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。     

基于神经网络时延预测的航空发动机内模控制器设计（英文）

针对航空发动机分布式控制系统中时延不确定问题，提出了一种基于神经网络时延预测的航空发动机内模多变量控制设计方法。首先分析了分布式控制架构下网络时延产生的原因及影响因素。然后设计了内模控制器，包括基于神经网络的时延预测模块、内模主控制器模块、执行机构小闭环控制模块以及与发动机起动过程开环控制计划相结合的切换控制模块。在理想和扰动条件下，从理论上分析了基于预测时延的内模控制系统的稳定性能，并对所提控制策略下允许的最大时延进行了说明。最后进行了全数字仿真和硬件在环仿真试验。结果表明，所设计的神经网络时延预测模块具备高精度预测能力，内模控制器的稳态误差不超过0.5%，具有良好的抗干扰能力、并满足实时性要求，具有一定的工程应用价值。     

热处理加热炉保温定时器研究

热处理加热炉保温定时器由硬件和软件组成，硬件电路包括前向通道、主机、后向通道，软件设计包括中断优先级安排、倒计时、报警等程序。解决了普通热处理加热炉无时间控制的问题。经实验室安装使用，运行效果良好。     

基于单片机的数字温度表设计

在介绍某型机电式温度表组成及工作原理的基础上,论述了基于MCS-51单片机的数字温度表的设计方法,给出了硬件电路设计、模拟电源与放大器电路设计及软件设计,用AEDK51仿真器完成了硬软件调试.该设计克服了机电式温度表摩擦、温度变化等因素引起的指示误差大的弊端,提高了温度表的指示精度.     

基于DO-254的复杂电子硬件开发及适航审定过程符合性研究

当前,民用航空器中的机载电子硬件的复杂度逐渐增加,设计过程中产生的错误无法再通过穷举验证等方法被发现和纠正。为了避免其导致的安全性问题,必须采取规范化的开发流程,同时符合适航审定的要求。本文从适航性的角度分析了适航审定基础和符合性方法之间的关系,以及将DO-254作为符合性方法对适航审定的意义。另外,本文基于DO-254和其他相关标准文件,明确了对机载电子硬件中的简单电子硬件（Simple Electronic Hardware, SEH）和复杂电子硬件（Complex Electronic Hardware, CEH）区分方法,分析了以现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array,FPGA）为代表的CEH的硬件生命周期及其关联过程,建立了符合DO-254的FPGA硬件设计过程,探讨了硬件生命周期内和适航审定过程中可能存在的问题和解决措施,为实际工程提供一定的参考。     

基于网络架构的箭载图像采集系统设计及硬件实现

图像采集系统负责监控和记录运载器上多个重要点位的视频信息。文中介绍了一种基于网络架构的箭载通用图像采集系统,负责采集高清图像并无损存储在图像压缩器内,将高清图像压缩后经遥测传输至地面,由于带宽有限,可实时切换下传的图像信息,同时支持通过网络实时访问箭上图像信息和事后图像数据回读功能,为评估箭上的工作状态或分析故障提供了保障。     

机载电子硬件中使用COTS IP的开发保证方法研究

结合EASA最新的适航指导文件AMC 20-152A对COTS IP的使用提出的目标,分析使用COTS IP的风险,梳理并探讨在机载电子硬件中使用COTS IP的开发保证方法和具体活动,为机载电子设备研制人员提供了理论支持和实践参考。     

地外探测设备多传感器硬件时间同步方法研究

地外探测对多传感器数据同步采集有极高需求,针对地外环境无法接收到全球定位系统(GPS)信号的问题,提出一种面向无GPS授时的多传感器硬件时间同步方法.以嵌入式单片机系统(MCU)为核心设计高精度时间同步硬件框架,综合运用模拟GPS授时、秒脉冲(PPS)校时和脉冲触发结合的方法,分别对多路相机、惯性测量单元(IMU)和激光雷达进行数据采集同步,在上位机实现时间戳和数据的精确匹配.并搭建硬件平台,设计验证方案,实验测试同步误差.实验结果表明,该时间同步方法可实现传感器数据同步采集,同步精度约2 ms.相比现有地外探测设备,同步精度显著提高,对下一代地外探测设备数据同步采集、实现自主导航与避障有一定借鉴意义.     

基于FPGA的永磁同步电机谐波电流实时仿真研究

针对传统永磁同步电机(PMSM)线性集中参数模型在仿真阶段无法描述谐波电流的问题,构建基于现场可编程门阵列(FPGA)的PMSM分布参数模型。利用该模型反映齿槽转矩、气隙磁场等特点,通过搭建硬件在环(HIL)平台,进行试验验证。通过对模型公式的分析,进行离散化描述,编写Verilog语言程序并在FPGA上运行该模型,再通过与真实控制器连接,进行试验测试,验证了该模型在不同工况点下反映谐波电流的情况。结果表明:该仿真平台能够较好地反映电机谐波电流情况。