CN106774372A - 一种改进结构的飞/推综合控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改进结构的飞/推综合控制系统，属于飞行/推力综合控制技术领域。该控制系统主要由数据处理单元和控制单元组成。工作时，数据处理单元接收并处理传感器数据和飞机指令，对其进行解算，并将飞机和发动机控制指令进行分配优化，然后将控制信息通过串口传给控制单元，控制单元根据控制信息进行控制律解算，然后将控制信号传给舵机。本发明成本低、性能可靠、控制效果好，对于飞/推综合控制的后续开发具有很好的实用价值。

Description

一种改进结构的飞/推综合控制系统

技术领域

本发明涉及一种改进结构的飞/推综合控制系统，属于飞行/推力综合控制技术领域。

背景技术

随着现代飞机任务需求不断提高，飞机的这种多任务和多功能的要求使飞机各子系统的复杂程度不断增加，从而使得在传统设计思想中充当协调器的驾驶员无法胜任。但如果采用飞/推综合控制技术，则可以最大限度的发挥飞机性能，提高机动性和生存能力，并使得人机接口简单化，减轻驾驶员的工作负担。因此飞/推综合控制技术广泛应用于民用和军用，具有很大的应用前景。

目前飞/推综合控制结构主要有四种：一是集中设计方法；二是递阶分散设计方法；三是设计具有固定上三角结构的集中控制器再实现分散控制；四是先集中后分离的设计方法。但第一种方法设计的控制器非常复杂，由于现有的机载传感器和数据总线技术发展有限，高阶复杂控制器较难实现。第二种设计方法没有将飞机与发动机之间的耦合作用考虑在内。第三种方法属于纯数学方法，计算开销大，适用于低阶系统。第四种方法设计复杂，计算量大。

发明内容

本发明针对上述背景技术的不足，提供了一种改进结构的飞/推综合控制系统，通过数据处理单元将传感器获得的数据进行处理后传给控制单元，减轻控制单元的计算量，提高控制效果。

本发明为解决其技术问题采用如下技术方案：

一种改进结构的飞/推综合控制系统，包括数据处理单元、控制单元、指令生成模块、姿态传感器、气压计、空速管、转速传感器、温度传感器、压力传感器、数据存储器和舵机控制模块；其中姿态传感器、气压计、空速管、转速传感器、温度传感器和压力传感器通过CAN（Controller Area Network，控制器局域网络）总线与数据处理单元连接，指令生成模块通过IIC（Inter-Integrated Circuit，I2C总线）总线与数据处理单元连接，数据处理单元通过IIC总线与控制单元连接，控制单元通过CAN总线与舵机控制模块连接，数据存储器通过IIC总线与控制单元双向连接。

所述数据处理单元采用DSP处理器，型号为TMS320VC33。

所述数据存储器的芯片型号为AT24C08。

一种改进结构的飞/推综合控制系统的控制方法，包含以下步骤：

步骤1）数据处理单元通过CAN总线接收来自姿态传感器、气压计和空速管的数据，数据处理单元根据得到的数据对飞行状态进行力和力矩的解算，得到当前飞机所受力和力矩；

步骤2）数据处理单元通过CAN总线接收来自转速传感器、温度传感器和压力传感器的数据，数据处理单元根据得到的数据对发动机工作状态进行解算，并通过当前发动机工作状态进行推力预估，得到当前发状态动机所提供的推力及力矩；

步骤3）数据处理单元通过IIC总线接收来自指令生成模块的指令信号，同时根据步骤（1）（2）计算的飞机飞行状态和发动机状态，将指令信号转化为控制力和力矩信号，利用优化算法对飞机舵面控制信号和发动机控制信号进行优化，并将优化后的指令信号通过IIC总线传输给控制单元；

步骤4）控制单元通过IIC总线接收来自数据处理单元的控制信息和飞机飞行状态数据，控制单元根据所接收到的数据进行控制律计算，然后将控制信号通过CAN总线输送给舵机控制模块，通过舵机控制飞机各舵面和发动机油门。

本发明具有以下有益效果：

1、数据处理和控制分两个不同单元对信息进行处理，减轻飞控计算机的计算负担，提高飞控计算机的运算速度。

2、加入数据存储单元与控制单元进行信息交互，能有效提高控制精度和运算速度，提高飞机的控制性能。

3、充分考虑飞机和发动机之间的耦合，结构简单，计算量少,易于实现。

4、采用TMS320VC33作为数据处理单元的计算芯片，具有很强的浮点运算能力，能有效提高优化算法的速度。

附图说明

图1是本发明的硬件结构框图。

图2是本发明的工作流程图。

图3是本发明的系统结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明创造做进一步详细说明。

如图1，本控制系统主要由数据处理单元和控制单元组成。工作时，数据处理单元通过CAN总线接收来自姿态传感器、气压计、空速管、转速传感器、温度传感器和压力传感器的数据，以及通过IIC总线接收指令信号，接着数据处理单元对其进行解算，并将飞机和发动机控制指令进行分配优化。然后控制信息通过IIC总线传给控制单元，控制单元根据控制信息进行控制律解算，然后将控制信号传给舵机，从而对飞机进行飞/推控制。

所述数据处理单元通过CAN总线与姿态传感器、气压计、空速管传感器、转速传感器、温度传感器、压力传感器连接，通过IIC总线与指令模块连接。所述控制单元通过IIC总线与数据存储器连接。所述舵机控制模块通过电机控制信号接口与控制单元连接。数据处理单元与控制单元通过IIC总线相连

所述姿态传感器模块用于测量飞机的姿态角以及姿态角速度，并将所得数据通过CAN总线输入数据处理单元；

所述气压计模块用于测量飞机所在的环境的气压值，并将所得数据通过CAN总线输入数据处理单元；

所述空速管用于测量飞机空速，并将所得数据通过CAN总线输入数据处理单元；

所述转速传感器模块用于测量发动机高低速转子转速，并将所得数据通过CAN总线输入数据处理单元；

所述温度传感器模块用于测量发动机各部件温度，并将所得数据通过CAN总线输入数据处理单元；

所述压力传感器模块用于测量发动机各部件压力，并将所得数据通过CAN总线输入数据处理单元；

所述数据存储器用于存储控制单元需要用到的控制参数，它们之间通过IIC总线连接；

所述数据处理单元的处理器采用DSP处理器，型号为TMS320VC33；

数据处理单元：该模块采用TMS320VC33芯片作为数据处理单元，VC33具有高速浮点运算能力,主要特点有:拥有17ns指令周期,120MFLOPS(兆浮点运算指令每秒)的浮点运算能力,60MPIS(兆指令每秒)的指令运算速度;片内34K字（32bits）高速RAM存储器空间,分布为两个16K块和两个1K块,便于有效利用内部存储资源；24bit地址线可寻址1M存储空间,因此可外部扩展RAM和FLASH等存储设备,以满足优化控制算法的程序和数据存储空间的需求。

数据存储器：数据存储器：采用ATMEL公司生产的AT24C08芯片。该芯片具有8个引脚、8KB的存储空间，可通过IIC总线进行读写存储器中的数据。该芯片具有很好的稳定性，支持读写次数一百万次，数据保存时长100年。另外，该芯片操作方便、成本低。

如图2、图3，本发明的工作方法如下：

（1）数据处理单元TMS320VC33通过CAN总线接收来自姿态传感器、气压计、空速管传感器的数据，处理器根据得到的传感器数据对飞机的飞行状态进行力和力矩的解算，得到当前飞机所受力和力矩；

（2）数据处理单元TMS320VC33通过CAN总线接收来自转速传感器、温度传感器、压力传感器的数据，处理器根据得到的数据对发动机工作状态进行解算，并对当前发动机工作状态进行推力预估，得到当前状态发动机所提供的推力及力矩；

（3）数据处理单元TMS320VC33通过IIC总线接收来自指令生成模块的指令信号，同时利用步骤（1）（2）的得到的飞机的飞行状态和发动机状态，将指令信号转化为力和力矩形式的控制信号，由于飞机所受力和力矩除机体提供外，还分别由舵面和发动机提供，利用优化算法对飞机舵面和发动机提供力和力矩进行优化分配，并将优化后的指令信号通过IIC总线传输给控制单元；

（4）控制单元通过IIC总线接收来自数据处理单元的指令信息和飞机飞行状态数据，控制单元根据所接收到的数据进行控制律计算，然后将控制信号通过CAN总线输送给舵机控制模块，通过舵机控制飞机各舵面和发动机油门。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种改进结构的飞/推综合控制系统，其特征在于，包括数据处理单元、控制单元、指令生成模块、姿态传感器、气压计、空速管、转速传感器、温度传感器、压力传感器、数据存储器和舵机控制模块；其中姿态传感器、气压计、空速管、转速传感器、温度传感器和压力传感器通过CAN总线与数据处理单元连接，指令生成模块通过IIC总线与数据处理单元连接，数据处理单元通过IIC总线与控制单元连接，控制单元通过CAN总线与舵机控制模块连接，数据存储器通过IIC总线与控制单元双向连接。

2.根据权利要求1所述的一种改进结构的飞/推综合控制系统，其特征在于，所述数据处理单元采用DSP处理器，型号为TMS320VC33。

3.根据权利要求1所述的一种改进结构的飞/推综合控制系统，其特征在于，所述数据存储器的芯片型号为AT24C08。

4.根据权利要求4所述的一种改进结构的飞/推综合控制系统，其特征在于，所述芯片具有8个引脚、8KB的存储空间。

5.根据权利要求1所述的一种改进结构的飞/推综合控制系统的控制方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤1）数据处理单元通过CAN总线接收来自姿态传感器、气压计和空速管的数据，数据处理单元根据得到的数据对飞行状态进行力和力矩的解算，得到当前飞机所受力和力矩；

步骤2）数据处理单元通过CAN总线接收来自转速传感器、温度传感器和压力传感器的数据，数据处理单元根据得到的数据对发动机工作状态进行解算，并通过当前发动机工作状态进行推力预估，得到当前发状态动机所提供的推力及力矩；

步骤3）数据处理单元通过IIC总线接收来自指令生成模块的指令信号，同时根据步骤（1）（2）计算的飞机飞行状态和发动机状态，将指令信号转化为控制力和力矩信号，利用优化算法对飞机舵面控制信号和发动机控制信号进行优化，并将优化后的指令信号通过IIC总线传输给控制单元；

步骤4）控制单元通过IIC总线接收来自数据处理单元的控制信息和飞机飞行状态数据，控制单元根据所接收到的数据进行控制律计算，然后将控制信号通过CAN总线输送给舵机控制模块，通过舵机控制飞机各舵面和发动机油门。