基于DSP和CAN总线的发动机电子控制器核心电路模块研究

为了满足复杂控制算法和分布式控制的需要 ,提出一种基于数字信号处理器 ( DSP)和控制器局域网( CAN)总线的电子控制器核心电路模块的设计方案 ,并进行了工程实现。阐述了硬件设计和软件设计中的关键技术问题 ,并通过实物在回路仿真实验 ,验证了本核心电路模块设计方案的可行性。该模块也可作为飞 /推综合控制、分布式控制等需要高性能计算能力和实时数据通信能力的核心电路模块使用     

基于DSP和CAN的航空发动机分布式控制系统设计

航空发动机控制系统发展趋势是分布式控制系统,本文提出了基于DSP和CAN总线的航空发动机分布式控制系统设计.设计中,用工控机模拟航空发动机电子控制器(EEC);智能传感器和执行机构的控制核心采用DSP芯片;通讯总线选用CAN总线.论文阐述了航空发动机电子控制器与各智能传感器和执行机构的软硬件设计、CAN总线通讯的实现方法.在实验室条件下实现了整个发动机控制系统的物理仿真,仿真系统初步满足了分布式系统控制要求,为航空发动机分布式控制系统的研究奠定了基础.     

C-17飞机任务计算机：同步操作的设计

C-17飞机上有三台任务计算机（MC），一台作为任务航电总线控制器（BC）。每台MC都可以成为BC，因此达到三余度设计要求。设计目的是如果目前总线控制器失效就可以向另外一台任务计算机提供透明转换。我们面临的问题是没有专用的同步总线。每台任务计算机依靠可变存储器的740000字节进行同步操作并运用两条1553总线维持同步；通过备份总线控制器数据和复制备份中顺序关键事件的次序来实现同步；同步状态的监督是通过对检验和以及顺序关键事件的比较来实现的；依靠对所选择的数据的交叉装载纠正备份同步故障。文章还讨论了任务计算机成为总线控制器的条件。     

基于TTP/C总线的开放式DEEC设计及PIL仿真验证

基于自主设计的TTP/C(时间触发协议)总线控制器,提出了开放式DEEC(发动机数字式电子控制器)的冗余架构,将其划分为输入、核心计算及输出3种智能节点,并制定了各个智能节点的任务调度规划图.设计了基于DSP(digital signal processor)+FPGA(field-programmable gate array)的智能节点硬件平台,在此基础上完成各智能节点的软件设计.最后构建了开放式DEEC的PIL(process in the loop)仿真测试平台,以发动机模型为控制对象,展开了状态调节试验和总线故障注入试验.试验结果证明该开放式DEEC是可行的,并具有良好的重构特性.      

嵌入式分布式架构下航空发动机模型预测控制方法研究

传统集中式架构和离线设计控制器的方法已经很难满足航空发动机复杂多变、全生命周期控制需求。本文提出了一种部分分布式架构的涡喷发动机模型预测控制方法，并进行了鲁棒性分析：采用改进的组合线性模型求解方法，在保证精度的前提下大幅缩短求解时间，解决了发动机多变量线性状态空间模型求解问题；设计了基于线性模型预测控制的涡喷发动机控制器，解决了含有约束条件下发动机动态性能优化问题；考虑到分布式控制系统具有总线网络通信特性，建立了以网络工具箱模拟总线网络的分布式控制系统仿真平台，解决了存在总线网络丢包情况下的分布式控制系统鲁棒性分析问题；采用多节点模块化设计方法，设计并搭建了分布式控制系统硬件在环仿真平台并采用嵌入式矩阵运算优化方法，解决了模型预测控制算法在嵌入式平台上的应用问题。试验表明：模型预测控制的效果优于传统PID控制效果，有效地提高了发动机的动态响应；同时，在存在网络丢包情况下，本文所设计的基于模型预测控制的分布式控制系统依然具有稳定的控制效果和鲁棒性。     

基于TTP/C总线的开放式电子控制器的设计 及HIL仿真试验研究

开放式电子控制器具有模块化程度高、可靠性好、维护方便、全寿命周期成本低等特点,是未来航空发动机电子控制器的发展方向之一。基于自主开发的TTP/C总线构建了1个拥有3个智能节点的开放式电子控制器,实现了主机控制器与TTP/C总线控制器的接口设计,以及转速信号和油针位置信号的采集及其闭环控制和转速闭环控制功能,利用FADEC系统接口模拟器开展了HIL仿真试验研究。研究表明:基于TTP/C总线构建的开放式电子控制器的各智能节点能协调可靠地实现发动机的控制功能,同时具有实时性好、安全性高、开发维护方便等特点。     

变循环发动机完全分布式控制

采用分布式控制架构可以降低变循环发动机控制系统的重量并有利于系统的开发和扩展。提出了一种完全分布式控制架构,控制算法的计算完全分布到智能执行机构中,计算所需的参数值由智能传感器通过串行数据总线发送到智能执行机构。变循环发动机完全分布式控制系统研发的主要工作是设计分散控制算法和总线通信方案。将控制回路的耦合当作总扰动的一部分,使用线性自抗扰控制器(ADRC)观测并在控制信号中消除总扰动,实现了分散控制。在CAN总线硬件的基础上,使用CANaerospace高层协议设计了时间触发的总线通信方案。从而实现了变循环发动机完全分布式控制。在MATLAB/Simulink环境下使用TrueTime工具箱搭建了仿真系统。使用TrueTime Kernel模块仿真智能执行机构与智能传感器的计算单元,使用TrueTime Network模块仿真CAN总线,并且将线性ADRC和CANaerospace协议写入到计算单元中。仿真结果表明:所建立的变循环发动机完全分布式控制系统能够适应发动机进气状况和健康状况的大范围变化,具有较好的鲁棒性。     

直升机鲁棒控制器设计及地面仿真试验

以直升机为被控对象,应用LQR技术设计了三轴稳定鲁棒控制器.以直升机模型、执行器模型以及设计的三轴稳定控制器构成全数字闭环仿真系统进行仿真,并将所设计的鲁棒控制器编制鲁棒实时飞行控制律软件加载至飞行控制计算机,在实际地面仿真环境下进行了较为全面的地面联试.仿真结果表明,所设计的鲁棒控制器正确有效,并为其进一步应用于实际飞行控制系统打下了坚实基础.     

基于PCI总线接口的SD主控制器的设计与实现

SD卡已在消费型电子产品中得到了广泛应用,在显示控制系统中如何实现对SD卡的支持也变得很重要,而目前在机载计算机中占主流的PowerPC微处理中没有集成SD主控制器,因此研究和实现在PowerPC模块中对SD卡的读写访问就显得很有意义。在分析SD主控制器规范的基础上,采用功能模块化的方法,设计和实现了基于PCI总线接口,支持DMA传输的SD主控制器。测试结果表明,该SD主控制器数据传输稳定,并且具有硬件逻辑方便移植、重构的特点,可应用于PCI总线接口的嵌入式系统中。     

多目标遗传算法在H_∞鲁棒控制器设计中的应用

引入了基于频域理论的H∞回路成形鲁棒设计方法对某型航空发动机进行控制器设计,对设计过程中的关键技术进行了研究。在控制器设计过程中,引入多目标遗传算法对能使系统奇异值形状满足设计要求的权函数参数进行全局寻优,有效提高了控制器的设计效率和设计的准确性。同时对传统的控制回路结构进行了改形,改善了控制器性能。最后在设计的航空发动机数控系统快速原型化实时仿真平台上进行了硬件在回路仿真,证实了所设计的改型后的H∞回路成形控制器在航空发动机控制上所具有的良好的性能。     

基于CPLD/FPGA的串行异步通信(UART)接口电路设计

UART（Universal Asynchronous Receiver Transmitter 通用异步收发器）是广泛使用的串行数据传输协议。UART允许在串行链路上进行全双工的通信。通过应用EDA技术，基于CPLD／FPGA器件设计与实现UART的波特率产生器、UART发送器和接收器及其整合电路，目的是熟练运用VHD语言，掌握CPLD芯片的使用。     

遗传算法在航空发动机控制中的应用

对于航空发动机这样复杂的系统，经典的定常算法难以对其实现良好控制。遗传算法具有良好的寻优特性，操作方便、速度快，不仅适用于单目标寻优，也适用于多目标寻优。遗传算法可以根据不同的控制系统，针对一个或多个目标，均能在规定的范围内寻找到合适参数。文中采用遗传算法实现了对PID参数的最佳整定。最后，通过数字仿真证明了其在航空发动机控制系统中应用的可能性。     

Wide-range model predictive control for aero-engine transient state

To perform transient state control of an aero-engine, a structure that combines linear controller and min–max selector is widely adopted, which is inherently conservative and therefore limits the fulfillment of the engine potential. Model predictive control is a new control method that has vast application prospects in the field of aero-engine control. Therefore, this paper proposes a wide-range model predictive controller that can control the engine over a wide range within the flight envelope....     

压气机静叶调节数字电子控制器设计和应用研究

介绍了压气机静叶调节数字电子控制器的设计和工程应用情况.简要阐述了该控制器的硬件结构、软件架构,着重介绍了静叶调节数字电子控制器硬、软件设计及调试中遇到的问题和解决办法.该控制器在某压气机试验中得到了验证.结果显示,该控制器精度高、响应快、控制效果较好.     

面向电子控制器测试的JTAG控制器IP软核设计

基于可编程门阵列(FPGA)设计JTAG(joint test action group)控制器知识产权(IP)软核,可以实现在线测试.通过分析测试访问端口(TAP)控制器状态机及边界扫描专用控制器芯片原理,针对发动机控制器中常用的数字信号处理器(DSP)芯片,设计了JTAG控制器IP软核以及基于该IP软核的边界扫描测...     

PID神经网络控制器在飞控系统中的应用

BP神经网络已被广泛应用于PID控制器的优化调参,但这种调参方法具有收敛速度慢、学习时间长、连接权重初值为随机值、易于陷入局部极小等缺点.提出了一种不同于用BP网络调整PID参数的新的融合方法:PID神经网络控制器(PIDNN);该控制器不仅能克服以上缺点,而且具有很好的鲁棒性.对PIDNN在某无人机姿态控制系统的应用进行了仿真研究,仿真结果表明该控制器能够大大地改善姿态控制系统性能.     

Kalman Filter Applications in Airborne Radar Tracking

This paper studies the application of Kalman filtering to single-target track systems in airborne radar. An angle channel Kalman filter is configured which incorporates measures of range, range rate, and on-board dynamics. Theoretical performance results are given and a discussion of methods for reducing the complexity of the Kalman gain computation is presented. A suboptimal antenna controller which operates on the outputs of the angle Kalman filter is also described. In addition, methodological improvements are shown to exist in the design of range and range-rate trackers using the Kalman filter configuration.     

Lyapunov-based decentralized adaptive control for laser beam tracking systems

A successful controller design is crucial for establishing and maintaining an optical link between free-space communication stations engaged in a laser communication session. This task is quite difficult due to nonlinear behavior, cross-coupled dynamics, and time-varying characteristics of all known beam steering technologies. A novel adaptive control technique utilizing Lyapunov function to ensure global asymptotic stability of the system, thus resulting in a highly robust system performance, is developed. The technique applied to a piezo-electric mirror setup results in a highly efficient controller design that does not require prior knowledge of system dynamics, while providing independent access to azimuth and elevation positions of the laser beam. The basic algorithm is presented and the results of its application are demonstrated.     

基于粒子群算法的导弹PID控制参数选择

PID控制在导弹控制系统的设计中得到了较多的应用,但PID控制器的性能依赖于其参数的整定和优化。利用粒子群算法对控制器的参数进行优化,并对俯仰通道控制系统进行了仿真研究,结果表明,攻角和俯仰角速度都取得了较好的效果,当气动参数具有不确定性时,效果依然较好,验证了方法的有效性。