CN112612464B - Fadec软件通用基础模型库 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种航空发动机FADEC软件通用基础模型库，包括目标识别模块、需求分析模块、模型设计模块、模型测试模块和发布与配置管理模块；目标识别模块对目标进行来源识别和模型分类选择；需求分析模块根据DO‑331标准对模型库的需求和功能进行分析和描述；模型设计模块根据模型库高层需求和模型设计规范进行模型设计；模型测试模块根据DO‑331标准识别模型库开发和验证所需要达到的目标；发布与配置管理模块对模型库进行全生命周期的科学配置管理。本发明可重用、效率高且维护性好，可作为基础模型库支持FADEC软件的高效率和高质量开发。
Description
技术领域
本发明涉及一种FADEC软件通用基础模型库，属于航空发动机数控系统控制软件领域。
背景技术
航空发动机全权限数字电子控制(Full Authority Digital ElectronicControl，FADEC)以电子设备与机载软件为核心实现发动机的控制和监视。FADEC控制软件开发难度大、周期长、成本高，同时，由于需求变更频繁、功能不断综合和安全性要求日益严苛等原因，控制软件研制面临的挑战日益严峻。基于模型的软件设计(Model-BasedDesign，MBD)是一种用数字化和可视化的方法来解决问题和设计相关复杂控制的算法，是一种信号处理和通信系统，被广泛应用在动向控制、工业设备、航空航天和汽车应用领域。MBD开发在需求与设计阶段进行验证，提前解决问题；将需求与设计数据由文本化形式转化为模型，降低理解差异引入的误差；自动化设计到编码，省略传统开发过程中代码审查、静态分析等工作。应MBD技术的快速发展，航空无线电技术委员会(Radio TechnicalCommission for Aeronautics，RTCA)也制定了相应的标准，如《对DO-178C和DO-278A的基于模型开发和验证的补充》(即DO-331)。在基于模型的软件开发中，通用的基础模型库是其核心，因而为了推进MBD技术在FADEC中的应用，也是为了提高软件设计的效率和质量，通用模型库的研发是有效途径和必然选择。
发明内容
发明目的：本发明旨在提供一种可重用、效率高、维护性好且经充分验证的FADEC软件通用基础模型库。
技术方案：本发明的一种FADEC软件通用基础模型库，包括目标识别模块、需求分析模块、模型设计模块、模型测试模块和发布与配置管理模块；
所述目标识别模块对目标进行来源识别和模型分类选择；
所述需求分析模块根据DO-331标准对模型库的需求和功能进行分析和描述所述模型设计模块根据模型库高层需求和模型设计规范进行模型设计；
所述模型测试模块根据DO-331标准识别模型库开发和验证所需要达到的目标；
所述发布与配置管理模块对模型库进行全生命周期的科学配置管理。
所述模型分类包括逻辑运算类、数学运算类、滤波类、表决类、故障判断类、插值表类、真值表类和PID计算类。
进一步的，所述逻辑运算类包括上升沿检测模型、下降沿检测模型、Set占优所存模型和滞环模型；所述数学运算类包括取绝对值模型、开平方根模型、计时器模型、范围限制模型、速率限制模型、时间确认模型、前值锁定模型、积分模型、微分模型、增益模型、正弦模型、余弦模型和安全除法模型；所述滤波类包括低通滤波模型和超前滞后校正模型；所述表决类包括二余度开关量输入表决模型和二余度模拟量输入表决模型；所述故障诊断类包括极大值故障诊断模型、极小值故障诊断模型和斜率故障诊断模型；所述插值表类包括一维插值表、二维插值表和三维插值表；所述真值表类包括真值表模型；所述PID计算类包括增量式PI模型、增量式PID模型、位置式PD模型和限幅积分模型。
所述需求分析模块分析生成需求文档、评审报告和问题记录，用以需求的统计评审，以及对出现问题的统计汇总。
进一步的，所述需求分析模块对模型库的分析包括功能输入、功能输出、功能描述、性能要求、容错要求、约束条件和模型符号。
所述模型设计模块还包括对模型设计的说明、模型与高层需求追溯关系的建立和对模型的检查，其中追溯覆盖率达到100％，便于识别并修改其中的问题。
所述模型测试模块对模型进行功能测试和结构测试，将验证用例-模型-高层需求建立追溯关系，生成测试报告和问题报告，确保模型验证的充分性。
进一步的，所述功能测试基于SCADE(Safety-Critical ApplicationDevelopment Environment，安全关键应用程序开发环境)工具的测试环境，通过测试规程和脚本进行模型测试；所述结构检测采用安全等级为A级的MCDC(Modified ConditionDecision Coverage，修正判定条件覆盖)标准对模型库进行验证，要求模型满足MCDC覆盖率100％，并对不满足100％结构覆盖的模型进行偏差分析。
所述全生命周期配置管理方案包括需求管理、开发环境管理和变更管理。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：模型库对模型充分验证、可重用、效率高；追溯覆盖率达到100％，便于识别并修复问题，维护性好；基于此模型库，可提高FADEC软件的质量和研发效率。
附图说明
图1为模型库的工作过程示意图；
图2为状态确认与恢复模型设计图；
图3为CC配置管理工具中模型库配置管理示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
如附图1所示，本发明所述FADEC软件通用基础模型库，包括目标识别模块、需求分析模块、模型设计模块、模型测试模块和发布与配置管理模块。对应其工作包括目标识别和模型库需求分析、模型库设计、模型库验证和模型全生命周期管理。
在目标识别和模型库需求分析中，本模型库对民用航空发动机控制软件的特点进行梳理和提取，识别并定义了逻辑运算类、数学运算类、滤波类、表决类、故障判断类、插值表类、真值表类和PID计算类八类模型库。
其中，逻辑运算类包括上升沿检测模型、下降沿检测模型、Set占优所存模型和滞环模型；数学运算类包括取绝对值模型、开平方根模型、计时器模型、范围限制模型、速率限制模型、时间确认模型、前值锁定模型、积分模型、微分模型、增益模型、正弦模型、余弦模型和安全除法模型；滤波类包括低通滤波模型和超前滞后校正模型；表决类包括二余度开关量输入表决模型和二余度模拟量输入表决模型；故障诊断类包括极大值故障诊断模型、极小值故障诊断模型和斜率故障诊断模型；插值表类包括一维插值表、二维插值表和三维插值表；所述真值表类包括真值表模型；PID计算类包括增量式PI模型、增量式PID模型、位置式PD模型和限幅积分模型。
而后，根据DO-331标准，从接口、功能、性能等方面对通用基础模型的功能进行功能分析。对模型库的需求分析和描述采用七元素分析法，即功能输入、功能输出、功能描述、性能要求、容错要求、约束条件和模型符号七项元素，形成FADEC软件通用基础模型库的高层需求规格说明，作为下一步模型库设计和验证的依据。
如图2所示，为状态确认与恢复模型的设计图，对此实施例模型的需求分析如下：
功能输入：
| 符号 | 含义 | 数据类型 | 单位 |
| Set | 置位标志 | 布尔型 | — |
| Clear | 清楚标志 | 布尔型 | — |
| SetPeriod | 置位确认周期 | 32位有符号整形 | — |
| ClearPeriod | 清除确认周期 | 32位有符号整形 | — |
功能输出：
| 符号 | 含义 | 数据类型 | 单位 |
| Status | 确认后的状态 | 布尔型 | — |
功能描述：
【Slib.SRS.492】当前状态Status为假时，若Set标志连续SerPeriod个周期为真，置Status为真。
当前状态Status为真时，若Clear标志连续ClearPeriod个周期为，置Status为假。
性能要求：
无。
容错要求：
无
约束条件：
【Slib.SRS.498】Status的初值为假。
模型符号：
【Slib.SRS.500】Slib_ConfirmRestore。
根据模型库需求分析得到的模型库高层需求和模型设计规范，在SCADE中进行模型库的设计，并建立模型与高层需求的追溯关系，实现设计模型与高层需求的追溯覆盖率达到100％。
模型设计完成后，使用SCADE的建模检查器对模型进行检查，识别并修改其中的问题。此过程根据DO-331标准、模型库高层需求以及FADEC软件验证规范对设计模型进行验证，分为功能测试和结构测试。依据编写的测试规程和脚本，基于SCADE的测试环境进行模型功能测试，在结构测试方面采用安全等级为A级的MCDC(修正判定条件覆盖)标准，对模型库进行验证，且最后要求模型满足MCDC覆盖率达到100％。
通过基于高层需求的功能测试、MCDC覆盖率100％的结构测试和验证用例与需求之间的100％追溯，进一步确保模型验证的充分性。
如图3所示为CC配置管理工具中的模型库配置管理示意图，图中Slib_vob为CC中的模型库资源池，XXX项目_vob为其他项目资源池。Slib_vob作为独立的资源池进行配置管理，当其他项目需要使用该模型库时，通过CC配置工具对Slib_vob的资源通过分支引用的方式进行资源引用。
在软件的设计和使用过程中，模型库作为项目的一个独立组件导入设计工程中，并具有只读属性，避免误操作对模型库造成的修改影响整体的操作和设计工作。在发布与配置模块中，制定了模型库的全生命周期配置管理方案，包括需求管理、开发环境和变更管理，对模型库进行全生命周期的科学配置管理。
目前，基于本申请所述FADEC软件通用基础模型库已有效支撑开发研制了多个FADEC软件，在实践中充分验证了其效率高、维护性好等有益效果。
Claims (7)
1.一种FADEC软件通用基础模型库系统，其特征在于，包括目标识别模块、需求分析模块、模型设计模块、模型测试模块和发布与配置管理模块；
所述目标识别模块对目标进行来源识别和模型分类选择；
所述需求分析模块根据DO-331标准对模型库的需求和功能进行分析和描述；
所述模型设计模块根据模型库高层需求和模型设计规范进行模型设计；
所述模型测试模块根据DO-331标准识别模型库开发和验证所需要达到的目标；
所述发布与配置管理模块对模型库进行全生命周期的科学配置管理；
所述模型分类包括逻辑运算类、数学运算类、滤波类、表决类、故障诊断类、插值表类、真值表类和PID计算类；
所述逻辑运算类包括上升沿检测模型、下降沿检测模型、Set占优所存模型和滞环模型；所述数学运算类包括取绝对值模型、开平方根模型、计时器模型、范围限制模型、速率限制模型、时间确认模型、前值锁定模型、积分模型、微分模型、增益模型、正弦模型、余弦模型和安全除法模型；所述滤波类包括低通滤波模型和超前滞后校正模型；所述表决类包括二余度开关量输入表决模型和二余度模拟量输入表决模型；所述故障诊断类包括极大值故障诊断模型、极小值故障诊断模型和斜率故障诊断模型；所述插值表类包括一维插值表、二维插值表和三维插值表；所述真值表类包括真值表模型；所述PID计算类包括增量式PI模型、增量式PID模型、位置式PD模型和限幅积分模型。
2.根据权利要求1所述的FADEC软件通用基础模型库系统，其特征在于，所述需求分析模块分析生成需求文档、评审报告和问题记录。
3.根据权利要求1所述的FADEC软件通用基础模型库系统，其特征在于，所述需求分析模块对模型库的分析包括功能输入、功能输出、功能描述、性能要求、容错要求、约束条件和模型符号。
4.根据权利要求1所述的FADEC软件通用基础模型库系统，其特征在于，所述模型设计模块还包括对模型设计的说明、模型与高层需求追溯关系的建立和对模型的检查，其中追溯覆盖率达到100％。
5.根据权利要求1所述的FADEC软件通用基础模型库系统，其特征在于，所述模型测试模块对模型进行功能测试和结构测试，将验证用例-模型-高层需求建立追溯关系，生成测试报告和问题报告。
6.根据权利要求5所述的FADEC软件通用基础模型库系统，其特征在于，所述功能测试基于SCADE(Safety-Critical Application Development Environment)工具的测试环境，通过测试规程和脚本进行模型测试；所述结构检测采用安全等级为A级的MCDC(修正判定条件覆盖)标准对模型库进行验证，要求模型满足MCDC覆盖率100％，并对不满足100％结构覆盖的模型进行偏差分析。
7.根据权利要求1所述的FADEC软件通用基础模型库系统，其特征在于，所述全生命周期配置管理方案包括需求管理、开发环境管理和变更管理。
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