkili bir veya daha fazla sınıf içerir ve bileşenlerin makul bir bölümü, bileşenlerin yeniden kullanımı ve uygulanmasının yanı sıra sistemin konfigürasyon yönetimine de elverişlidir. Bileşenin ayrıntı düzeyi ne kadar büyükse, işlevi o kadar tamamlanır ve belirli bir tür sorunu bağımsız olarak çözme yeteneği o kadar güçlüdür. Bununla birlikte, bileşeni uygulamak ve anlamak nispeten zordur ve yeniden kullanım zorluğu artar; ayrıntı düzeyi ne kadar küçükse, bileşenin yeniden kullanılması o kadar kolay olur, ancak yönetim bileşeni Bu tür maliyetler, yeniden kullanımın faydalarından bile daha fazla artacaktır. Bileşenleri bölerken, işlevsel modüllerin bütünlüğü, yüksek uyum ve düşük bağlantı ile başlamalıyız. Rüzgar tüneli ölçüm ve kontrol sisteminin özelliklerine göre, yeniden kullanım, kapanma, mesaj iletimi ve dağıtılmış hizmet segmentasyonu esasına göre rüzgar tüneli ölçüm ve kontrol sisteminin bileşenleri aşağıdaki şekilde bölünmüştür:
(1) Kullanıcı özelleştirme katmanı, rüzgar tüneli ölçüm ve kontrol yazılımının üst katmanıdır. Ana işlev, ölçüm ve kontrol sisteminin çalışması için gerekli olan çeşitli veri bilgilerini, işlevsel bileşenlerin seçilmesi ve girdi parametrelerinin belirlenmesi dahil olmak üzere ihtiyaçlarına göre kullanıcı özelleştirme arayüzü aracılığıyla ayarlamaktır. Kullanıcı sistemi özelleştirmeyi bitirdiğinde, XML tabanlı bir özel bilgi tablosu oluşturulacaktır. Ardından, uygulama kontrol merkezi özelleştirilmiş bilgi tablosunu işlev gerçekleştirme katmanına iletir. Kullanıcı farklı işlevleri formüle ettiğinde, ilgili işlev gerçekleştirme katmanı kontrolü, tüm yazılım sisteminin çalışmasını gerçekleştirmek için kullanıcı özelleştirme katmanında verilen bilgilerle çağrılır ve ayrıca farklı ihtiyaçlar için genişletilebilir.
(2) Fonksiyon gerçekleştirme katmanı, üst katmandan aşağı aktarılan XML özelleştirilmiş bilgi tablosunun alınması ve ayrıştırılmasından, alt katman verileri arasındaki iletimin gerçekleştirilmesinden ve kontrol komutlarının gönderilmesinden ve son olarak kullanıcı tarafından özelleştirilmiş bir sistem işlem arabiriminin oluşturulmasından sorumlu olan rüzgar tüneli ölçüm ve kontrol yazılımının en alt katmanıdır. Bileşen teknolojisi tasarım bakış açısına göre, sistem tarafından gerçekleştirilecek işlevler ihtiyaçlara göre sınıflandırılır ve özetlenir ve işlev gerçekleştirme katmanı yazılımının ana işlemleri, farklı işlev bileşen kitaplıkları oluşturmak için karşılık gelen sınıflarda kapsüllenir. Montaj bilgilerine göre, uygulama kontrol merkezi, kullanıcı tarafından kütüphaneden seçilen bileşenleri arar ve birleştirir, böylece özelleştirilmiş bir ölçüm ve kontrol yazılım sistemi oluşturur.
2.4 Bileşen arayüzü ve iletişim
Bileşen tasarımının önemli bir parçası olan bileşen bölümünden sonra arayüz tasarımı gereklidir. Bir bileşen arabirimi, belirli bir tür ortak davranışı tanımlayan mantıksal olarak ilişkili işlemler kümesidir. Bir arabirim, herhangi bir özel uygulama değil, bir dizi işlemin belirtimidir. Arayüz ve somut gerçekleştirmenin ayrılması, onu oldukça soyut hale getirir, sistemin yeniden kullanılabilirliğini geliştirir ve sistemin bakımını ve genişlemesini kolaylaştırır. Arayüz tasarımı basitlik ve pratikliği dengelemelidir. Bileşenin dahili ayrıntıları arayüze yansıtılmamalıdır. Arayüz ile dahili uygulama detayları arasındaki izolasyon derecesi ne kadar yüksek olursa, bileşen değişikliklerinin arayüz üzerindeki etkisi o kadar az olur.
Yazılım bileşenleri arasındaki veri etkileşimi, veri akışının yukarı akışının veri üreticisi ve veri akışının aşağı akışının veri tüketicisi olduğu tipik bir üretici-tüketici tasarım modeli kullanılarak tasarlanmıştır. Bileşen tasarımını kolaylaştırmak için, veri kuyruğunun yönetimi veri tüketici bileşenine yerleştirilir ve Şekil 3'te gösterildiği gibi yalnızca veri eklemek için arayüz harici olarak tutulur.
2.5 Bileşen ambalajı
Rüzgar tüneli ölçüm ve kontrol yazılımı fonksiyon modülünün bileşen ambalajı sayesinde, bu fonksiyona ihtiyaç duyan herhangi bir kullanıcıya hizmet olarak sunulur ve kullanıcının belirli bir test fonksiyonunu gerçekleştirmek için kodu bilmesine gerek yoktur, sadece arayüz standardını bilir. .
Paketleme teknolojisi temel olarak DLL (Dinamik bağlantı kitaplığı) paketleme ve COM (Bileşen Nesne Modeli) paketlemeyi içerir.
DLL, Windows sisteminde çok önemli bir konuma sahiptir ve işlev modülü paketleme teknolojisinde en sık kullanılan uygulama teknolojilerinden biridir. DLL bir tür ikili koddur.Hata ayıklama başarılı olduktan sonra, herhangi bir geliştirme dilinin onu çağırmak için sadece işlev açıklamasını izlemesi gerekir.Örneğin, VC ++ ile geliştirilen DLL, VB ve JAVA gibi diller tarafından çağrılabilir.
COM, DLL'leri içerir. COM spesifikasyonuna göre uygulanan DLL'ler COM bileşenleri olarak kabul edilebilir. Aynı bilgisayarda bulunan uygulamalar veya uzak ağdaki diğer uygulamalar tarafından çağrılabilirler. Şu anda yaygın olarak kullanılmaktadırlar. Bunlar ActiveX kontrolleridir.
3 Bileşen tabanlı rüzgar tüneli ölçüm ve kontrol yazılımı platformu prototip sistemi tasarımı
Ölçüm ve kontrol yazılımı, bağımsız fonksiyonları gerçekleştiren çeşitli bileşenlere ayrıştırılır.Gerçek rüzgar tüneli test görevi gereksinimlerine göre, gerekli fonksiyonel bileşenler, belirli ihtiyaçları karşılayan bir ölçüm ve kontrol sistemi oluşturmak için seçilir ve birleştirilir. Kullanıcılar, ölçüm ve kontrol sisteminin çalışması için gerekli olan çeşitli veri bilgilerini, işlevsel bileşenlerin seçilmesi ve girdi parametrelerinin belirlenmesi dahil olmak üzere kullanıcı arabirimi aracılığıyla ihtiyaçlarına göre ayarlayabilirler.Tüm giriş bilgileri, kullanıcı arabirimi aracılığıyla kontrol merkezine iletilir ve kontrol merkezi, işlev gerçekleştirme katmanına bir XML bilgi tablosu oluşturur. Özelleştirilmiş bilgileri aktarın, kullanıcı tarafından kitaplıktan seçilen bileşenleri arayın ve özelleştirilmiş bir ölçüm ve kontrol yazılım sistemi oluşturmak için bunları birleştirin.
Tasarım fikrine göre, test bileşenleri (her kontrol sistemi) ve test süreci, testteki test içeriğine göre otomatik olarak organize edilir, böylece sistem tam otomatik entegrasyon gerçekleştirir.Rüzgar tünelinin sabit bir toplam basınçta, bir hücum açısında ve sabit sayıda operasyonda çalışması gerektiğinde, Hücum açısı için adım adım ve değişken M çalışma modu, sabit toplam basınç ve sabit M sayısı adım adım değişken saldırı çalışma modu açısı, sabit toplam basınç ve sabit M sayısı sürekli değişken saldırı çalışma modu açısı, sabit M sayısı, sabit saldırı açısı ve değişken toplam basınç çalışma modu vb. Modlar arasında geçiş yaparken, ilgili parametreler tamamlanacak şekilde yapılandırıldığı sürece rüzgar tüneli ölçüm ve kontrol programının hazırlık süreci daha basit ve kolay hale gelir. Birleşik rüzgar tüneli işletme parametresi arayüzü Şekil 4'te gösterilmektedir.
Örneğin, sabit toplam basınç ve sabit saldırı açısı adım-değişken M sayı sürüş modu kullanılarak, M = 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.72, 0.75, 0.8. Operatörün, daha profesyonel kaynak kodunu değiştirmeden toplam basıncı, hücum açısını ve M numarasını ayrı ayrı yapılandırmak için yalnızca birleşik sürüş parametresi yapılandırma programını çağırması gerekir, ardından gerekli eksiksiz sürüş programı oluşturulabilir (Şekil 5) , Şekil 6). Program hazırlama süresi büyük ölçüde kısaltılır, böylece test hazırlığının verimliliği artar.
4. Sonuç
Rüzgar tüneli ölçüm ve kontrol yazılımı, ölçüm ve kontrol yazılımı geliştirmenin hızını ve verimliliğini artıracak, programın yeniden kullanımını artıracak, geliştirme döngülerini kısaltacak, geliştirme maliyetlerini azaltacak ve geleneksel ölçüm ve kontrol sistemlerinin sabit yapısını ve tek işlevini kıracak olan nesne odaklı tasarım fikirlerini ve bileşen tasarım teknolojisini benimser. limit. Bu tasarım fikri, ölçüm ve kontrol yazılımının çok yönlülüğü, taşınabilirliği ve ölçeklenebilirliği gereksinimlerini karşılamak için ölçüm ve kontrol yazılımı platformunun bakımını ve genişletilmesini kolaylaştırır, böylece mevcut ekipman ve tesisler giderek daha karmaşık rüzgar tünellerini daha iyi karşılayabilir. Test etme ihtiyacı.
Referanslar
Detlef Krack Rüzgar tünelleri için jenerik otomatik entegre evrensel sistem (GAIUS), Alman-Hollanda rüzgar tünelleri DNW. Seattle: AIAA Havacılık Konferansı, 2009.
Zhao Haiyuan, Wang Lifang, Jiang Zejun. Bileşenleştirme fikirlerine dayalı ölçüm ve kontrol yazılımı geliştirme platformunun tasarımı ve uygulaması Elektronik Tasarım Mühendisliği, 2013 (21): 82-83.
AET üyeleri için yıl sonu avantajları!
