CN112987594A - 一种航空仿真测控系统的分级控制模型及其方法 - Google Patents

一种航空仿真测控系统的分级控制模型及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种航空仿真测控系统的分级控制模型及其方法，涉及仿真测控系统控制领域，目的是解决容易发生试验指令冲突、试验执行无序、试验数据上报混乱的问题，包括待测设备、信号调理及配线单元、下位机和上级控制设备；待测设备通过信号调理及配线单元连接到下位机；下位机以独立组网模式或混合组网模式连接到上级控制设备，上级控制设备用于生产和下发试验测控指令、试验数据的解析及监控，下位机用于试验信号的激励和采集，上级控制设备内设置有基于I CD的协议转换模块，协议转换模块用于实现专有/共有控制协议数据包的解析、组包以及专有与共有控制协议间的数据格式转换功能，有效规避了试验指令冲突和试验执行无序等问题。

Description

一种航空仿真测控系统的分级控制模型及其方法
技术领域
本发明涉及仿真测控系统控制领域，具体涉及一种航空仿真测控系统的分级控制模型及其方法。
背景技术
航空仿真测控系统作为有人/无人飞行器地面铁鸟试验环境的重要试验设备，在航空、航天、军工和工业控制等多个领域有着广泛应用。在任何一套飞行器地面铁鸟试验环境中，综合测控系统均需要完成对飞行器的飞控系统、高升力系统、起落架系统、制动系统、航电系统等机载系统的各项功能、性能等的仿真、试验、验证任务。
通常，航空仿真测控系统都是由试验台架、系统试验器(含上位机、仿真试验单元、旁路采集设备、配线单元等)及总控台等几大部分组成。其中，总控台主要实现在待测机载系统实物/仿真试验过程中的试验管理、资源调度配置、ICD管理编辑、试验大纲及试验报告管理、试验数据处理及显示等功能；系统试验器主要完成待测机载系统的上/下电控制、信号汇接调理、真/仿切换、信号激励、故障注入、数据解析等功能。上位机与总控台之间通过以太网总线完成测控指令及试验数据的交互。仿真试验时，上位机接收总控台的试验控制指令，依据协议完成指令的解析、处理后通过各机载系统仿真试验单元，完成待测机载系统的各项仿真试验，同时采集、处理、解析所有试验反馈数据上报总控台；实物真件试验时，旁路采集系统采集试验台架与待测机载系统之间的实物真件试验的数据信息，上位机接收旁路采集系统上传的数据，经过处理、解析后上报给总控台，从而完成对实物真件试验数据的监控。大多数情况下，为了便于试验人员近距离进行实物真件试验，系统试验器需要能够实现总控台的大多数试验控制功能，独立进行试验控制，因而系统试验器上位机需要同样安装并运行试验管理、资源调度配置、ICD管理编辑、试验数据处理及显示、试验大纲及试验报告管理等功能软件。
现有的航空仿真测控系统中，总控台和上位机运行具有相同功能的软件，甚至是运行同一套试验软件，均可完成对试验的控制。当总控台和上位机组成一个整套试验设备进行试验时，由于总控台和上位机均可进行试验控制，虽然有益于试验人员的职能分工和协同试验控制，但也容易发生试验指令冲突、试验执行无序、试验数据上报混乱等问题，这无疑增大了试验管理的任务量及试验控制的难度，对试验的高效完成产生不利的影响。
发明内容
本发明公开了一种航空仿真测控系统的分级控制模型，目的是解决容易发生试验指令冲突、试验执行无序、试验数据上报混乱的问题。
为了解决上述问题，本发明采用了以下技术方案：
一种航空仿真测控系统的分级控制模型，包括待测设备、信号调理及配线单元、下位机和上级控制设备；所述待测设备通过信号调理及配线单元连接到下位机；下位机以独立组网模式或混合组网模式连接到上级控制设备。
在所述独立组网模式中，所述上级控制设备包括总控台或上位机；所述下位机通过共用协议连接到总控台或上位机。
在所述混合组网模式中，所述上级控制设备包括总控台和上位机；所述下位机通过共有协议连接到上位机，上位机通过专有协议连接到总控台。
所述上级控制设备用于生产和下发试验测控指令、试验数据的解析及监控，下位机用于试验信号的激励和采集。
所述上级控制设备内设置有协议转换模块，所述协议转换模块用于实现专有控制协议以及共有控制协议数据包的解析、组包以及专有与共有控制协议间的数据格式转换功能。
优选地，所述协议转换模块为基于ICD的协议转换模块。
优选地，所述基于ICD的协议转换模块包括数据库、数据暂存区、专有控制协议参数表、共有控制协议参数表、专有控制协议有效数据ICD映射关系表和共有控制协议有效数据ICD映射关系表；数据库通过专有控制协议有效数据ICD映射关系表和共有控制协议有效数据ICD映射关系表连接到数据暂存区的两个端口，数据暂存区的另外两个端口分别通过专有控制协议参数表和共有控制协议参数表输入和输出专有协议数据包和共有协议数据包。
本发明还公开了一种航空仿真测控系统的分级控制方法，应用于前面所述的采用混合组网模式连接的一种航空仿真测控系统的分级控制模型，其模型包括待测设备、信号调理及配线单元、下位机和上级控制设备，所述待测设备通过信号调理及配线单元连接到下位机；下位机以混合组网模式连接到上级控制设备，所述上级控制设备内设置有基于ICD的协议转换模块，包括以下步骤：
(a)由总控台发送测控指令p时，上位机依据专有控制协议对测控指令p进行解包，并读取指令缓冲区；
由上位机发送测控指令q时，先判断总控台是否在发送指令；
若总控台未在发送测控指令，上位机直接读取指令缓冲区；
若总控台在发送测控指令，依据专有控制协议进行解包，同时启动定时器，定时器超时后，上位机读取指令缓冲区；
(b)若步骤(a)中读取的指令缓冲区为空，将指令p/q写入指令缓冲区；
(c)若步骤(a)中读取的指令缓冲区非空，读取缓冲区最后一条指令m并进行类型判别；
(d)若步骤(c)读取的指令m为总控台下发指令，将指令p/q写入缓冲区指令队列；
(e)若步骤(c)读取的指令m为上位机下发指令，判断两条指令是否冲突；
(f)若步骤(e)的判断p和m为冲突，将缓冲区的指令m替换为指令p，若是q和m冲突则丢弃q；若步骤(e)的判断结果为不冲突，将指令p/q写入缓冲区指令队列；
(g)通过协议转换模块进行协议转换；
(h)通过共有控制协议进行组包；
(i)进行数据存储；
(j)通过共有控制协议将指令p/q发送到下位机。
优选地，所述协议转换模块为基于ICD的协议转换模块。
优选地，所述基于ICD的协议转换模块包括数据库、数据暂存区、专有控制协议参数表、共有控制协议参数表、专有控制协议有效数据ICD映射关系表和共有控制协议有效数据ICD映射关系表；数据库通过专有控制协议有效数据ICD映射关系表和共有控制协议有效数据ICD映射关系表连接到数据暂存区的两个端口，数据暂存区的另外两个端口分别通过专有控制协议参数表和共有控制协议参数表输入和输出专有协议数据包和共有协议数据包。
本发明使用链式分级控制模式，可以试验控制与执行分体实现，应用灵活，还可以有效规避了试验指令冲突、试验执行无序、试验数据上报混乱等问题，更高的使用范围和使用效率；采用共有控制协议以及专有控制协议设计，规范了试验执行设备的控制指令来源；基于ICD的协议转换模块的设计可以有效提高了试验控制指令及数据的处理效率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为实施例1中航空仿真测控系统的分级控制模型结构示意图；
图3为实施例2中航空仿真测控系统的分级控制模型结构示意图；
图4为实施例3中航空仿真测控系统的分级控制方法的流程图；
图5为实施例4中协议转换模块结构示意图。
具体实施方式
本发明共设计有两套控制协议：专有控制协议和共有控制协议。总控台和上位机之间采用专有控制协议进行数据的封装、组包和传输，总控台/上位机与下位机之间采用共有控制协议进行数据的封装、组包和传输。总控台和上位机均同时支持两套控制协议的软件配置，下位机仅支持共有控制协议格式的数据。
本发明公开的一种航空仿真测控系统的分级控制模型的结构示意图参阅图1，包括待测设备、信号调理及配线单元、下位机和上级控制设备；待测设备通过信号调理及配线单元连接到下位机；下位机以独立组网模式或混合组网模式连接到上级控制设备，用户可根据需求选择所使用的组网模式。
上级控制设备用于生产和下发试验测控指令、试验数据的解析及监控，下位机用于试验信号的激励和采集。
上级控制设备内设置有基于ICD的协议转换模块，协议转换模块用于实现专有/共有控制协议数据包的解析、组包以及专有与共有控制协议间的数据格式转换功能。
实施例1
本实施例的一种航空仿真测控系统的分级控制模型基于本发明描述的模型，采用的是独立组网模式。
参阅图2，包括待测设备、信号调理及配线单元、下位机和上级控制设备，上级控制设备可以包括总控台或上位机，下位机通过共用协议连接到总控台或上位机，待测设备通过信号调理及配线单元连接到下位机。
使用独立网络模式时，在“总控台+下位机”或“上位机+下位机”的组网形式下，总控台和上位机均是直接与下位机相连，协议配置模式均采用共有控制协议，不论是控制指令的下发还是试验数据解析显示，均是依据共有控制协议进行组包或解包，所有的指令均依据下发顺序依次执行。
实施例2
本实施例的一种航空仿真测控系统的分级控制模型基于本发明描述的模型，采用的是混合组网模式。
参阅图3，包括待测设备、信号调理及配线单元、下位机和上级控制设备，上级控制设备可以包括总控台和上位机，待测设备通过信号调理及配线单元连接到下位机，下位机通过共有协议连接到上位机，上位机通过专有协议连接到总控台。
在该模式下，仅有上位机与下位机直接相连，上位机和下位机之间采用共有控制协议配置模式，而总控台仅与上位机相连，不直接连接下位机，所有总控台下发的控制指令及接收的试验数据均是通过上位机转发，总控台与上位机之间采用专有控制协议。由于总控台和上位机均可下发试验控制指令，为了避免试验控制指令的冲突和混乱，需要设计了一组分级控制方法，用于对总控台和上位机的指令进行控制和调度。
实施例3
本实施例提供一种航空仿真测控系统的分级控制方法，基于实施例2提供的一种航空仿真测控系统的分级控制模型，该方法在上位机中配置并实现，所对应的模型采用了混合组网模式，使用了总控台和上位机的组合作为上级控制设备，总控台和上位机均可以发出控制指令，控制方法的流程图参阅图4，其控制步骤如下：
(a)由总控台发送测控指令p时，上位机依据专有控制协议对测控指令p进行解包，并读取指令缓冲区；
由上位机发送测控指令q时，先判断总控台是否在发送指令；
若总控台未在发送测控指令，上位机直接读取指令缓冲区；
若总控台在发送测控指令，依据专有控制协议进行解包，同时启动定时器，定时器超时后，上位机读取指令缓冲区；
(b)若步骤(a)中读取的指令缓冲区为空，将指令p/q写入指令缓冲区；
(c)若步骤(a)中读取的指令缓冲区非空，读取缓冲区最后一条指令m并进行类型判别；
(d)若步骤(c)读取的指令m为总控台下发指令，将指令p/q写入缓冲区指令队列；
(e)若步骤(c)读取的指令m为上位机下发指令，判断两条指令是否冲突；
(f)若步骤(e)的判断p和m为冲突，将缓冲区的指令m替换为指令p，若是q和m冲突则丢弃q；若步骤(e)的判断结果为不冲突，将指令p/q写入缓冲区指令队列；
(g)通过协议转换模块进行协议转换；
(h)通过共有控制协议进行组包；
(i)进行数据存储；
(j)通过共有控制协议将指令p/q发送到下位机。
当使用总控台和上位机组成整套测控系统进行试验时，总控台通过专有控制协议与上位机通讯，实现测控指令的下发及试验数据监控，上位机接收总控台指令后进行解析、协议转换等操作，将控制指令按照共有控制协议重新组包下发，下位机接收控制指令并完成相应试验信号的激励与采集，同时上位机将试验数据依据专有控制协议组包后上报总控台。
实施例4
在本发明所设计的分级控制模式下，不论采用独立组网模式或混合组网模式进行试验，下位机均只采用共有控制协议对试验控制指令和试验数据进行解包和组包。为了有效减少软件代码实现难度和数据处理的复杂度，专有和共有两套控制协议均基于下位机运行时所依据的有效数据进行ICD的设计。
当采用整体测控系统进行试验时，上位机需同时加载并执行专有和共有两套控制协议，为了有效规避试验指令冲突、试验执行无序、试验数据上报混乱等问题，并提高上位机数据处理的效率，本发明在上位机端创新的设计了一套基于ICD的协议转换模块，专门用来实现专有/共有控制协议数据包的解析、组包以及专有与共有控制协议间的数据格式转换功能，是分级控制策略高效、有序实现的基础。
参阅图5，本发明的协议转换模块优选包括数据库、数据暂存区、专有控制协议参数表、共有控制协议参数表、专有控制协议有效数据ICD映射关系表和共有控制协议有效数据ICD映射关系表；数据库通过专有控制协议有效数据ICD映射关系表和共有控制协议有效数据ICD映射关系表连接到数据暂存区的两个端口，数据暂存区的另外两个端口分别通过专有控制协议参数表和共有控制协议参数表输入和输出专有协议数据包和共有协议数据包。
专有控制协议与共有控制协议均是基于有效数据ICD进行的数据定义，二者有效数据的数据位、数据类型、数据格式及含义等均相同，两者的区别主要集中在数据帧头、帧尾、校验算法、标志符、数据字段的组合顺序、数据发送规则等的定义不同。
协议转换的核心在于专有协议、公有协议与有效数据ICD相应字段的映射关系，因此协议转换模块需要专有控制协议有效数据ICD映射关系表和共有控制协议有效数据ICD映射关系表，在表格中记录了专有控制协议以及共有控制协议中每个有效数据与有效数据ICD相应字段的具体映射关系，映射关系表以数组的形式实现，字段位置以数组下标体现。
比如，当上位机收到具有特定设备标识符的专有协议数据包时，其中的协议转换模块依据专有控制协议参数表对专有协议数据包进行拆包和解析，解包后得到有效数据字段的信息，将每一个有效数据字段存储在数据暂存区，同时调取数据库中的专有协议有效数据ICD映射关系表的字段映射关系，将有效数据写入数据库相应位置，并更新数组中相应位置数据下标；之后协议转换模块读取数据库中的共有协议有效数据ICD映射关系表的字段映射关系，查找数据字段对应位置信息，并从数组中取出该字段内容，根据共有控制协议参数表按照共有协议数据包格式进行组包，然后发送共有协议数据包。
当上位机需要向总控台发送试验数据信息时，也要对数据进行相应的协议转换。首先按照共有控制协议参数表将需要发送的试验数据信息进行拆分，在数据缓存区缓存，按照共有协议有效数据ICD映射关系表的字段映射关系写入数据，再依据专有协议ICD映射关系表的字段映射关系，查找数据字段对应位置信息，并从数组中取出该字段内容，最后根据专有控制协议参数表按照专有协议数据包格式进行组包并发送。

Claims (6)

1.一种航空仿真测控系统的分级控制模型，其特征在于：包括待测设备、信号调理及配线单元、下位机和上级控制设备；所述待测设备通过信号调理及配线单元连接到下位机；下位机以独立组网模式或混合组网模式连接到上级控制设备；
独立组网模式下的上级控制设备包括上位机或总控台，所述下位机通过共用协议连接到总控台或上位机；混合组网模式下的上级控制设备包括上位机和总控台，所述下位机通过共有协议连接到上位机，上位机通过专有协议连接到总控台；
所述上级控制设备用于生产和下发试验测控指令、试验数据的解析及监控，下位机用于试验信号的激励和采集；
所述上级控制设备内设置有协议转换模块，所述协议转换模块用于实现专有控制协议以及共有控制协议数据包的解析、组包以及专有与共有控制协议间的数据格式转换功能。
2.根据权利要求1所述的一种航空仿真测控系统的分级控制模型，其特征在于：所述协议转换模块为基于ICD的协议转换模块。
3.根据权利要求2所述的一种航空仿真测控系统的分级控制模型，其特征在于：所述基于ICD的协议转换模块包括数据库、数据暂存区、专有控制协议参数表、共有控制协议参数表、专有控制协议有效数据ICD映射关系表和共有控制协议有效数据ICD映射关系表；
数据库通过专有控制协议有效数据ICD映射关系表和共有控制协议有效数据ICD映射关系表连接到数据暂存区的两个端口，数据暂存区的另外两个端口分别通过专有控制协议参数表和共有控制协议参数表输入和输出专有协议数据包和共有协议数据包。
4.一种航空仿真测控系统的分级控制方法，应用于权利要求1所述的一种航空仿真测控系统的分级控制模型，其模型包括待测设备、信号调理及配线单元、下位机和上级控制设备，所述待测设备通过信号调理及配线单元连接到下位机；下位机以混合组网模式连接到上级控制设备，所述上级控制设备内设置有基于ICD的协议转换模块，其特征在于，包括以下步骤：
(a)由总控台发送测控指令p时，上位机依据专有控制协议对测控指令p进行解包，并读取指令缓冲区；
由上位机发送测控指令q时，先判断总控台是否在发送指令；
若总控台未在发送测控指令，上位机直接读取指令缓冲区；
若总控台在发送测控指令，依据专有控制协议进行解包，同时启动定时器，定时器超时后，上位机读取指令缓冲区；
(b)若步骤(a)中读取的指令缓冲区为空，将指令p/q写入指令缓冲区；
(c)若步骤(a)中读取的指令缓冲区非空，读取缓冲区最后一条指令m并进行类型判别；
(d)若步骤(c)读取的指令m为总控台下发指令，将指令p/q写入缓冲区指令队列；
(e)若步骤(c)读取的指令m为上位机下发指令，判断两条指令是否冲突；
(f)若步骤(e)的判断p和m为冲突，将缓冲区的指令m替换为指令p，若是q和m冲突则丢弃q；若步骤(e)的判断结果为不冲突，将指令p/q写入缓冲区指令队列；
(g)通过协议转换模块进行协议转换；
(h)通过共有控制协议进行组包；
(i)进行数据存储；
(j)通过共有控制协议将指令p/q发送到下位机。
5.根据权利要求4所述的一种航空仿真测控系统的分级控制方法，其特征在于：所述协议转换模块为基于ICD的协议转换模块。
6.根据权利要求5所述的一种航空仿真测控系统的分级控制方法，其特征在于：所述协议转换模块包括数据库、数据暂存区、专有控制协议参数表、共有控制协议参数表、专有控制协议有效数据ICD映射关系表和共有控制协议有效数据ICD映射关系表；
数据库通过专有控制协议有效数据ICD映射关系表和共有控制协议有效数据ICD映射关系表连接到数据暂存区的两个端口，数据暂存区的另外两个端口分别通过专有控制协议参数表和共有控制协议参数表输入和输出专有协议数据包和共有协议数据包。
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