基于嵌入式处理与FPGA架构的飞机重心调节控制系统及方法技术方案

基于嵌入式处理与FPGA架构的飞机重心调节控制系统及方法，它属于飞机定型试飞科目重心调节技术领域。本发明专利技术解决了现有的飞机重心调节控制方法的控制系统的性能差的问题。本发明专利技术协同考虑硬件资源与软件需求，充分利用了FPGA架构可完全重配置与提供硬件定时的快速性与稳定性，实现数据采集与控制逻辑，并根据需求配置了不同I/O功能模块；也充分利用了嵌入式处理部分能够完成复杂算法计算的优势，即通过搭建飞机重心实时计算与飞机重心调节控制系统平台，本发明专利技术实现了数据的高速传输与处理，提升了控制系统的性能。本发明专利技术可以应用于飞机定型试飞科目重心调节技术领域。

【技术实现步骤摘要】
基于嵌入式处理与FPGA架构的飞机重心调节控制系统及方法
本专利技术属于飞机定型试飞科目重心调节
，具体涉及一种飞机重心调节的控制方法。
技术介绍
飞机重心调节系统实现自动化调节，自动控制的实现就是通过控制装置使过程在没有人直接参与的情况下自动的按照预定的规律运行。一般使用工业控制计算机为核心的控制系统来实现自动控制测量，即可编程逻辑控制器(简称PLC)，该系统中包括CPU模块、模拟量输入(AI)模块、开关量输入(DI)模块、模拟量输出(AO)模块、开关量输出(DO)模块及电源模块以及通讯模块通过“搭积木”的方式共存于专用的底板上，通过内部总线交换信息。但是工业控制计算机在飞机试飞科目的重心调节中应用存在较为明显的弊端，其较弱的抗干扰能力与电磁兼容能力将会直接影响其工作的稳定性，导致现有的飞机重心调节控制方法的控制风险较高、控制系统的性能较差。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有的飞机重心调节控制方法的控制系统的性能差的问题。本专利技术为解决上述技术问题采取的技术方案是：基于本专利技术的一个方面，基于嵌入式处理与FPGA架构的飞机重心调节控制系统，所述飞机重心调节控制系统包含有嵌入式处理部分和FPGA架构部分；所述嵌入式处理部分包含有参数的显示与输入模块、重心实时计算模块和串行口RS422模块；所述FPGA架构部分包含有模拟电流采集模块(AI)、数字信号输入输出模块(DIO)、模拟电流输出模块(AO)、航空总线429模块和PID控制模块；模拟电流采集模块(AI)用于采集传感器的输出信号，并对采集到的传感器输出信号进行平滑滤波得到滤波结果的数据，将滤波结果的数据发送给嵌入式处理部分；数字信号输入输出模块(DIO)用于采集执行机构的反馈信号，并根据反馈信号来判断执行机构的工作状态，再将执行机构的工作状态数据发送给嵌入式处理部分；航空总线429模块用于实时读取飞机姿态信息与燃油数据信息，并将读取到的信息解码转变为可供处理的数据后发送给嵌入式处理部分；嵌入式处理部分的参数的显示与输入模块用于根据接收到的数据来刷新显示界面，并通过显示界面设置飞机重心的预设定值；嵌入式处理部分的重心实时计算模块用于计算飞机的实时重心值；PID控制模块从重心实时计算模块获取飞机的实时重心值，同时利用从参数的显示与输入模块获取的飞机重心的预设定值来计算控制信号，并将控制信号通过数字信号输入输出模块(DIO)和模拟电流输出模块(AO)输出给控制机构，实现对飞机重心的调节；串行口RS422模块用于将嵌入式处理部分接收到的数据以及重心实时计算模块计算的数据作为遥测数据发送出去。基于本专利技术的另一个方面：基于嵌入式处理与FPGA架构的飞机重心调节的控制方法，该方法通过以下步骤实现：FPGA架构部分的模拟电流采集模块(AI)采集传感器的输出信号，并对传感器的输出信号进行平滑滤波得到滤波结果数据；FPGA架构部分的航空总线429模块实时读取飞机姿态信息与燃油数据信息、并将读取到的信息解码转变为可供处理的数据(实际的处理方法是429总线特有的基于Label号的数据挑选方式)；FPGA架构部分的数字信号输入输出模块(DIO)采集执行机构的反馈信号，并依据采集的反馈信号来判断执行机构的工作状态，以得到执行机构的工作状态数据嵌入式处理部分接收FPGA架构部分的数据，参数的显示与输入模块根据接收到的数据来刷新显示界面，并通过显示界面设置飞机重心的预设定值；重心实时计算模块根据接收到的数据来计算飞机的实时重心值；PID控制模块利用从重心实时计算模块获取飞机的实时重心值和从参数的显示与输入模块获取的飞机重心的预设定值来计算控制信号，并将控制信号通过数字信号输入输出模块(DIO)和模拟电流输出模块(AO)输出给控制机构，实现对飞机重心调节的控制；串行口RS422模块用于将嵌入式处理部分接收到的数据以及重心实时计算模块计算的数据作为遥测数据发送出去。本专利技术的有益效果是：本专利技术设计了一种基于嵌入式处理与FPGA架构的飞机重心调节控制系统及方法，本专利技术协同考虑硬件资源与软件需求，充分利用了FPGA架构可完全重配置与提供硬件定时的快速性与稳定性，实现数据采集与控制逻辑，并根据需求配置了不同I/O功能模块；也充分利用了嵌入式处理部分能够完成复杂算法计算的优势，即通过搭建飞机重心实时计算与飞机重心调节控制系统平台，本专利技术实现了数据的高速传输与处理，提升了控制系统的性能。附图说明图1是本专利技术的基于嵌入式处理与FPGA架构的飞机重心调节控制系统的结构图；具体实施方式具体实施方式一：如图1所示，本实施方式所述的基于嵌入式处理与FPGA架构的飞机重心调节控制系统，所述飞机重心调节控制系统包含有嵌入式处理部分和FPGA架构部分；所述嵌入式处理部分包含有参数的显示与输入模块、重心实时计算模块和串行口RS422模块；所述FPGA架构部分包含有模拟电流采集模块(AI)、数字信号输入输出模块(DIO)、模拟电流输出模块(AO)、航空总线429模块和PID控制模块；模拟电流采集模块(AI)用于采集传感器的输出信号，并对采集到的传感器输出信号进行平滑滤波得到滤波结果的数据，将滤波结果的数据发送给嵌入式处理部分；数字信号输入输出模块(DIO)用于采集执行机构的反馈信号，并根据反馈信号来判断执行机构的工作状态，再将执行机构的工作状态数据发送给嵌入式处理部分；航空总线429模块用于实时读取飞机姿态信息与燃油数据信息，并将读取到的信息解码转变为可供处理的数据后发送给嵌入式处理部分；嵌入式处理部分的参数的显示与输入模块用于根据接收到的数据来刷新显示界面，并通过显示界面设置飞机重心的预设定值；嵌入式处理部分的重心实时计算模块用于计算飞机的实时重心值；PID控制模块从重心实时计算模块获取飞机的实时重心值，同时利用从参数的显示与输入模块获取的飞机重心的预设定值来计算控制信号，并将控制信号通过数字信号输入输出模块(DIO)和模拟电流输出模块(AO)输出给控制机构，实现对飞机重心的调节；串行口RS422模块用于将嵌入式处理部分接收到的数据以及重心实时计算模块计算的数据作为遥测数据发送出去。本实施方式整体分为运行实时监控软件的嵌入式处理与执行控制逻辑的可重构FPGA两个部分，两个部分既分别发挥各自的优势，又通过数据的传递有机的关联在一起，协同工作。模拟电流采集模块(AI)、数字信号输入输出模块(DIO)、模拟电流输出模块(AO)和航空总线429模块的功能介绍如表1所示：表1本实施方式的PID控制模块在计算控制信号时，除了利用飞机的实时重心值和飞机重心的预设定值外，还需要用到AI模块、DIO模块和429模块的数据解算后的数据。本实施方式在提升控制系统的性能的同时，方案中采用一种硬件看门狗机制，能够很好解决软件跑飞的问题，以降低控制风险。而且本实施方式简化了嵌入式控制和监测系统的设计，具有很好的应用前景。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述嵌入式处理部分还包括文件存储及回放模块和1588授时模块：所述1588授时模块用于同步飞机上的主时钟源来精准定时(精准定时的目的是为了重心调配系统能够与飞机上的时钟系统进行同步，实现系统运行过程中记录时间戳的统一)；所述文件存储及回放模块用于记录、并存储嵌本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于嵌入式处理与FPGA架构的飞机重心调节控制系统，其特征在于，所述飞机重心调节控制系统包含有嵌入式处理部分和FPGA架构部分；所述嵌入式处理部分包含有参数的显示与输入模块、重心实时计算模块和串行口RS422模块；所述FPGA架构部分包含有模拟电流采集模块、数字信号输入输出模块、模拟电流输出模块、航空总线429模块和PID控制模块；模拟电流采集模块用于采集传感器的输出信号，并对采集到的传感器输出信号进行平滑滤波得到滤波后的数据，将滤波后的数据发送给嵌入式处理部分；数字信号输入输出模块用于采集执行机构的反馈信号，并根据反馈信号来判断执行机构的工作状态，再将执行机构的工作状态数据发送给嵌入式处理部分；航空总线429模块用于实时读取飞机姿态信息与燃油数据信息，并将读取到的信息解码转变为可供处理的数据后发送给嵌入式处理部分；嵌入式处理部分的参数的显示与输入模块用于根据接收到的数据来刷新显示界面，并通过显示界面设置飞机重心的预设定值；嵌入式处理部分的重心实时计算模块用于计算飞机的实时重心值；PID控制模块从重心实时计算模块获取飞机的实时重心值，同时利用从参数的显示与输入模块获取的飞机重心的预设定值来计算控制信号，并将控制信号通过数字信号输入输出模块和模拟电流输出模块输出给控制机构，实现对飞机重心的调节；串行口RS422模块用于将嵌入式处理部分接收到的数据以及重心实时计算模块计算的数据作为遥测数据发送出去。...

【技术特征摘要】
1.基于嵌入式处理与FPGA架构的飞机重心调节控制系统，其特征在于，所述飞机重心调节控制系统包含有嵌入式处理部分和FPGA架构部分；所述嵌入式处理部分包含有参数的显示与输入模块、重心实时计算模块和串行口RS422模块；所述FPGA架构部分包含有模拟电流采集模块、数字信号输入输出模块、模拟电流输出模块、航空总线429模块和PID控制模块；模拟电流采集模块用于采集传感器的输出信号，并对采集到的传感器输出信号进行平滑滤波得到滤波后的数据，将滤波后的数据发送给嵌入式处理部分；数字信号输入输出模块用于采集执行机构的反馈信号，并根据反馈信号来判断执行机构的工作状态，再将执行机构的工作状态数据发送给嵌入式处理部分；航空总线429模块用于实时读取飞机姿态信息与燃油数据信息，并将读取到的信息解码转变为可供处理的数据后发送给嵌入式处理部分；嵌入式处理部分的参数的显示与输入模块用于根据接收到的数据来刷新显示界面，并通过显示界面设置飞机重心的预设定值；嵌入式处理部分的重心实时计算模块用于计算飞机的实时重心值；PID控制模块从重心实时计算模块获取飞机的实时重心值，同时利用从参数的显示与输入模块获取的飞机重心的预设定值来计算控制信号，并将控制信号通过数字信号输入输出模块和模拟电流输出模块输出给控制机构，实现对飞机重心的调节；串行口RS422模块用于将嵌入式处理部分接收到的数据以及重心实时计算模块计算的数据作为遥测数据发送出去。2.根据权利要求1所述的基于嵌入式处理与FPGA架构的飞机重心调节控制系统，其特征在于，所述嵌入式处理部分还包括文件存储及回放模块和1588授时模块：所述1588授时模块用于同步飞机上的主时钟源来精准定时；所述文件存储及回放模块用于记录、并存储嵌入式处理部分接收到的数据以及重心实时计算模块计算出的实时重心值。3.根据权利要求2所述的基于嵌入式处理与FPGA架构的飞机重心调节控制系统，其特征在于，所述文件存储及回放模块将嵌入式处理部分接收到的数据以及重心实时计算模块计算出的实时重心值存储在U盘、SD卡以及本地内存中。4.根据权利要求1所述的基于嵌入式处理与FPGA架构的飞机重心调节控制系统，其特征在于，所述数字信号输入输出模块采集的反馈信号包括电磁阀门和气阀的反馈信号。5.根据权利要求1所述的基于嵌入式处理与FPGA架构的飞机...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏德宝，乔立岩，窦天蔚，赵光权，彭喜元，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23