CN108170035A - 一种模型化的飞行控制系统 - Google Patents

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胡峻豪
朱睿
周安宁
冯雷
刘仕雄
李荣强
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AVIC Chengdu Aircraft Design and Research Institute
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B17/00—Systems involving the use of models or simulators of said systems
    • G05B17/02—Systems involving the use of models or simulators of said systems electric

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Abstract

本发明属于系统设计技术领域，涉及一种模型化的飞行控制系统。所述的飞行控制系统包括控制律部分和系统逻辑部分；控制律部分基于控制律算法在Simulink中搭建；基于SysML语言，将系统逻辑部分表达为可执行的功能模型；通过定义的ICD模型将控制律部分与系统逻辑部分关联。提供一种设计周期短、研制成本低的模型化飞行控制系统。

Description

一种模型化的飞行控制系统
技术领域
本发明属于系统设计技术领域，涉及一种模型化的飞行控制系统。
背景技术
当前飞行控制系统的设计，主要分为系统逻辑(非控制律)和控制律设计两大部分，其中控制律设计有专门的工具和流程，在设计阶段就能方便地进行编程、仿真，验证方案是否正确可行，再通过软件编程实现进行独立测试，此时发现问题容易回推，查找症结比较简单。
然而，系统逻辑部分没有相应的工具和方法，主要以文档为载体，通过自然语言描述设计方案，软件人员再根据设计文档编程实现。由于文字的二义性，在方案的传递过程中，很可能出现理解偏差，并且这些静态的文字和分散的代码没法进行动态的仿真验证，导致双V试验阶段各种问题集中爆发，而此时系统已经增加了各种硬件，多重耦合情况复杂，问题的定位和解决，变得极其困难，造成了大量的时间和成本损失。
目前，随着基于模型系统工程理论的推广，部分研究已做了相应的探索，但思路仍局限在以控制律为核心，系统逻辑设计围绕其服务，进行部分功能点验证的阶段，没有对系统逻辑部分进行系统的设计和验证，难以从整体上进行系统的评估和优化，相对于传统设计方式没有本质进展。
发明内容
本发明解决的技术问题:提供一种设计周期短、研制成本低的模型化飞行控制系统。
本发明的技术方案:一种模型化的飞行控制系统,其特征为:所述的飞行控制系统包括控制律部分和系统逻辑部分；
控制律部分基于控制律算法在Simulink中搭建；
基于SysML语言，将系统逻辑部分表达为可执行的功能模型；
通过定义的ICD模型将控制律部分与系统逻辑部分关联。
优选地，系统逻辑部分根据Simulink框架规范配置为S-Function Block，再通过编译生成相应的模型代码，通过模型代码封装进而转化为Simulink模块。
优选地，所述的功能模型根据系统需求确定。
本发明的有益效果:本发明提供了一种基于模型的系统逻辑模型化设计和表达，并与控制律模型联合仿真和验证的方法。区别于当前部分研究仍局限在以控制律为核心，系统逻辑设计围绕其服务，进行部分功能点验证的方式，本发明将系统逻辑部分作为完整系统，建立闭环可验证的可执行模型，进行独立测试，与控制律模型的设计并行开展，通过ICD模型进行模型整合、联合仿真，使得设计人员在方案之初就能进行系统的验证和确认，将方案的问题和缺陷提前暴露提前解决，不必等到硬件和实物阶段，让“设计重回办公室”，极大缩短研制总周期、降低研制总成本，并能给予设计人员更大的自由度进行多方案设计和灵活选型，提高设计质量。
附图说明
图1为本发明原理图；
图2为本发明流程图.
具体实施方式
从总体方案中，提取飞行控制系统的设计总要求和研制规范，并在此基础上分析出系统需求，进行条目化表达，形成需求基线。根据系统需求，进行系统功能提取和场景分析，基于SysML语言建立系统的用例图，表征系统需要实现的功能及与之交互的外部角色，并将系统需求条目与相应的各用例关联起来，方便后续的需求追溯和验证。用例图完成后，针对每个用例分别建立其活动图、时序图和状态图，分别从活动流程、运行场景和状态流转等维度，全方面展现系统功能，此时的模型是将飞行控制系统作为整体进行分析的，包含系统逻辑部分和控制律部分。在此过程中，针对关键的功能模块和设计指标赋以0-0.9的权重值。
根据设计方案，设计多个系统备选架构，通过1中模型和权值分配，对每个备选方案进行解算，根据总分值高低和相应软硬件约束，选取系统最优架构，并合理地将其映射为系统逻辑部分和控制律部分，便于在不同的专业工具中进行模型的搭建。在此过程中，需要定义出二者的接口关系，形成相应的ICD模型，便于最终系统逻辑模型和控制律模型的联合仿真和集成。
根据2中分配的结果，分别在对应工具中开展建模工作。其中，控制律部分沿用经典的Simulink建模方式，搭建控制算法模型，在此不再赘述；系统逻辑部分，则在2中分配的模型基础上，进行接口和实现逻辑的细化完善。接口信息包括：接口类型、数据流向、参数值等；实现逻辑同1中方式，根据已有设计信息建立相应的活动图、时序图和状态图，对系统的功能逻辑进行模型化表达，需要说明的是：建立的功能模块只是方法和函数间的调用和交互，其具体逻辑实现需要手工编码，通过函数的定义，将模型细化为可编译运算的详细模型。
逻辑部分模型建立后，为实现与控制律模型的联合仿真和集成，需要将逻辑模型转化为相应的Simulink模块，具体做法如下：
根据Simulink框架规范，导入结构模板将逻辑部分模型配置为S-FunctionBlock，通过编译可生成相应的模型代码，包括：
◆模型源文件(含各功能块的库、头文件和实现函数等)；
◆RhapsSFunc_xx.c的Simulink C或C++模板；
◆build_sfunction.m
◆creat_sfunction_model.m
将上述文件配置到Matlab路径下，执行create_sfunction_model.m文件，即可生成逻辑部分模型的Simulink模块。
接口封装匹配飞行包数据类型。由于飞行控制专业数据类型的特殊性，为直接利用真实飞行参数数据进行模型的仿真验证，需要对模型接口进行进一步的处理，使之成为与飞行包数据一一对应的结构体类型；接口封装完成后，设置好模型的采样时间，即可对系统逻辑模型、控制律模型和飞行包模型进行联合仿真。
需要注意的是，整个过程是循环迭代的，根据仿真出现的问题进行方案的调整和完善，进而修改设计模型，直到仿真结果达到预期要求，完成系统的方案设计。

Claims (3)

1.一种模型化的飞行控制系统,其特征为:所述的飞行控制系统包括控制律部分和系统逻辑部分；
控制律部分基于控制律算法在Simulink中搭建；
基于SysML语言，将系统逻辑部分表达为可执行的功能模型；
通过定义的ICD模型将控制律部分与系统逻辑部分关联。
2.根据权利要求1所述的一种模型化的飞行控制系统,其特征为:系统逻辑部分根据Simulink框架规范配置为S-Function Block，再通过编译生成相应的模型代码，通过模型代码封装进而转化为Simulink模块。
3.根据权利要求1所述的一种模型化的飞行控制系统,其特征为:所述的功能模型根据系统需求确定。
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