CN113799975A - 一种基于fpga的飞机刹车控制器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于FPGA的飞机刹车控制器，包括两块相同的控制板，每一块控制板控制两个刹车通道，两块控制板之间完全独立；每一块控制板包括接口电路、CPU芯片、FPGA1芯片、FPGA2芯片、NVM1芯片和NVM2芯片；CPU芯片通过SPI接口与FPGA1芯片通信；FPGA1芯片通过SPI接口分别与NVM1芯片和NVM2芯片通信；接口电路分别与FPGA1芯片和FPGA2芯片直接连接，用于采集现场信号和传输控制信号；FPGA1芯片和FPGA2芯片完全独立，不进行信息交互；仅当FPGA1与FPGA2同时输出控制切断阀打开信号到接口电路时，切断阀才能够打开。本发明控制器提高了安全性和可靠性，避免了单点故障造成的非指令刹车，能够快速定位到故障设备，减少维修时间。

Description

一种基于FPGA的飞机刹车控制器
技术领域
本发明属于飞行控制技术领域，具体涉及一种飞机刹车控制器。
背景技术
飞机刹车控制系统是飞机的关键系统之一，在飞机的起飞和降落过程中起着至关重要的作用。实现在最短距离使飞机刹车，并在整个刹车过程不发生抱死现象。
传统的控制器对切断阀的控制都是通过CPU进行控制，接收外部系统以及本系统的检测信号对实现对切断阀、伺服阀的控制输出对应的刹车压力到机轮刹车装置实现飞机的刹车。
公开号CN103640693A公开了一种基于DSP+FPGA的飞机刹车系统防滑刹车控制盒，该控制盒包含控制板和监控板，控制板和监控版均采用DSP和FPGA完成对刹车控制系统的控制，但是，未考虑单点故障造成的非指令刹车，以及运用FPGA芯片进行独立的运算实现监控版的代替，减少板子的使用以及芯片的个数。
随着飞机机载系统的发展，对机载系统的安全性、可靠性、模块化以及精度的控制要求越来越高，为了满足这些要求，对控制器的软/硬件均提出了较高要求。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于FPGA的飞机刹车控制器，包括两块相同的控制板，每一块控制板控制两个刹车通道，两块控制板之间完全独立；每一块控制板包括接口电路、CPU芯片、FPGA1芯片、FPGA2芯片、NVM1芯片和NVM2芯片；CPU芯片通过SPI接口与FPGA1芯片通信；FPGA1芯片通过SPI接口分别与NVM1芯片和NVM2芯片通信；接口电路分别与FPGA1芯片和FPGA2芯片直接连接，用于采集现场信号和传输控制信号；FPGA1芯片和FPGA2芯片完全独立，不进行信息交互；仅当FPGA1与FPGA2同时输出控制切断阀打开信号到接口电路时，切断阀才能够打开。本发明控制器提高了安全性和可靠性，避免了单点故障造成的非指令刹车，能够快速定位到故障设备，减少维修时间。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
一种基于FPGA的飞机刹车控制器，包括两块相同的控制板，每一块控制板控制两个刹车通道，两块控制板之间完全独立；每一块控制板包括接口电路、CPU芯片、FPGA1芯片、FPGA2芯片、NVM1芯片和NVM2芯片；所述CPU芯片通过SPI接口与FPGA1芯片通信；所述FPGA1芯片通过SPI接口分别与NVM1芯片和NVM2芯片通信；所述接口电路分别与FPGA1芯片和FPGA2芯片直接连接，用于采集现场信号和传输控制信号；所述FPGA1芯片和FPGA2芯片完全独立，不进行信息交互；
所述接口电路包括多个ADC芯片、多个DAC芯片、数字量接口电路、ARINC 429收模块和ARINC 429发模块；接口电路接收压力传感器信号和温度传感器信号，通过ADC芯片将模拟量转换为数字量送入FPGA1芯片；数字量接口电路采集轮载信号、油门杆信号和起落架手柄信号，同时送入FPGA1芯片和FPGA2芯片；所述ARINC429收模块接收ARINC 429信号同时送入FPGA1芯片和FPGA2芯片，所述ARINC429发模块仅接收FPGA1芯片发送的信号；所述DAC芯片将FPGA1芯片发送的伺服阀控制指令信号和指令传感器信号转换为模拟信号控制伺服阀和指令传感器；
所述FPGA1芯片接收接口电路所接收的全部信号，并对所接收到的每一个信号进行有效性判断，将判断后的信号的值以及信号的有效性发送到CPU芯片；
所述CPU将接收到的FPGA1芯片传来的信号值及有效性进行功能逻辑判断，通过PD+PBM控制算法，输出切断阀控制信号、伺服阀控制信号、指令传感器信号、刹车温度信号、机轮速度信号以及故障信息到FPGA1芯片，通过FPGA1芯片完成对切断阀和伺服阀的控制；
所述FPGA2芯片接收接口电路输入的ARINC 429信号、离散的轮载信号、油门杆信号、起落架手柄信号以及机轮速度信号，并对接收到的信号进行有效性判断，通过信号值以及信号的有效性，综合判断是否满足在地面激活刹车或收上止转功能激活或着陆前自检功能激活三个条件，同时满足以上三个条件则输出控制切断阀打开信号到接口电路；
所述NVM1芯片用以储存FPGA1判断的无效信息和CPU判断的故障；所述NVM2芯片用于存储指令信号、速度信号、切断阀指令、伺服阀指令和压力信号；
仅当FPGA1与FPGA2同时输出控制切断阀打开信号到接口电路时，切断阀才能够打开。
本发明的有益效果如下：
1、本发明采用FPGA采集及控制，提高了控制板的控制精度及采样频率，减少了芯片数量。
2、本发明采用两个FPGA独立控制，提高了控制器的安全性和可靠性，避免了单点故障造成的非指令刹车。
3、本发明实时监控各设备以及接口电路的状态，并将故障存储到NVM中，能够快速定位到故障设备，减少维修时间。
4、本发明可在不同型号中进行复用。
附图说明
图1为本发明控制板电路示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
本发明提供了一种基于FPGA的飞机刹车系统控制器，以实现对刹车控制的高安全性、高可靠性目的。
如图1所示，一种基于FPGA的飞机刹车控制器，包括两块相同的控制板，每一块控制板控制两个刹车通道，两块控制板之间完全独立；每一块控制板包括接口电路、CPU芯片、FPGA1芯片、FPGA2芯片、NVM1芯片和NVM2芯片；所述CPU芯片通过SPI接口与FPGA1芯片通信；所述FPGA1芯片通过SPI接口分别与NVM1芯片和NVM2芯片通信；所述接口电路分别与FPGA1芯片和FPGA2芯片直接连接，用于采集现场信号和传输控制信号；所述FPGA1芯片和FPGA2芯片完全独立，不进行信息交互；
所述接口电路包括多个ADC芯片、多个DAC芯片、数字量接口电路、ARINC 429收模块和ARINC 429发模块；接口电路接收压力传感器信号和温度传感器信号，通过ADC芯片将模拟量转换为数字量送入FPGA1芯片；数字量接口电路采集轮载信号、油门杆信号和起落架手柄信号，同时送入FPGA1芯片和FPGA2芯片；所述ARINC429收模块接收ARINC 429信号同时送入FPGA1芯片和FPGA2芯片，所述ARINC429发模块仅接收FPGA1芯片发送的信号；所述DAC芯片将FPGA1芯片发送的伺服阀控制指令信号和指令传感器信号转换为模拟信号控制伺服阀和指令传感器；
所述FPGA1芯片接收接口电路所接收的全部信号，并对所接收到的每一个信号进行有效性判断，将判断后的信号的值以及信号的有效性发送到CPU芯片；
所述CPU将接收到的FPGA1芯片传来的信号值及有效性进行功能逻辑判断，通过PD+PBM控制算法，输出切断阀控制信号、伺服阀控制信号、指令传感器信号、刹车温度信号、机轮速度信号以及故障信息到FPGA1芯片，通过FPGA1芯片完成对切断阀和伺服阀的控制；
所述FPGA2芯片接收接口电路输入的ARINC 429信号、离散的轮载信号、油门杆信号、起落架手柄信号以及机轮速度信号，并对接收到的信号进行有效性判断，通过信号值以及信号的有效性，综合判断是否满足在地面激活刹车或收上止转功能激活或着陆前自检功能激活三个条件，同时满足以上三个条件则输出控制切断阀打开信号到接口电路；
所述NVM1芯片用以储存FPGA1判断的无效信息和CPU判断的故障；所述NVM2芯片用于存储指令信号、速度信号、切断阀指令、伺服阀指令和压力信号；
仅当FPGA1与FPGA2同时输出控制切断阀打开信号到接口电路时，切断阀才能够打开。
在本实施例中，包含4个指令传感器信号的电路通过四个ADC转换器发送信号到FPGA1中，所述ADC分别为ADC0、ADC1、ADC2和ADC3，4个指令传感器的激励信号通过2个DAC获得，所述DAC分别为DAC0和DAC1，每一个DAC为两个指令传感器提供激励，2个压力传感器信号的接口电路通过ADC0以及ADC1转换器发送信号到FPGA1中，2个温度传感器信号的接口电路通过ADC2以及ADC3转换器发送信号到FPGA1中，并且包含ARINC429收模块，接收ARINC429信号分别发送到FPGA1以及FPGA2，并且FPGA1发送信号到ARINC429发模块。轮载信号、油门杆信号以及起落架手柄的数字信号同时发送到FPGA1以及FPGA2进行有效性判断以及综合判断，并且将机轮速度信号同时发送到FPGA1以及FPGA2。FPGA1和CPU通过SPI连接，FPGA1和两个NVM通过SPI连接，分别为NVM1，NVM2，FPGA1将判断的无效信号，以及CPU传递的故障信息存储在NVM1中，将指令信号、速度信号、切断阀指令、伺服阀指令、压力信号存储在NVM2中。

Claims (1)

1.一种基于FPGA的飞机刹车控制器，其特征在于，包括两块相同的控制板，每一块控制板控制两个刹车通道，两块控制板之间完全独立；每一块控制板包括接口电路、CPU芯片、FPGA1芯片、FPGA2芯片、NVM1芯片和NVM2芯片；所述CPU芯片通过SPI接口与FPGA1芯片通信；所述FPGA1芯片通过SPI接口分别与NVM1芯片和NVM2芯片通信；所述接口电路分别与FPGA1芯片和FPGA2芯片直接连接，用于采集现场信号和传输控制信号；所述FPGA1芯片和FPGA2芯片完全独立，不进行信息交互；
所述接口电路包括多个ADC芯片、多个DAC芯片、数字量接口电路、ARINC 429收模块和ARINC 429发模块；接口电路接收压力传感器信号和温度传感器信号，通过ADC芯片将模拟量转换为数字量送入FPGA1芯片；数字量接口电路采集轮载信号、油门杆信号和起落架手柄信号，同时送入FPGA1芯片和FPGA2芯片；所述ARINC429收模块接收ARINC 429信号同时送入FPGA1芯片和FPGA2芯片，所述ARINC429发模块仅接收FPGA1芯片发送的信号；所述DAC芯片将FPGA1芯片发送的伺服阀控制指令信号和指令传感器信号转换为模拟信号控制伺服阀和指令传感器；
所述FPGA1芯片接收接口电路所接收的全部信号，并对所接收到的每一个信号进行有效性判断，将判断后的信号的值以及信号的有效性发送到CPU芯片；
所述CPU将接收到的FPGA1芯片传来的信号值及有效性进行功能逻辑判断，通过PD+PBM控制算法，输出切断阀控制信号、伺服阀控制信号、指令传感器信号、刹车温度信号、机轮速度信号以及故障信息到FPGA1芯片，通过FPGA1芯片完成对切断阀和伺服阀的控制；
所述FPGA2芯片接收接口电路输入的ARINC 429信号、离散的轮载信号、油门杆信号、起落架手柄信号以及机轮速度信号，并对接收到的信号进行有效性判断，通过信号值以及信号的有效性，综合判断是否满足在地面激活刹车或收上止转功能激活或着陆前自检功能激活三个条件，同时满足以上三个条件则输出控制切断阀打开信号到接口电路；
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