本發(fā)明屬于飛機(jī)控制系統(tǒng)領(lǐng)域，適用于飛機(jī)飛控系統(tǒng)及其它高安全、高可靠領(lǐng)域的多余度控制系統(tǒng)的控制律算法驗證。

背景技術(shù)：

控制律是實現(xiàn)控制系統(tǒng)控制功能的核心邏輯算法。飛控系統(tǒng)的可靠運行是飛行安全的保障，其微小故障都有可能引發(fā)飛機(jī)災(zāi)難性的后果。為了提高飛控系統(tǒng)的可靠性，在元器件基本可靠性一定的前提下，其核心部件如傳感器、計算機(jī)、作動器等都采用了余度技術(shù)。當(dāng)前，控制律設(shè)計階段的早期驗證工作都是通過全數(shù)字手段進(jìn)行的算法仿真，驗證的目標(biāo)僅僅局限在控制算法的正確性上，而對于多余度系統(tǒng)配置所帶來的余度管理、數(shù)據(jù)傳輸、同步、實時性、多控制通道協(xié)調(diào)等關(guān)鍵技術(shù)不能得到充分驗證。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的：提出一種可配置余度等級的控制律驗證平臺及方法，滿足在控制律設(shè)計階段進(jìn)行控制律多余度實時系統(tǒng)相關(guān)驗證的需求。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種可配置余度等級的控制律驗證平臺，包括：

4余度實時仿真節(jié)點，軟件加載/系統(tǒng)測試計算機(jī)，以太網(wǎng)和反射內(nèi)存網(wǎng)，

其中，4余度實時仿真節(jié)點由4臺功能、性能、接口和組成完全相同的嵌入式計算機(jī)構(gòu)成，運行VxWork實時操作系統(tǒng)；計算機(jī)之間通過CCDL進(jìn)行數(shù)據(jù)交叉?zhèn)鬏?，CCDL還包括一路同步電纜，用于仿真節(jié)點間的時鐘同步管理；實時仿真節(jié)點運行飛控系統(tǒng)算法，并通過物理I/O接口輸入和輸出數(shù)據(jù)；

軟件加載和系統(tǒng)測試計算機(jī)，完成飛行控制算法的matlab/Simulink建模設(shè)計，并將算法模型自動轉(zhuǎn)化為C語言實時代碼；通過以太網(wǎng)與4余度實時仿真節(jié)點連接，將代碼同步下載到4余度實時仿真節(jié)點，完成嵌入式軟件裝載，并且監(jiān)控實時仿真節(jié)點中軟件運行情況；軟件加載和系統(tǒng)測試計算機(jī)還通過反射內(nèi)存網(wǎng)與4余度實時仿真節(jié)點連接，用于記錄和分析數(shù)據(jù)。

具體的，實時仿真節(jié)點包括：

實時仿真節(jié)點由操作系統(tǒng)完成硬件管理、健康檢測和任務(wù)管理；硬件管理功能完成處理器、存儲器、接口電路板的管理與檢測；在VxWorks操作系統(tǒng)環(huán)境下，飛控算法模型是作為實時任務(wù)由任務(wù)管理功能完成調(diào)度與運行，并且以多任務(wù)方式對接口、整體系統(tǒng)運行、硬件驅(qū)動、異常處理、任務(wù)間通信進(jìn)行調(diào)度與管理；健康檢測功能提供處理器和存儲器的實時狀態(tài)監(jiān)控，以及以太網(wǎng)和反射內(nèi)存網(wǎng)的狀態(tài)監(jiān)控；

通過matlab/Simulink與實時系統(tǒng)接口，將使用Matlab開發(fā)的飛控系統(tǒng)算法模型自動生成運行于VxWorks操作系統(tǒng)環(huán)境下的實時代碼并完成模型下載任務(wù)；

監(jiān)控軟件接口，是監(jiān)控軟件與實時仿真節(jié)點的軟件接口，具備多節(jié)點監(jiān)控能力；監(jiān)控軟件根據(jù)實時仿真節(jié)點的IP地址區(qū)分各個仿真節(jié)點；通過監(jiān)控軟件在飛控系統(tǒng)算法建模過程中進(jìn)行監(jiān)控點設(shè)置，在對飛控系統(tǒng)進(jìn)行故障仿真時通過監(jiān)控軟件接口完成對控制信號的故障注入；完成模型運行控制、模型數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、存儲、分析、實時系統(tǒng)運行監(jiān)控；

飛控系統(tǒng)與外部系統(tǒng)接口，用于飛控系統(tǒng)與模擬器或其他外部仿真系統(tǒng)交聯(lián)；

飛控系統(tǒng)建模框架，提供飛控系統(tǒng)算法建模的軟件框架，針對不同飛機(jī)的飛控系統(tǒng)仿真算法設(shè)計，在本模型框架下進(jìn)行；包括輸入/輸出兩級監(jiān)控表決面、控制律和故障綜合功能；監(jiān)控表決功能由4余度實時仿真節(jié)點同步、節(jié)點間數(shù)據(jù)交叉?zhèn)鬏敽陀喽刃盘柋容^表決監(jiān)控功能構(gòu)成；飛控系統(tǒng)建模框架完成各功能模塊間數(shù)據(jù)通信和調(diào)度，控制算法根據(jù)不同飛控系統(tǒng)的特性配置信號數(shù)量、類型、比較表決監(jiān)控策略，設(shè)計控制律和故障綜合算法。

進(jìn)一步的，每個實時仿真節(jié)點作為一路控制通道，CCDL負(fù)責(zé)4余度實時仿真節(jié)點間通信；每個通道運行相同的控制算法模型，并且判斷4個通道運算結(jié)果的正確性，構(gòu)成相似余度配置；4通道必須同時開始仿真，并且每一個實時仿真步長都同步，如果發(fā)現(xiàn)任何一個實時仿真節(jié)點出現(xiàn)失步則上報失步故障；系統(tǒng)通過CCDL中包含的時鐘同步電纜實現(xiàn)系統(tǒng)同步管理；每個仿真周期開始，要求4通道同步一次，確保4個通道在同一時刻進(jìn)行采樣；計算結(jié)果輸出之前各通道同步一次，確保每個通道信號在同一時刻被輸出；各通道的時鐘誤差不得累計，當(dāng)通道之間的時鐘誤差超過規(guī)定范圍時，則檢測出失步通道；

設(shè)置采集輸入信號和結(jié)果輸出信號兩級表決面，采取投票表決策略，按照少數(shù)服從多數(shù)的原則將信號值直接比較；每個節(jié)點首先交叉數(shù)據(jù)傳輸模塊中得到的其它節(jié)點的數(shù)據(jù)，然后分別統(tǒng)計節(jié)點1、2、3、4的數(shù)據(jù)在誤差設(shè)置范圍內(nèi)的得票情況，最后按照少數(shù)服從多數(shù)的原則將得票最多的數(shù)據(jù)輸出。

一種可配置余度等級的控制律驗證方法，包括：

(1)4余度飛控實時仿真系統(tǒng)與模擬器交聯(lián)；

(2)生成實時系統(tǒng)仿真模型；

(3)對實時系統(tǒng)仿真模型分析；

其中，步驟(1)包括：

(11)利用matlab/Simulink搭建飛控系統(tǒng)算法模型；

(12)在matlab/Simulink中編寫測試腳本文件，完成模型各項功能和性能測試；

(13)利用C語言編寫飛控仿真系統(tǒng)與模擬器的反射內(nèi)存通信接口程序；

(14)根據(jù)模擬器仿真需求配置“仿真系統(tǒng)軟件框架”；

(15)根據(jù)動態(tài)測試要求配置“監(jiān)控軟件”的matlab/Simulink模型監(jiān)控點；

(16)通過系統(tǒng)提供的編譯工具形成實時系統(tǒng)目標(biāo)碼；

(17)通過下載管理器完成4余度仿真節(jié)點的實時目標(biāo)碼同步下載；

(18)通過上述步驟完成了飛控系統(tǒng)仿真建模和系統(tǒng)軟件編譯加載，最后，通過模擬器的運行閉環(huán)動態(tài)測試飛控系統(tǒng)功能和性能；

步驟(2)包括：

(21)生成監(jiān)控軟件，監(jiān)控軟件功能包括：控制模型的運行、停止和暫停；數(shù)據(jù)監(jiān)控、記錄和分析；系統(tǒng)狀態(tài)實時監(jiān)控；系統(tǒng)健康檢測；

(22)軟件整體調(diào)度、任務(wù)管理、接口管理，數(shù)據(jù)傳輸管理、時鐘同步管理、硬件資源管理由“仿真系統(tǒng)軟件框架”自動完成，用戶進(jìn)行飛控算法設(shè)計，包括控制律和余度軟件設(shè)計；

(23)使用matlab環(huán)境設(shè)計的“用戶仿真模型”和人工編寫的“用戶C代碼”通過實時代碼生成軟件RTI自動生成實時代碼，并與“仿真系統(tǒng)軟件框架”通過“C編譯器”進(jìn)行聯(lián)編，形成VxWorks實時操作系統(tǒng)目標(biāo)碼，其中“仿真系統(tǒng)軟件框架”包括了用戶根據(jù)需要設(shè)置的模型監(jiān)控信息和運行控制信息；這些目標(biāo)碼通過“下載管理器”同步下載到4余度仿真節(jié)點，仿真模型運行過程中的信息反饋給“監(jiān)控軟件”提供給用戶測試與監(jiān)控；

步驟(3)包括：

(31)修改Simulink模型屬性，將代碼自動剖析過程加入模型屬性中；

(32)通過RTI自動生成代碼；

(33)自動模型剖析剖析RTI生成的所有文件，并將獲得的模型變量和模型層次結(jié)構(gòu)保存到指定文件中；

(34)監(jiān)控軟件打開模型剖析的變量，獲得所有模型變量數(shù)據(jù)用于仿真試驗分析；

(35)記錄并永久性的保存實時仿真數(shù)據(jù)；

(36)記錄的數(shù)據(jù)采用Matlab的*.mat文件格式存儲；

(37)在Matlab上編寫滿足使用要求的數(shù)據(jù)分析軟件。

本發(fā)明的優(yōu)點：

(1)本發(fā)明能夠在系統(tǒng)方案論證階段提供余度等級和余度管理算法的評估結(jié)果，對方案設(shè)計起到非常重要的積極作用。

(2)本發(fā)明提供最高可支持4余度的可配置余度等級的控制律測試驗證平臺，能夠根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求進(jìn)行靈活的余度等級配置。滿足控制律設(shè)計早期階段開展控制律算法在多余度環(huán)境下進(jìn)行相關(guān)驗證的需求。

(3)本發(fā)明提供控制律軟件的實時運行環(huán)境，支持matlab/Simulink開發(fā)的控制律算法模型自動下載轉(zhuǎn)換為VxWorks系統(tǒng)下的實時軟件，能夠?qū)刂坡伤惴焖俜奖愕倪M(jìn)行實時驗證。

(4)本發(fā)明提供實時多余度系統(tǒng)下的模型分析功能，可以在實時多余度運行過程中對控制律算法模型及內(nèi)部重要數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控分析。

(5)本發(fā)明只需要對該平臺進(jìn)行簡單的接口匹配和系統(tǒng)控制調(diào)度開發(fā)就可以與模擬器交聯(lián)，作為模擬器的飛控計算機(jī)仿真部分參與聯(lián)合仿真，完成模擬器環(huán)境下的閉環(huán)仿真任務(wù)。利用模擬器豐富的軟/硬件資源對飛控算法建模進(jìn)行分析與閉環(huán)仿真測試，提高了仿真效率和驗證的覆蓋率。

(6)本發(fā)明使用試驗室級貨架硬件設(shè)備構(gòu)成，組成架構(gòu)簡單，與飛機(jī)機(jī)載設(shè)備相比較大幅降低了設(shè)計、使用和維護(hù)成本。

附圖說明：

圖1是本發(fā)明平臺結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是實時仿真節(jié)點工作示意圖。

圖3是系統(tǒng)交聯(lián)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是Simulink仿真模型到實時系統(tǒng)轉(zhuǎn)換流程示意圖。

具體實施方式：

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述。

一種可配置余度等級的控制律驗證平臺，包括：

4余度實時仿真節(jié)點，軟件加載/系統(tǒng)測試計算機(jī)，以太網(wǎng)和反射內(nèi)存網(wǎng)，

其中，4余度實時仿真節(jié)點由4臺功能、性能、接口和組成完全相同的嵌入式計算機(jī)構(gòu)成，運行VxWork實時操作系統(tǒng)；計算機(jī)之間通過CCDL(Cross Communication Data Link交叉通信數(shù)據(jù)鏈路)進(jìn)行數(shù)據(jù)交叉?zhèn)鬏?，CCDL還包括一路同步電纜，用于仿真節(jié)點間的時鐘同步管理；實時仿真節(jié)點運行飛控系統(tǒng)算法，并通過物理I/O接口輸入和輸出數(shù)據(jù)；

軟件加載和系統(tǒng)測試計算機(jī)，完成飛行控制算法的matlab/Simulink建模設(shè)計，并將算法模型自動轉(zhuǎn)化為C語言實時代碼；通過以太網(wǎng)與4余度實時仿真節(jié)點連接，將代碼同步下載到4余度實時仿真節(jié)點，完成嵌入式軟件裝載，并且監(jiān)控實時仿真節(jié)點中軟件運行情況；軟件加載和系統(tǒng)測試計算機(jī)還通過反射內(nèi)存網(wǎng)與4余度實時仿真節(jié)點連接，用于記錄和分析數(shù)據(jù)。

具體的，實時仿真節(jié)點包括：

實時仿真節(jié)點由操作系統(tǒng)完成硬件管理、健康檢測和任務(wù)管理；硬件管理功能完成處理器、存儲器、接口電路板的管理與檢測；在VxWorks操作系統(tǒng)環(huán)境下，飛控算法模型是作為實時任務(wù)由任務(wù)管理功能完成調(diào)度與運行，并且以多任務(wù)方式對接口、整體系統(tǒng)運行、硬件驅(qū)動、異常處理、任務(wù)間通信進(jìn)行調(diào)度與管理；健康檢測功能提供處理器和存儲器的實時狀態(tài)監(jiān)控，以及以太網(wǎng)和反射內(nèi)存網(wǎng)的狀態(tài)監(jiān)控；

通過matlab/Simulink與實時系統(tǒng)接口，將使用Matlab開發(fā)的飛控系統(tǒng)算法模型自動生成運行于VxWorks操作系統(tǒng)環(huán)境下的實時代碼并完成模型下載任務(wù)；

監(jiān)控軟件接口，是監(jiān)控軟件與實時仿真節(jié)點的軟件接口，具備多節(jié)點監(jiān)控能力；監(jiān)控軟件根據(jù)實時仿真節(jié)點的IP地址區(qū)分各個仿真節(jié)點；通過監(jiān)控軟件在飛控系統(tǒng)算法建模過程中進(jìn)行監(jiān)控點設(shè)置，在對飛控系統(tǒng)進(jìn)行故障仿真時通過監(jiān)控軟件接口完成對控制信號的故障注入；完成模型運行控制、模型數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、存儲、分析、實時系統(tǒng)運行監(jiān)控(健康檢測、硬件管理、板卡檢測)；

飛控系統(tǒng)與外部系統(tǒng)接口，用于飛控系統(tǒng)與模擬器或其他外部仿真系統(tǒng)交聯(lián)；

飛控系統(tǒng)建?？蚣?，提供飛控系統(tǒng)算法建模的軟件框架，針對不同飛機(jī)的飛控系統(tǒng)仿真算法設(shè)計，在本模型框架下進(jìn)行；包括輸入/輸出兩級監(jiān)控表決面、控制律和故障綜合功能；監(jiān)控表決功能由4余度實時仿真節(jié)點同步、節(jié)點間數(shù)據(jù)交叉?zhèn)鬏敽陀喽刃盘柋容^表決監(jiān)控功能構(gòu)成；飛控系統(tǒng)建?？蚣芡瓿筛鞴δ苣K間數(shù)據(jù)通信和調(diào)度，控制算法根據(jù)不同飛控系統(tǒng)的特性配置信號數(shù)量、類型、比較表決監(jiān)控策略，設(shè)計控制律和故障綜合算法。

進(jìn)一步的，每個實時仿真節(jié)點作為一路控制通道，CCDL負(fù)責(zé)4余度實時仿真節(jié)點間通信；每個通道運行相同的控制算法模型，并且判斷4個通道運算結(jié)果的正確性，構(gòu)成相似余度配置；4通道必須同時開始仿真，并且每一個實時仿真步長都同步，如果發(fā)現(xiàn)任何一個實時仿真節(jié)點出現(xiàn)失步則上報失步故障；系統(tǒng)通過CCDL中包含的時鐘同步電纜實現(xiàn)系統(tǒng)同步管理；每個仿真周期開始，要求4通道同步一次，確保4個通道在同一時刻進(jìn)行采樣；計算結(jié)果輸出之前各通道同步一次，確保每個通道信號在同一時刻被輸出；各通道的時鐘誤差不得累計，當(dāng)通道之間的時鐘誤差超過規(guī)定范圍時，則檢測出失步通道；

設(shè)置采集輸入信號和結(jié)果輸出信號兩級表決面，采取投票表決策略，按照少數(shù)服從多數(shù)的原則將信號值直接比較；每個節(jié)點首先交叉數(shù)據(jù)傳輸模塊中得到的其它節(jié)點的數(shù)據(jù)，然后分別統(tǒng)計節(jié)點1、2、3、4的數(shù)據(jù)在誤差設(shè)置范圍內(nèi)的得票情況，最后按照少數(shù)服從多數(shù)的原則將得票最多的數(shù)據(jù)輸出。

一種可配置余度等級的控制律驗證方法，包括：

(1)4余度飛控實時仿真系統(tǒng)與模擬器交聯(lián)；

(2)生成實時系統(tǒng)仿真模型；

(3)對實時系統(tǒng)仿真模型分析；

其中，步驟(1)包括：

(11)利用matlab/Simulink搭建飛控系統(tǒng)算法模型；

(12)在matlab/Simulink中編寫測試腳本文件，完成模型各項功能和性能測試；

(13)利用C語言編寫飛控仿真系統(tǒng)與模擬器的反射內(nèi)存通信接口程序；

(14)根據(jù)模擬器仿真需求配置“仿真系統(tǒng)軟件框架”；

(15)根據(jù)動態(tài)測試要求配置“監(jiān)控軟件”的matlab/Simulink模型監(jiān)控點；

(16)通過系統(tǒng)提供的編譯工具形成實時系統(tǒng)目標(biāo)碼；

(17)通過下載管理器完成4余度仿真節(jié)點的實時目標(biāo)碼同步下載；

(18)通過上述步驟完成了飛控系統(tǒng)仿真建模和系統(tǒng)軟件編譯加載，最后，通過模擬器的運行閉環(huán)動態(tài)測試飛控系統(tǒng)功能和性能；

步驟(2)包括：

(21)生成監(jiān)控軟件，監(jiān)控軟件功能包括：控制模型的運行、停止和暫停；數(shù)據(jù)監(jiān)控、記錄和分析；系統(tǒng)狀態(tài)實時監(jiān)控；系統(tǒng)健康檢測；

(22)軟件整體調(diào)度、任務(wù)管理、接口管理，數(shù)據(jù)傳輸管理、時鐘同步管理、硬件資源管理由“仿真系統(tǒng)軟件框架”自動完成，用戶進(jìn)行飛控算法設(shè)計，包括控制律和余度軟件設(shè)計；

(23)使用matlab環(huán)境設(shè)計的“用戶仿真模型”和人工編寫的“用戶C代碼”通過實時代碼生成軟件RTI(Real-Time Interface)自動生成實時代碼，并與“仿真系統(tǒng)軟件框架”通過“C編譯器”進(jìn)行聯(lián)編，形成VxWorks實時操作系統(tǒng)目標(biāo)碼，其中“仿真系統(tǒng)軟件框架”包括了用戶根據(jù)需要設(shè)置的模型監(jiān)控信息和運行控制信息；這些目標(biāo)碼通過“下載管理器”同步下載到4余度仿真節(jié)點，仿真模型運行過程中的信息反饋給“監(jiān)控軟件”提供給用戶測試與監(jiān)控；

步驟(3)包括：

(31)修改Simulink模型屬性，將代碼自動剖析過程加入模型屬性中；

(32)通過RTI自動生成代碼；

(33)自動模型剖析剖析RTI生成的所有文件，并將獲得的模型變量和模型層次結(jié)構(gòu)保存到指定文件中；

(34)監(jiān)控軟件打開模型剖析的變量，獲得所有模型變量數(shù)據(jù)用于仿真試驗分析；

(35)記錄并永久性的保存實時仿真數(shù)據(jù)；

(36)記錄的數(shù)據(jù)采用Matlab的*.mat文件格式存儲；

(37)在Matlab上編寫滿足使用要求的數(shù)據(jù)分析軟件。

裝置實施例

平臺結(jié)構(gòu)

可配置余度等級的控制律驗證平臺主要由：4余度實時仿真節(jié)點，軟件加載/系統(tǒng)測試計算機(jī)，以太網(wǎng)和反射內(nèi)存網(wǎng)構(gòu)成，平臺結(jié)構(gòu)見圖1。其中，4余度實時仿真節(jié)點由4臺功能、性能、接口和組成完全相同的嵌入式計算機(jī)構(gòu)成，運行VxWork實時操作系統(tǒng)。計算機(jī)之間通過CCDL(Cross Communication Data Link交叉通信數(shù)據(jù)鏈路)進(jìn)行數(shù)據(jù)交叉?zhèn)鬏?，CCDL還包括一路同步電纜，用于仿真節(jié)點間的時鐘同步管理。實時仿真節(jié)點的功能是運行飛控系統(tǒng)算法，并通過物理I/O接口輸入和輸出數(shù)據(jù)。

軟件加載和系統(tǒng)測試計算機(jī)，完成飛行控制算法的matlab/Simulink建模設(shè)計，并將算法模型自動轉(zhuǎn)化為C語言實時代碼。通過以太網(wǎng)與4余度實時仿真節(jié)點連接，將代碼同步下載到4余度實時仿真節(jié)點，完成嵌入式軟件裝載，并且監(jiān)控實時節(jié)點中軟件運行情況。軟件加載和系統(tǒng)測試計算機(jī)還通過反射內(nèi)存網(wǎng)與4余度實時仿真節(jié)點連接，用于記錄和分析數(shù)據(jù)。

仿真節(jié)點工作原理

實時仿真節(jié)點運行VxWorks操作系統(tǒng)，由操作系統(tǒng)完成硬件管理、健康檢測和任務(wù)管理。硬件管理功能完成處理器、存儲器、接口電路板等的管理與檢測。在VxWorks操作系統(tǒng)環(huán)境下，飛控算法模型是作為實時任務(wù)由任務(wù)管理功能完成調(diào)度與運行，并且以多任務(wù)方式對接口、整體系統(tǒng)運行、硬件驅(qū)動、異常處理、任務(wù)間通信等進(jìn)行調(diào)度與管理。健康檢測功能主要提供處理器和存儲器的實時狀態(tài)監(jiān)控，以及以太網(wǎng)和反射內(nèi)存網(wǎng)的狀態(tài)監(jiān)控，從而更為直觀的了解系統(tǒng)的整體運行狀態(tài)，實時節(jié)點軟件見圖2。

通過matlab/Simulink與實時系統(tǒng)接口，將使用Matlab開發(fā)的飛控系統(tǒng)算法模型自動生成運行于VxWorks操作系統(tǒng)環(huán)境下的實時代碼并完成模型下載任務(wù)。

監(jiān)控軟件接口，是監(jiān)控軟件與實時仿真節(jié)點的軟件接口，具備多節(jié)點監(jiān)控能力。監(jiān)控軟件根據(jù)實時仿真節(jié)點的IP地址區(qū)分各個仿真節(jié)點。通過監(jiān)控軟件在飛控系統(tǒng)算法建模過程中進(jìn)行監(jiān)控點設(shè)置，在對飛控系統(tǒng)進(jìn)行故障仿真時通過監(jiān)控軟件接口可以完成對控制信號的故障注入。完成模型運行控制、模型數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、存儲、分析、實時系統(tǒng)運行監(jiān)控(健康檢測、硬件管理、板卡檢測)等。

飛控系統(tǒng)與外部系統(tǒng)接口，用于飛控系統(tǒng)與模擬器或其他外部仿真系統(tǒng)交聯(lián)。

飛控系統(tǒng)建?？蚣?，提供飛控系統(tǒng)算法建模所必須的基本軟件框架，針對不同飛機(jī)的飛控系統(tǒng)仿真算法設(shè)計，可以在本模型框架下進(jìn)行。主要包括輸入/輸出兩級監(jiān)控表決面、控制律和故障綜合功能。監(jiān)控表決功能由4余度實時仿真節(jié)點同步、節(jié)點間數(shù)據(jù)交叉?zhèn)鬏敽陀喽刃盘柋容^表決監(jiān)控功能構(gòu)成。模型框架已經(jīng)完成了各功能模塊間數(shù)據(jù)通信和調(diào)度，控制算法設(shè)計時只需要根據(jù)不同飛控系統(tǒng)的特性配置信號數(shù)量、類型、比較表決監(jiān)控策略，設(shè)計控制律和故障綜合算法。

多余度仿真節(jié)點管理

每個實時仿真節(jié)點作為一路控制通道，CCDL負(fù)責(zé)4余度實時仿真節(jié)點間通信，是實現(xiàn)多通道余度管理、數(shù)據(jù)表決的基礎(chǔ)。每個通道運行相同的控制算法模型，并且判斷4個通道運算結(jié)果的正確性，構(gòu)成相似余度配置。4通道必須同時開始仿真，并且每一個實時仿真步長都同步。如果發(fā)現(xiàn)任何一個實時仿真節(jié)點出現(xiàn)失步則上報失步故障。系統(tǒng)通過CCDL中包含的時鐘同步電纜實現(xiàn)系統(tǒng)同步管理。每個仿真周期開始，要求4通道同步一次，確保4個通道在同一時刻進(jìn)行采樣。計算結(jié)果輸出之前各通道同步一次，確保每個通道信號在同一時刻被輸出。各通道的時鐘誤差不得累計，當(dāng)通道之間的時鐘誤差超過規(guī)定范圍時，則檢測出失步通道。

設(shè)置采集輸入信號和結(jié)果輸出信號兩級表決面，采取投票表決策略，按照少數(shù)服從多數(shù)的原則將信號值直接比較。每個節(jié)點首先交叉數(shù)據(jù)傳輸模塊中得到的其它節(jié)點的數(shù)據(jù)，然后分別統(tǒng)計節(jié)點1、2、3、4的數(shù)據(jù)在誤差設(shè)置范圍內(nèi)的得票情況，最后按照少數(shù)服從多數(shù)的原則將得票最多的數(shù)據(jù)輸出。

方法實施例

仿真驗證

模擬器的設(shè)計是通過建立和運行相應(yīng)的數(shù)學(xué)仿真模型來實現(xiàn)對飛機(jī)的動力學(xué)特性、系統(tǒng)功能以及外部環(huán)境的仿真，是設(shè)計飛行控制律、驗證飛行品質(zhì)的重要設(shè)備，是飛行員全壽命周期介入飛機(jī)設(shè)計的主要環(huán)境和平臺。通過模擬器進(jìn)行閉環(huán)仿真可以完成飛控系統(tǒng)控制律、余度管理、系統(tǒng)運行管理的測試驗證。分析飛機(jī)在各種構(gòu)型和飛行條件下的飛行品質(zhì)和任務(wù)包線，以飛行員在環(huán)評估結(jié)果為指導(dǎo)，完善控制律的設(shè)計，改善飛機(jī)的操縱特性，研究各種作動器和控制環(huán)節(jié)的響應(yīng)特性對飛行品質(zhì)的影響。

該發(fā)明能夠與模擬器交聯(lián)，作為其中的飛控計算機(jī)仿真部分參與聯(lián)合仿真。對4余度飛控計算機(jī)實時仿真系統(tǒng)進(jìn)行簡單的接口匹配開發(fā)和系統(tǒng)控制調(diào)度開發(fā)就可以與模擬器交聯(lián)，完成模擬器的飛控系統(tǒng)仿真任務(wù)。利用模擬器豐富的軟/硬件資源對飛控算法建模進(jìn)行分析與閉環(huán)仿真測試，系統(tǒng)交聯(lián)結(jié)構(gòu)見圖3。

模擬器中飛控系統(tǒng)仿真一般包括飛控計算機(jī)仿真、傳感器仿真和作動器仿真三個核心部分。主要由飛機(jī)模型、大氣數(shù)據(jù)、起落架系統(tǒng)、航電系統(tǒng)、機(jī)電系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、動力/燃油系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等構(gòu)成的飛行仿真系統(tǒng)通過反射內(nèi)存網(wǎng)與4余度飛控實時仿真系統(tǒng)交聯(lián)。完成對飛機(jī)本體及飛機(jī)各個系統(tǒng)的仿真。駕駛桿、腳蹬、油門桿、各類操縱開關(guān)和按鈕等設(shè)備構(gòu)成了模擬器的座艙輸入；視景、聲音和儀表/顯示系統(tǒng)是模擬器為操作者提供的用戶反饋。

4余度飛控實時仿真系統(tǒng)與模擬器交聯(lián)的實現(xiàn)步驟如下：

a)利用matlab/Simulink搭建飛控系統(tǒng)算法模型；

b)在matlab/Simulink中編寫測試腳本文件，完成模型各項功能和性能測試；

c)利用C語言編寫飛控仿真系統(tǒng)與模擬器的反射內(nèi)存通信接口程序；

d)根據(jù)模擬器仿真需求配置“仿真系統(tǒng)軟件框架”；

e)根據(jù)動態(tài)測試要求配置“監(jiān)控軟件”的matlab/Simulink模型監(jiān)控點；

f)通過系統(tǒng)提供的編譯工具形成實時系統(tǒng)目標(biāo)碼；

g)通過下載管理器完成4余度仿真節(jié)點的實時目標(biāo)碼同步下載；

h)通過上述步驟完成了飛控系統(tǒng)仿真建模和系統(tǒng)軟件編譯加載，最后，通過模擬器的運行可以閉環(huán)動態(tài)測試飛控系統(tǒng)功能和性能。

實時系統(tǒng)仿真模型生成

監(jiān)控軟件主要功能包括：控制模型的運行、停止和暫停；數(shù)據(jù)監(jiān)控、記錄和分析；系統(tǒng)狀態(tài)實時監(jiān)控；系統(tǒng)健康檢測等。軟件整體調(diào)度、任務(wù)管理、接口管理，數(shù)據(jù)傳輸管理、時鐘同步管理、硬件資源管理等由“仿真系統(tǒng)軟件框架”自動完成，用戶只需進(jìn)行飛控算法設(shè)計，主要包括控制律和余度軟件設(shè)計。使用matlab環(huán)境設(shè)計的“用戶仿真模型”和人工編寫的“用戶C代碼”通過實時代碼生成軟件RTI(Real-Time Interface)自動生成實時代碼，并與“仿真系統(tǒng)軟件框架”通過“C編譯器”進(jìn)行聯(lián)編，形成VxWorks實時操作系統(tǒng)目標(biāo)碼，其中“仿真系統(tǒng)軟件框架”包括了用戶根據(jù)需要設(shè)置的模型監(jiān)控信息和運行控制信息。這些目標(biāo)碼通過“下載管理器”同步下載到4余度仿真節(jié)點，仿真模型運行過程中的信息反饋給“監(jiān)控軟件”提供給用戶測試與監(jiān)控，Simulink仿真模型到實時系統(tǒng)轉(zhuǎn)換流程見圖4。

模型分析

通過與模擬器的交聯(lián)仿真，采用人在回路仿真方式，按照試驗要求的測試點和測試用例，對飛控系統(tǒng)算法模型進(jìn)行驗證與分析。模型分析的依據(jù)是系統(tǒng)運行后模型外部及內(nèi)部變量的信息變化情況。因此，進(jìn)行模型驗證與分析必須進(jìn)行信息采集點設(shè)置、信息采集、文件記錄等工作。在VxWorks系統(tǒng)的上下位機(jī)之間，Tornado為VxWorks系統(tǒng)提供了上下位機(jī)的通信協(xié)議，實現(xiàn)應(yīng)用程序下載、程序調(diào)試和信息監(jiān)控等功能。

對實時節(jié)點模型任務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，需要知道模型中的所有變量。監(jiān)控軟件需要對Simulink的模型進(jìn)行剖析，使監(jiān)控軟件獲得模型變量。并且監(jiān)控軟件獲得的模型變量必須和Simulink下的模型變量一致，變量的層次結(jié)構(gòu)也必須和Simulink下一致。模型剖析過程包括：

a)修改Simulink模型屬性，將代碼自動剖析過程加入模型屬性中；

b)通過RTI自動生成代碼；

c)自動模型剖析將會剖析RTI生成的所有文件，并將獲得的模型變量和模型層次結(jié)構(gòu)保存到指定文件中；

d)監(jiān)控軟件打開模型剖析的變量，獲得所有模型變量數(shù)據(jù)用于仿真試驗分析；

e)記錄并永久性的保存實時仿真數(shù)據(jù)，以便仿真試驗之后的數(shù)據(jù)分析與回放；

f)Matlab具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析和處理能力，記錄的數(shù)據(jù)采用Matlab的*.mat文件格式存儲。在Matlab環(huán)境中可以十分方便地打開，并借助Matlab強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能進(jìn)行分析；

g)在Matlab上編寫滿足使用要求的數(shù)據(jù)分析軟件。例如：以曲線或者數(shù)值方式顯示記錄數(shù)據(jù)；4個節(jié)點記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行相互比較；控制律算法期望值與實際測試值自動對比等。