在过去的几年里，Hutchinson 的业务重点已经从提供定制化组件转向销售完全集成的系统。此外，这一战略导向也推进了旋翼机主动振动控制系统 (AVCS) 技术的发展及其它一些革新。这项技术可以减少通过旋翼的频率振动，使旋翼机飞行员和乘客的飞行体验更佳。这种振动是由施加到旋翼的空气动力学负载造成的，并且会传递到机身。AVCS 的基础是集成在机身中的几个动态力发生器（执行器）、分布在机身各关键点的加速计、提供参考时间的转子速度传感器，以及用于分析振动信号并调整输出信号以配合执行器（自适应控制算法）的机载实时控制器。飞行员通过人机界面 (HMI) 来控制系统，该界面带有状态指示器（“系统故障”或“系统就绪”），还能启用振动控制或者飞行员能够自由选择舒适模式。所有 AVCS 子系统均是 Hutchinson 专门设计的复杂机电一体化控制系统。执行器由主旋翼机电源 (115 V) 供电。在控制器中执行电气单元转换。
从设备到系统
此项目是 Hutchinson 历史上的一个重要里程碑。因为作为主承包商， Hutchinson 首次为标准化航空航天环境提供包含多个线路可更换单元 (LRU) 的复杂机电一体化系统。Hutchinson 在开发航空航天工业认证产品（主要是控制和展示设备）开发方面有着悠久的历史，并在不断优化自身的开发流程。但这个项目要比其它项目复杂得多，而且在通过仿真来实现验证的过程中面临诸多挑战。因此，该公司决定使用 SCALEXIO 平台进行项目验证活动，充分利用这些久经考验、高度可靠、性能出色的解决方案。Hutchinson 从 20 世纪 90 年代开始就使用 dSPACE 工具进行原型开发，他们对于新型 dSPACE 解决方案也寄予了高度信任。在 Hutchinson 开发过程中，系统团队（该公司的客户联络点）收集客户需求，创建接口需求规范和接口控制文档，然后进行安全分析。他们基于这些信息拟定了 AVCS 系统的功能架构，并将其转化为 LRU 级系统规范，这是建立软件和硬件级规范的切入点。因此，就测试设备（AVCS 系统、LRU、SRU - 车间可更换单元）和技术团队（系统、软件或硬件）而言，验证活动是多层次的。SCALEXIO 的灵活性使该公司能够成功高效地完成高度复杂的项目。
实现最高质量
在项目早期，开发团队做出了三个决定，以实现高质量水平，同时降低验证成本并缩短延迟：
- 首先，他们的重点是开发一个覆盖所有测试要求的模块化、开放式架构测试台架。其思路是在整个 dSPACE 环境（Configuration-Desk、MATLAB®、ControlDesk、AutomationDesk）中一致地配置一项功能（例如，提供 28 V 电源），以轻松地集成到不同的 SCALEXIO 配置中。
- 其次，他们更新了现有验证流程，并包括了 dSPACE 提供的功能（例如，自动化测试报告），如下图所示。验证工程师检查由软件、硬件和系统团队定义的输入要求以编写测试用例，将其编译为验证和确认计划，然后转到（自动生成的）测试程序，并将结果导出为 PDF 文件。
- 第三，团队重点强调验证活动的全面自动化。事实证明，验证自动化在质量（测试的可重复性、较低的人为错误率）、延迟（测试运行时间更短，通常在周末运行）和成本（专注于高含金量任务，例如正式审查）方面都发挥了重要作用。
系统概述
AVCS 系统由以下几部分组成：
- 执行器 LRU 由一个控制单元板卡 SRU 和一个电源单元板卡 SRU 组成
- 一个控制器 LRU，由一个控制单元板卡 SRU、一个滤波板卡 SRU 和两个电源单元板卡 SRU 组成
- 一个人机界面 LRU
- 加速计 LRU（仅限硬件）
在所有这些组成部分中，只有人机界面和滤波板未使用 SCALEXIO 平台进行验证，因为其功能测试过于具体。然而，SCALEXIO 出色的灵活性已经得到了事实的认证，并且足以测试其余的 LRU 和 SRU。具体来说，他们根据上述开放式模块化架构开发了以下七个测试台架：
- LRU 控制器测试台架
- LRU 执行器测试台架
- 软件验收测试台架
- SRU 执行器电子板卡（电源和控制）测试台架，也用于软件验收测试
- SRU 控制器电子板卡（电源单元）测试台架
- SRU 控制器电子板卡（控制）测试台架
- LRU 加速计测试台架
测试范围
对于在航空航天工业中 SCALEXIO 平台的应用，测试台架通常涵盖功能测试，这些测试一般涉及各种 LRU 的性能，例如执行器的功耗。每次交付后，它们还用于非回归软件测试，运行时间在 40 小时，自动化程度为 98%。只需要一个钉床测试台架，因为执行器和控制器是基于同一个数字信号处理器 (DSP) 设计的。在初始电子板卡上以及正式发布版本上进行的 SRU 验收测试也实现了自动化，这些验收测试在单元测试和集成测试之后进行。
自动执行测试程序
缩短上市时间的一个关键因素是使用统一框架来验证不同技术团队（系统、硬件和软件）的需求。结果表明，测试台架和测试程序之间的相似性超出预期。自动执行测试程序的应用成为了该项目的重要转折点，这是 Hutchinson 在航空航天应用中的一项创新。它有两个主要优点。首先，它可以缩短验证团队的响应时间，并能够及早检测缺陷。这对于软件团队来说尤其重要，因为事实证明，自动化非回归测试十分关键，其有助于提高软件交付的质量。成功的另一个因素是测试台架之间的相似性。Hutchinson 流程根据能力成熟度模型集成 (CMMI) level 3 进行评估，其在基于测试台架的开发中有三个步骤：规范、架构和验收测试。例如，事实证明，花时间配置 SCALEXIO 系统来验证控制器测试台架是值得的，因为公司能够复用执行器测试台架的配置。这是 dSPACE 工具（例如 AutomationDesk）的强项所在；由于每个元素都必须在集成前单独测试，对于复杂产品和系统的配置来说，它们发挥着至关重要的作用。通过易于创建、条理清晰的测试，AutomationDesk 提高了验证的整体效率。
Hutchinson 主动式噪音和振动控制系统可降低机舱噪音（对于飞机，最高可达 20 dB）和结构振动（对于直升机，最高可达 30 dB；对于汽车应用，最高可达 20 dB）。
重要功能
Hutchinson 使用 dSPACE 配置和实现软件 ConfigurationDesk 来配置硬件，其中一个主要原因就是其具有定义串行通信所需自定义驱动程序的独特功能。Hutchinson 从 dSPACE 获得了精确的定制化支持，因此他们能够根据自身需求设置驱动程序，在这些驱动程序中，直接用 C 语言在低级别上进行通信协议检查（消息完整性、循环冗余校验 (CRC) 等）之前，他们将数据馈送到 MATLAB® 模型，以进行更高级的处理并与其他信号同步。这种先进的总线分析能力与 LRU 集成阶段息息相关。另一个关键功能是曲柄/凸轮信号的可用选项范围。dSPACE 一直在开发这些先进的功能，这些功能已在汽车行业内成功应用，也可以应用于飞机。在 Hutchinson 应用中，转子速度传感器起着关键作用，它可用作参考，使执行器力的产生与加速计捕获的振动保持同步，而预定义的库模块是该项目的理想之选。新一代的 AVCS 系统目前正在开发当中，它将具有更高的性能以及更轻的执行器。dSPACE 工具具有出色的性能，技术团队更能确保按时交付经过全面验证的产品。
Patrick Fayard 博士和 Julien Mestres
Hutchinson
作者简介：
Patrick Fayard 博士
Patrick Fayard 博士是法国 Châlette sur Loing 的 Hutchinson 研究与创新中心的验证和确认实验室经理以及机电一体化高级专家。
Julien Mestres
Julien Mestres 是位于法国 Lisses 的 Hutchinson 航空航天国防工业公司抗振系统的 AVCS 项目经理兼系统工程师，同时担任创新与机电一体化系统工程经理。
