虚拟飞行控制系统介绍
虚拟飞行控制系统
虚拟飞行控制系统采用RT-LAB软件进行飞行控制律设计、实时仿真和仿真过程中的在线管理、监控功能。
1、开发模式
鉴于本项目面临着更短的开发周期，更高的开发质量的要求，通过调查研究，决定在本项目开发过程中借鉴V 模式开发流程进行。所谓V 模式，是指在开发过程中通过不断的验证（Verification）与确认（Validation），确保开发的产品在从顶层设计到最终实现的过程中保持一致。这种V&V 开发模式，采用现代的并行计算技术，通过基于模型（model based）的设计理念，以图形化的模型作为设计平台，并以建立的模型作为整个系统设计的规范，通过不断的仿真来验证设计的正确性与可靠性。V 模式下的开发流程包括：系统模型建立，模型仿真验证，快速原型验证，代码生成以及相应的集成、测试和标定工作。
图1：V 模式下的开发流程
V 模式的开发流程目前已被广泛运用于汽车、军工及工业自动化控制系统开发等领域，该模式保证了开发过程的一致性，提高了产品开发质量，缩短了开发
周期，提高了研发人员的开发效率。
2、开发内容
虚拟飞行控制系统的开发内容包括：
1）虚拟飞行控制系统模型开发
在matlab/simulink环境下对飞机各部分分别进行建模；
2）模型的集成、测试、离线仿真和验证
根据实际系统中信号在各子系统之间的传递关系将上一步开发的模型集
成在一起组成完整的虚拟飞行控制系统模型。输入各个模型的参数并通
过离线仿真验证整个系统的响应是否与实际系统的响应测试值相一致。
如果不一致，则需要进一步调整不同模型的参数，使得离线仿真的结果
与实测值相吻合。
3）快速控制原型系统
将控制器模型下载到RT-LAB平台上实时运行，实时仿真机相当于实际的
控制器。实时仿真机通过AD，DA 和DIO接口板卡与实物相连。通过控
制器为数字的半实物仿真系统可以检验控制算法的工作情况，包括算法
的稳定性及控制精度；考核以及优化控制算法的整体性能。
4）硬件在回路（HIL）仿真
将虚拟飞行控制系统模型下载到RT-LAB平台上实时运行，通过RT-LAB
平台提供的IO接口和功放设备实现控制器实物与仿真模型的实时联合
仿真，实现对控制器的功能测试和验证。
5）故障复现
将虚拟飞行控制系统模型下载到RT-LAB平台上实时运行，通过在线设置
不同的故障状态模拟或复现实际系统在运行过程中遇到的各种问题或出
现的故障现象，为分析和解决问题提供参考依据。
3、解决方案
针对上面提到的虚拟飞行控制系统半实物实时仿真系统的重点问题，我们提供如下解决办法：
1）虚拟飞行控制系统的建模与仿真验证
虚拟飞行控制系统各组成部分的模型的开发采用matlab/Simulink工具包，分别建立飞行器动力学、姿态传感器和执行舵机仿真模型。
各子系统的模型建好后，根据实际系统中信号在各子系统之间的传递关系在matlab/simulink环境中将各个子系统的模型集成在一起组成完整的虚拟飞行控制系统模型。输入各个模型的参数并通过离线仿真验证整个系统的响应是否与实际系统的响应测试值相一致。如果不一致，则需要进一步调整模型的参数，使得离线仿真的结果与实测值相吻合。
2）快速控制原型系统的构建和实时仿真验证
完成图形化建模和离线仿真之后，控制算法模型已在仿真环境中进行了充分的验证，但是在实际环境中的控制效果还有待验证。按照传统开发方法，如果要验证控制算法的实际控制效果，必须先制作出实际的产品控制器，也就要花大量的时间进行产品控制器的硬件设计制作和软件代码编写工作，而一旦控制算法设计不合理，这些软硬件实现投入就要被推翻重来，这会直接导致开发过程中的时间和经费的浪费。因此，基于V 模式的开发流程第二步就是快速控制原型，可以为研发工程师提供一个在原型控制器硬件基础上验证仿真模型的通用硬件平台。
基于RT-LAB平台实现快速控制原型，具体可以分为三个部分：原型控制器硬件、控制算法自动代码生成、控制算法实时测试和修改。
原型控制器硬件由RT-LAB的硬件平台OP5600实时仿真机实现。OP5600实时仿真机中包含了强大的多核处理器，可以对算法进行实时运算；同时还提供了丰富的外设接口：A/D、D/A、数字I/O接口，通过这些接口实现实时仿真机与控制器及控制对象的信号连接和数据通讯。工程师通过RT-LAB提供的IO接口库，可以将仿真模型中的参数关联到相应的外设接口上，同时也可以将外界物理信号采集到模型中作为模型的输入参数。
利用MATLAB 提供的Real Time Workshop 代码生成工具将仿真模型自动生成代码，编译、链接、下载到实时仿真机中，这样就实现控制器原型。将控制器原型与控制对象连接进行控制算法的在线闭环测试验证。
使用RT-LAB软件可以帮助工程师实现对硬件的管理以及完成模型的在线调
试过程。对于多处理器系统，可以将模型方便的分配到不同的处理器上运行。硬件系统通过PCI 总线与PC 机通讯，完成板卡注册，程序下载，实时数据传输，从而实现模型参数的实时修改与监测。工程师利用RT-LAB提供的Labview 接口，可以通过拖拽的方式快速完成试验界面的创建，建立自己的虚拟试验测试平台，通过将模型中的参数变量拖到相应控件完成变量与控件的关联，实现对飞行控制系统控制器原型进行在线测试。工程师通过拖动控件改变对应的参数值，修改后的参数将实时的传送到硬件平台的控制器中，同时，控制器运算的结果也将实时的发送到上位机，并通过相应控件显示出来。
通过RT-LAB软件可以实现在线调参，优化控制参数，记录数据，可将记录的数据与参考数据进行比较分析，也可以将数据导入MATLAB 进行分析处理。通过RT-LAB软件还可以实现自动测试功能，工程师应用python语言编写相应的自动测试序列程序，就可以使RT-LAB软件自动的对控制算法进行测试。通过以上过程最终完成了对控制算法的在线测试验证。
3）硬件在回路HIL 测试
硬件在回路仿真系统(HIL)是一种计算机辅助测试工具，通过 HIL 系统可以在虚拟环境中对控制系统及软件进行大量测试，而无需真实的飞行控制系统原型。这种测试系统性强，成本低，而且非常安全，即使测试中超过极限条件，也不会造成任何损坏。而且可以设计控制器不同的工作环境和工作条件，自动的对控制器进行全面批量测试。
4）故障复现和解决方案评估
在硬件在回路仿真系统的基础上，通过在仿真模型中设置不同的故障点或故障现象来模拟飞行控制系统运行的出现的各种故障状况，实现在实验室对真实情况的复现。此外，在仿真模型中可以设置各种极限状况，模拟飞行过程中的各种极端工作条件，检验控制系统对故障的响应和处理能力。
4、相关工具介绍
RT-LAB是由加拿大Opal-RT公司推出的一种全新的基于模型的工程设计应用平台。应用RT-LAB，工程师可以在一个平台上实现工程项目的设计，实时仿真，快速原型与硬件在回路测试的整套解决方案。
4.1 关键特性
1)实时模型开发
●与Matlab/Simulink/Stateflow/Real time workshop/SimPowerSystems
的完全兼容
●具有专门的模块用于将模型转化为可以分布式，实现CPU节点间数据交换以
及信号I/O
●简洁易用的图形用户界面，完善的API，允许与用户自己开发的上层应用程
序接口，包括LabVIEW, C++, VB, Matlab, Python以及3D虚拟现实工具
●支持第三方建模工具搭建的模型，包括：CarSim/TruckSim, GT-Power,
AMEsim, Dymola，以及用C工开发的模型
2)实时运行特性
●仿真在多个目标机，或者多核计算机上分布式同步运行
●目标机间通过带宽为20Gb/s的高速Dophin网络进行数据通讯
●集成的显示和监控面板
●动态信号跟踪—运行时可以选择监控任意信号
●在线参数编辑器—可以在运行时动态整定模型参数
●广泛I/O硬件支持—支持超过几十种主流I/O板卡，并在不断扩充
3)性能参数
●超高速运行模式（XHP），闭环运行步长可以达到10μs
●优化的硬实时调度机制—高性能，低抖动
4)对复杂模型的处理
由于这些模型可能会非常复杂，如果它们在一个单处理器的计算机上运行，经常会不能满足实时性要求。RT-LAB允许用户将系统的模型分割成若干个子系统并分布到基于x86的多核目标机网络中并行运算，从而保证整个系统仿真的实时性要求。
5)硬实时性能
通过多年的研究，RT-LAB提供了基于PC平台的最优秀的硬实时性能，并且能确保并行运算不会改变模型的行为，引入实时干扰，或者造成死锁。而且通过RT-LAB提供的独特的XHP运行模式，模型能以10μs左右的步长闭环运行，同
时将抖动控制在纳秒级。我们选择的底层实时操纵系统(RTOS) — QNX也是很重要的。它在许多任务关键的实时工程应用中表现出来的稳定性和可靠的实时性亦使其成为要求较高的工程模拟和控制项目的很好选择。
6)快速产品开发
RT-LAB提供的很多有用的特性可以使用户在最短的时间开发自己的实时系统。RT-LAB和Simulink的紧密集成。用户只需要在用Simulink设计好的模型中嵌入RT-LAB的针对实时性的模块，剩下的只需要在RT-LAB的简单易用的界面中点几下鼠标，就得到了能在目标机上实时运行的仿真模型。
针对其它的专业建模工具，RT-LAB也提供支持。用户可以将用这些专业工
具建立的模型与Simulink模型结合成一个系统模型，RT-LAB可以自动识别并
将此模型转化为实时模型。
此外，还可以通过RT-LAB提供的API工具将正在目标机上实时运行的模型与LabVIEW，WorldUp，Altia等显示工具联系起来，实现在线人机界面功能。用户也可以在自己的MATLAB，Python，Visual Basic和C++应用程序中通过RT-LAB API与模型交互。
7)降低风险
RT-LAB可以使用户以非常短的时间和非常低的成本将Simulink动态模型转化为硬件在回路应用中的实时模型。通过它的可扩展性以及COTS硬件的使用，用户的初始投资将会很低。随着应用的要求增长，也可以很灵活的增加系统运算能力。这种扩展能力能确保用户在实时工程应用中避免运算能力不足的问题。使用户能在时间和预算范围内提交最优的解决方案。
4.2 主要功能描述
1)分布式计算
能够将复杂的模型分布到若干CPU上并行运算是RT-LAB的独创。这样做除了扩展运算能力外，还意味着用户可以用较低的成本灵活的组建符合自己需要的实时平台，并能结合项目的需要扩展。 RT-LAB的分布式特点表现为两个方面：分布式的目标机，分布式的主机平台。
2)分布式的目标机运行—运算负荷的分配
对复杂系统的实时仿真问题，我们分别从软件和硬件两方面入手解决该问
题。
软件方面：RT-LAB提供的工具可以方便的将系统模型分割为若干子系统模型，并分配到目标机不同CPU核上并行运算。通过这种方式，当用户的模型在单个目标机上不能实时运行时，RT-LAB可以将运算负荷分配到多个目标机上，这样就有足够的运算能力来满足实时性要求。在模型运行时，RT-LAB支持多个目标机之间通过Dophin网络进行通讯。用户也可以在主机平台上与目标机上的仿真模型通过千兆以太网进行实时在线交互。
硬件方面：通过采用基于多核CPU的的并行处理系统，为实时仿真提供相应的硬件平台。系统的结构如下图所示。
考虑到用户的使用情况，推荐采用OP5600实时仿真机。OP5600实时仿真机共包含12-core INTEL CPU，CPU之间通过share memory进行数据通讯，整个系统的实时仿真步长最小可以达到10us左右。
OP5600本身带有AD，DA，DIO模块，通过这些IO模块与实际设备相连。IO 模块可灵活配置，IO模块参数如下：
?AD, 16-bits, 2 us, diff input +-16V, 16通道；
?DA, 16-bits. 1 us, +-16V, 16通道；
?普通DO，100-nanos Opto coupler, 5 to 30V, 20mA 32通道；
?普通DI，100-nanos Opto coupler, 5 to 30V, 20mA, 32通道；
?带时间戳TSDO,10-nanos-timer with 5-30V 100-nano Opto-coupler 32通道；
?带时间戳TSDI, 10-nanos-timer with 5-30V 100-nano Opto-coupler 32通道；
?带时间戳的DIO主要用于PWM信号的产生和捕获，编码信号的产生和捕获等功能。
20 Gbits/s 24 port Non-blocking
INFINIBAND Switch
TabletPC
Tactile
Interface Power Electronic
Development Station no1
Power Electronic Development Station no 2FW: FireWire 800Mbits/s FW
analog and logic IO cables
analog and logic IO cables SW SW: SignalWire
1.5 G bits/s
14 processors Real Time Power System
Simulator Cluster
SELECTED
ON-LINE For Future Use
Switch SELECTED
ON-LINE For Future Use UPS SW
SW Optional remote
FPGA reconfigurable IOs 1Gbits /s Ethernet
HOST
Workstations EXTERNAL EQUIPMENT EXTERNAL
EQUIPMENT
1 G bits/s Ethernet
HILBOX with 2-OPTERON
HILBOX with 2-OPTERON 2-VIRTEXIIPro FPGA board
16 A D, 16 D A, 32 DIO
图2：硬件结构图
3) 分布式的主机平台—从子系统设计到完整系统仿真的集成
正是由于允许将仿真模型分布到目标机上并行运算，因此RT-LAB 也是大型仿真项目的理想的团队开发平台。每个开发小组专注于自己的子系统模型的设计，并在自己的仿真目标机上进行实时测试。然后，各个小组的模型可以组合成完整系统的模型。每个子系统之间的数据交换可以通过目标机之间的实时通讯网络进行。用户还可以在线整定模型参数，使自己的子系统模型在全局仿真中最优化。
4) 对模型开发软件的支持
MATLAB/Simulink/Real Time Workshop
RT-LAB 的模型开发部分和Simulink 环境紧密集成，所以用户在用Simulink 建模时就可以对模型做一些准备，使其符合RT-LAB 的分布式处理要求。RT-LAB 在Simulink 的库中加入了一些特殊的模块集，可以处理模型转化为分布式后的节点间数据通讯和信号I/O 的问题。 当模型准备好以后，RT-LAB 调用RTW 将分
割开的各个子系统分别生成C代码使其能够编译成在目标节点上允许的可执行文件。
图3：simulink仿真模型示例
●完全支持Stateflow
如果模型中包含状态逻辑，没有问题！RT-LAB完全支持在Simulink模型中嵌入的Stateflow模块。
图4：Stateflow仿真模型示例
●完全支持SimPowerSystems
Simulink集成了SimPowerSystems模块集，用于电力系统的离线(非实时)仿真。RT-LAB的模型开发工具可以很快的将这些模型转化为实时仿真应用。
图5：SimPowerSystems仿真模型示例
5)与其它应用程序的集成
●基于LabVIEW的用户界面开发
RT-LAB的LabVIEW API工具方便用户把实时模型和LabVIEW直接连接，而且不需要写任何代码。这些API工具被制作成LabVIEW的SubVI形式，可以帮助用户很快的制作LabVIEW GUI。这些SubVI不仅能实现模型与GUI之间的数据通讯，还能够判断信号的状态以及进行错误处理，这无疑增强了系统的稳定性。
图6：S与LabVIEW集成示例
●应用Visual Basic和Python实现仿真的自动运行
很多情况下，用户需要在测试过程中反复运行实时模型很多次，以遍历模型某参数的所有可能值以得到最优，或者是协调子系统之间的通讯。针对这样的需要，RT-LAB的API还支持两种最常见的脚本语言：Visual BASIC和Python。通过RT-LAB的VB API，用户可以非常方便的用自己的VB应用程序和RT-LAB通讯，完成模型的下载和运行，从模型读取数据，更改模型参数和信号注入等多种功能。 Python是一种在科学应用领域正得到迅速普及的跨平台开放源代码脚本
语言。它的语法很接近MATLAB的m脚本；Python是面向对象的，也有类和线程等概念；允许用户自动运行任何平台上的应用程序。RT-LAB的API运行用户设置RT-LAB模型并借助Python语言实现自动测试运行。同时，由于Python支持多线程，所以用户可以并行处理多个模型，让它们在多台RT-LAB目标机上同时运行。这样，用户可以在单台主机上同时协调许多不同的测试，甚至让数据从一个测试平台流向另一个平台。
●RT-LAB TestManager —自动测试和结果处理
对于工程系统来说，实时仿真是一种分析与验证手段。实时仿真的过程往往包括反复的模型测试，参数组态，读取试验结果并作出分析报告。实际项目经验表明，这些过程非常的繁琐，需要消耗大量的精力。因此Opal-RT的研发者针对这种问题开发了一种能够自动完成这些繁琐的试验工作的软件工具－RT-LAB TestManager。 TestManager是借助于RT-LAB的Python API实现的前端自动测试工具。用户可以自主定义测试序列，包括参数范围，分析脚本和报告模板。一旦这些都确定以后，TestManager就能自动的运行序列中的所有测试，分析试验数据，并产生测试报告文档。TestManager在参数遍历，灵敏性分析和Monte Carlo 测试中非常有用。
●对3D虚拟现实工具的支持
如果选用RT-3D组件，用户可以读取仿真数据并实时的在3D虚拟现实环境中显示出来。RT-LAB支持所有的能够导入外部数据的虚拟现实工具，例如MATLAB 的Virtual reality工具箱，World Up, Altia等。这样可以为仿真模型创立非常精彩的3D显示效果，用户可以实时的身临其境的观察模型的动作并与其交互。
图7：与Virtual reality集成示例
6)I/0与数据记录
RT-LAB的数据I/O和记录特性包括模型仿真过程的数据采集与记录，模拟或数字信号的采集和产生，以及目标机平台实时操作系统QNX下的硬件驱动。RT-LAB独特的数据显示和记录特性使其成为现今最完整和便利的实时系统设计环境。利用RT-LAB的数据显示和记录工具，用户可以从容的在线读取仿真模型的实时信号或将其记录为文件。
RT-LAB自带的Probe Control用于数据读取参数设置，包括如下内容：
?基于数据帧的读取机制，用于数据的连续显示
?独立设置的多组数据读取
?在目标机本地硬盘上高速存入数据
?可设置的数据记录模式：连续，触发，帧长度
7)触发子系统
RT-LAB支持触发子系统，用户可以设置某些任务在触发时刻开始执行，而不必等到下一个时间步。这在将模型与外部电机或引擎同步时特别有用。
8)丰富的I/O硬件支持
RT-LAB支持众多的第三方厂家提供的PCI接口的硬件板卡，用户有充分的选择余地来搭建自己的HIL测试系统。这些板卡包括模拟量与数字量数据采集卡，计数器/计时器卡，数据通讯卡(RS-422/485，CANbus，MIL-STD-1553，ARINC 429，IEEE 1394)等。我们也能根据用户的需要为用户自己的板卡订制驱动程序。
9)动态信号跟踪
RT-LAB的动态信号跟踪功能灵活的解决了模型创建和仿真测试时与模型交互的问题。用户可以直接通过Simulink的界面，也可以利用RT-LAB API自行开发前端应用程序对模型仿真进行监控。
动态信号跟踪功能允许在模型运行时动态的选择读取模型的变量值和变量名，而省去了每次在设置需要显示或者记录哪些信号后都要重新编译模型的麻烦。这在模型开发和调试阶段节省了宝贵的时间。在用Simulink创建模型的时候，用户不需要考虑在模型运行时需要显示哪些信号，因为所有的信号都可以在模型运行时通过RT-LAB的Probe Control或者通过API动态选择。
图8：触发系统模型示例
10)在线参数调整和参数移植
许多用户在实际应用中普遍利用RT-LAB的Parameter Editor来动态的对模型进行组态。不光可以逐个的调整参数，也可以选择多个参数装入一个文件中一次性改变。但是，因为有可能在参数文件建立后模型的结构发生了改变，所以如果载入参数文件时如果某个参数已经在模型中不存在了，就会造成冲突。
RT-LAB提供了一个参数冲突管理器，当上述冲突出现时可以高亮显示提示用户，并且提供了方便的界面帮助用户找到冲突源并解决冲突。这意味着参数文件不仅能够在同一个模型的不同版本中使用，而且还能够被不同的模型共享。11)快照功能
快照功能允许用户记录当前的仿真状态并在后面的阶段中载入该状态。当运行的模型仿真时间很长时，用户可以利用快照功能将某个时间的仿真‘冻结’。整个系统的所有状态，包括输入值和积分值都被保存下来。这样做的意义在于：用户可以将某个耗时较长仿真项目(如过程控制等)的阶段性成功结果保存下来；当仿真重新开始时，就可以从这个阶段性成果上继续，而不必再从系统初始状态开始。
快照有两种激活模式：
?手动激活
?当仿真模型的某个信号到达某门限值时触发激活
12)以子系统为单位编译
对于大型仿真来说，编译模型很费时间，有时候要花一个多小时才能将整个模型完整的编译一次。RT-LAB可以节省花在编译上面的时间。事实上，在调试
时，很多种情况下只有模型的某个子系统发生了改变。RT-LAB允许用户只选择刚修改过的子系统重新编译，而不是重新编译整个系统，这样可以节省大量的时间！
13)性能监控工具
RT-LAB库中包括一套系统监控工具，用户可以借助这些工具在线评估模型仿真性能和调试模型。这些工具包括：
OpSimulationInfo：这个监控模块提供了该模块所在的子系统每一个时间步内的多种时间信息，例如：
?模型实际计算时间
?子系统间同步所开销时间
?总的步长
?子系统间数据实时通讯所用时间
这些时间信息为用户了解模型的复杂程度，子系统间的耦合关系以及模型的合理性等提供了非常有价值的信息。
OpTic，OpToc：这两个模块用来确定模型的某一部分的计算时间。将这两个模块插入到模型中的指定点上，用户就可以得到在这两个模块之间的部分模型仿真计算所用的时间。
OpSnapshot：用模型的某个信号触发，对系统拍一个快照。
OpDelay：在模型的指定点上插入一个用户给定的延时。
OpExternVal ：用户可以在模型实时运行环境下调试自制的S-function。
14)易用性
作为成熟的实时运行框架软件，RT-Lab提供了非常友好的用户界面，并易于掌握，从编辑、拆分、分配，直到运行模型，只需6步简单的操作即可完成。
第一步：打开模型
点“open model”，选择一个准备实时运行的模型。目前，RT-LAB支持由Matlab的Simulink或Matrix的SystemBuild建模仿真分析软件包生成的模型。如/home/demo/RTLAB/rtdemo1/rtdemo1.mdl，此时屏幕没有任何反应。
第二步：编辑模型
点选“Edit”，将闪现Matlab界面，然后显示：
将上图按RT_lab的要求创建子系统（从“Edit\Creat Subsystem”）。RT-LAB提供工具用于把模型拆分成便于在多个目标机节点或SMP系统中运行
的子任务，并加入实时特性。用表示其功能的前缀命名命名子系统（SC_ SM_ SS_）。右点一个子系统，选“open block”，在“View\Simulink Library”下弹出一窗口，点左下角的“Blocksets & Toolboxes”钮弹出一窗口，其
中有一“RT-LAB”钮，点击弹出一窗口，其中有“opComm”模块，拖其到各个子系统中，当欲把opComm与一小模块相连时，可先点中opComm后，按下“Ctrl”键，在点击小模块时松开“Ctrl”即可。
第三步：编译
点“Compiler”编译模型。其中包括：分解图形化的模型到子系统；把matlab的RTW（RTWorkshop）模块转成C语言；编译C语言成一可执行文件。
使用适当的代码生成器（RTW或AutoCode），以及RedHawk Linux, 对每个子任务进行转化，并生成可在目标系统上运行的实时代码。
第四步：分配节点，点“Assign Node”
RT-LAB在网络搜寻出适当的节点，并把每个子任务在这些节点上任意分配运行。
第五步：加载，点“Load”
通知RT-LAB向目标节点加载子任务的执行代码，初始化模型、通讯和同步等信息，以保证整个仿真在多个分布的目标节点上运行时的严格同步。第六步：运行，点“Execute”
最后只须轻轻一点，即可启动整个仿真。模型的数据通过一个特殊的子系统传递给用户。通过用户界面，你可以观察到生成的信号，并且在线改变仿真的参数；也可以用API工具创建自己的用户界面。在有[running]标题的窗口中双击示波器图标，再双击“adjust reference”图标，移动滑标看结果。在“control signal”中显示的黄色激励线是表示“adjust reference”中滑标变化速度的值，在“reference&plant response”中的黄线为与“adjust reference”中滑标同位的参考线，粉色线为响应线。
总之，利用RT-LAB，你可以非常容易的在分布式多处理器环境里分配模型（计算负载）并实时运行，并且，RT-LAB还支持子系统多速率仿真、动态信号跟踪和数据记录等功能。
1供应商资料
5.1 供应商资质
RT-LAB开发平台供应商为北京神州普惠科技有限公司。该公司成立于 2003年，是国内致力于计算机仿真测试和试验数据管理领域的高新技术企业。公司主要从事大型装备虚拟设计，综合测试技术和试验数据管理，仿真技术，技术咨询服务及相关产品的开发服务。公司员工人数为120人左右，其中硕士以上学历占员工总数的40%以上。其提供的RT-LAB开发平台，已广泛应用于国内船舶、航空、航天、兵器、电力等科研院所。
公司主要资质：
?国防武器装备科研生产三级保密资格单位
?ISO9001:2000及GB/T19001-2000质量体系认证
?高新技术企业认证
?软件企业认证
?中关村企业信用促用会会员单位
?11项软件著作权，4项发明专利
5.2 技术支持服务
本项目中除了提供RT-LAB开发平台外，还需要针对项目提供相应的技术支持服务。服务内容包括：
?产品安装，操作培训及日常技术支持
?指导和帮助设计人员进行基于模型的算法开发及离线仿真验证
?协助开发人员进行基于RT-LAB的快速原型验证的实验设计，接口调试及实验过程
?协助开发人员完成仿真模型的调试和实时运行
?根据仿真需求完成 HIL 功能测试集成
飞行控制系统简介
自动飞行控制系统 飞行控制系统(简称飞控系统)的作用是保证飞机的稳定性和操纵性，提高飞机飞行性能和完成任务的能力，增强飞行的安全性和减轻驾驶员的工作负担。 深圳市瑞伯达科技有限公司，致力于成为全球无人机飞行器领导品牌，是智能化无人机飞行器及控制系统的研制开发的专业厂商，生产并提供各行业无人机应用的解决方案。产品线涵盖各种尺寸多旋翼飞行器、专业航拍飞行器、无人机飞行控制系统、无人机地面站控制系统、高清远距离数字图像传输系统、专业级无线遥控器、高精飞行器控制模块及各类飞行器配件 飞行器的自动飞行一、问题的提出早在重于空气的飞行器问世时，就有了实现自动控制飞行的设想。1891年海诺姆．马克西姆设计和建造的飞行器上安装了用于改善飞行器纵向稳定性的飞行系统。该系统中用陀螺提供反馈信号，用伺服作动器偏转升降舵。这个设想在基本概念和手段上与现代飞行自动控制系统有惊人的相似，但由于飞机在试飞中失事而未能成为现实。 60年代飞机设计的新思想产生了，即在设计飞机的开始就考虑自动控制系统的作用。基于这种设计思想的飞机称为随控布局飞行器（Control Configured Vehicle 简称CCV）。这种飞机有更多的控制面，这些控制面协同偏转可完成一般飞机难以实现的飞行任务，达到较高的飞行性能。 飞控系统分类飞控系统分为人工飞行控制系统和自动飞行控制系统两大类。由驾驶员通过对驾驶杆和脚蹬的操纵实现控制任务的系统，称为人工飞行控制系统。最简单的人工飞行控制系统就是机械操纵系统。不依赖于驾驶员操纵驾驶杆和脚蹬指令而自动完成控制任务的飞控系统，称为自动飞行控制系统。自动驾驶仪是最基本的自动飞行控制系统。飞控系统构成飞控系统由控制与显示装置、传感器、飞控计算机、作动器、自测试装置、信息传输链及接口装置组成。控制及显示装置是驾驶员输入飞行控制指令和获取飞控系统状态信息的设备，包括驾驶杆、脚蹬、油门杆、控制面板、专用指示灯盘和电子显示器(多功能显示器、平视显示器等)。传感器为飞控系统提供飞机运动参数(航向角、姿态角、角速度、位置、速度、加速度等)、大气数据以及相关机载分系统(如起落架、机轮、液压源、电源、燃油系统等)状态的信息，用于控制、导引和模态转换。飞控计算机是飞控系统的“大脑”，用来完成控制逻辑判断、控制和导引计算、系统管理并输出控制指令和系统状态显示信息。作动器是飞控系统的执行机构，用来按飞控计算机指令驱动飞机的各种舵面、油门杆、喷管、机轮等，以产生控制飞机运动的力和力矩。自测试装置用于飞行前、飞行中、飞行后和地面维护时对系统进行自动监测，以确定系统工作是否正常并判断出现故障的位置。信息传输链用于系统各部件之间传输信息。常用的传输链有电缆、光缆和数据总线。接口装置用于飞控系统和其他机载系统之间的连接，不同的连接情况可以有多种不同的接口形式。 自动飞行控制系统由自动驾驶仪、自动油门杆系统、自动导航系统、自动进场系统和自动着陆系统、自动地形跟随/回避系统构成。 RIBOLD瑞伯达科技有限公司,致力于成为全球飞行影像系统独家先驱，其产品线涵盖无人机飞行控制系统及地面站控制系统、影视航拍飞行平台、商用云台系统、高清远距离数字图像传输系统、无线遥控和成像终端及模型飞行器产品,多旋翼飞行器和高精控制模块。 RBD瑞伯达坚持创新, 以技术和产品为核心，通过完美的产品带来前所未有的飞行体验。我们的目标是做世界一流的无人机企业，为我们的客户提供一流的产品和服务!
飞行器控制系统设计
课程设计任务书 学生姓名： 李攀 专业班级： 自动化0804 指导教师： 谭思云 工作单位： 自动化学院 题 目: 飞行器控制系统设计 初始条件： 飞行器控制系统的开环传递函数为： ) 2.361(4000)(+= s s K s G 控制系统性能指标为调节时间s 008.0≤，单位斜坡输入的稳态误差000443.0≤，相角裕度大于85度。 要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求） （1） 设计一个控制器，使系统满足上述性能指标； （2） 画出系统在校正前后的奈奎斯特曲线和波特图； （3） 用Matlab 画出上述每种情况的阶跃响应曲线，并根据曲线分析系统的动态性能指标； （4） 对上述任务写出完整的课程设计说明书，说明书中必须写清楚分析计算的过程，给出响应曲线，并包含Matlab 源程序或Simulink 仿真模型，说明书的格式按照教务处标准书写。 时间安排： （1） 课程设计任务书的布置，讲解 （一天） （2） 根据任务书的要求进行设计构思。（一天） （3） 熟悉MATLAB 中的相关工具（一天） （4） 系统设计与仿真分析。（四天） （5） 撰写说明书。 （两天） （6） 课程设计答辩（一天） 指导教师签名： 年 月 日 系主任（或责任教师）签名： 年 月 日
摘要 根据被控对象及给定的技术指标要求，设计自动控制系统，既要保证所设计的系统有良好的性能，满足给定技术指标的要求，还有考虑方案的可靠性和经济性。本说明书介绍了在给定的技术指标下，对飞行器控制系统的设计。为了达到给定要求，主要采用了串联之后—超前校正。 在对系统进行校正的时候，采用了基于波特图的串联之后—超前校正，对系统校正前后的性能作了分析和比较，并用MATLAB进行了绘图和仿真。对已校正系统的高频特性有要求时，采用频域法校正较其他方法更为方便。 关键词：飞行器控制系统校正 MATLAB
飞行控制系统
飞行控制系统 为了使无人机飞行控制系统具有强大的数据处理能力、较低的功耗、较强的灵活性和更高的集成度，提出了一种以SmartFusion为核心的无人机飞行控制系统解决方案。为满足飞控系统实时性和稳定性的要求，系统采用了μC／OS-Ⅱ实时操作系统。与传统的无人机飞行控制系统相比，在具有很强的数据处理能力的同时拥有较小的体积和较低的功耗。多次飞行证明，各个模块设计合理，整个系统运行稳定，可以用作下一代无人机高性能应用平台。 关键词：无人机；飞行控制系统；SmartFusion芯片；μC／OS-Ⅱ 0 引言 飞行控制系统是无人机的重要组成部分，是飞行控制算法的运行平台，它的性能好坏直接关系着无人机能否安全可靠的飞行。随着航空技术的发展，无人机飞行控制系统正向着多功能、高精度、小型化、可复用的方向发展。高精度要求无人机控制系统的精度高，稳定性好，能够适应复杂的外界环境，因此控制算法比较复杂，计算速度快，精度高；小型化则对控制系统的重量和体积提出了更高的要求，要求控制系统的性能越高越好，体积越小越好。此外，无人机飞行控制系统还要具有实时、可靠、低成本和低功耗的特点。基于以上考虑，本文从实际工程应用出发，设计了一种基于SmartFusion的无人机飞行控制系统。 1 飞控系统总体设计
飞行控制系统在无人机上的功能主要有两个：一是飞行控制，即无人机在空中保持飞机姿态与航迹的稳定，以及按地面无线电遥控指令或者预先设定好的高度、航线、航向、姿态角等改变飞机姿态与航迹，保证飞机的稳定飞行，这就是通常所谓的自动驾驶；二是飞行管理，即完成飞行状态参数采集、导航计算、遥测数据传送、故障诊断处理、应急情况处理、任务设备的控制与管理等工作。 飞行控制系统主要完成3个功能任务，其层次构成为三层：最底层的任务是提高无人机运动和突风减缓的固有阻尼——三个轴方向的阻尼器功能；第2层的任务是稳定无人机的姿态角——基本驾驶仪的功能(主要进行角运动控制)；第3层的任务是控制飞行高度、航迹和飞行速度，实现较高级自动驾驶功能。飞行控制系统原理框图见图1。 由上述分析易知，飞行控制系统主要由飞行控制器、传感器(或敏感元件)、舵机3部分组成。无人机飞行控制系统的基本架构如图2所示。
自动控制系统概要设计
目录 1引言 (3) 1.1编写目的 (3) 1.2背景 (3) 1.3技术简介 (4) https://www.wendangku.net/doc/6012703366.html,简介 (4) 1.3.2SQL Server2008简介 (5) 1.3.3Visual Studio2010简介 (5) 1.4参考资料 (6) 2总体设计 (8) 2.1需求规定 (8) 2.2运行环境 (8) 2.3数据库设计 (8) 2.3.1数据库的需求分析 (9) 2.3.2数据流图的设计 (9) 2.3.3数据库连接机制 (10) 2.4结构 (11) 2.5功能需求与程序的关系 (11) 3接口设计 (12) 3.1用户接口 (12) 3.2外部接口............................................................................................错误！未定义书签。 3.3内部接口............................................................................................错误！未定义书签。4运行设计.....................................错误！未定义书签。 4.1运行模块组合....................................................................................错误！未定义书签。 4.2运行控制............................................................................................错误！未定义书签。 4.3运行时间............................................................................................错误！未定义书签。5测试 (13)
飞行器自动控制导论_第六章
第六章 典型飞行自动控制系统的工作原理 概述 6.1.1典型飞行自动控制系统的组成 描述飞机运动的参数有三个姿态角（θ、ψ、φ）、两个气流角（α、β）、两个线位移（H 、Y ）及一个线速度（V ）。飞行控制的作用，就是应用负反馈控制原理对上述参数的部分或全部进行控制。有时也根据需要也可控制与速度V 和迎角α有关的马赫数M 及法向过载。实际上飞行自动控制就是按一定飞行控制律，输出三个舵偏角（e δ、r δ及a δ）及油门T δ对飞行器实现闭环控制。 典型飞行自动控制系统一般包括三个反馈回路：舵回路、稳定回路和控制（制导）回路。 舵回路通常是一个随动系统（或称为伺服系统），一般包括舵机、反馈部件和放大器，如图所示。舵回路中的舵机作为执行机构带动舵面偏转。 图 舵回路方框图 舵回路中有两个反馈回路：位置反馈回路，使控制信号与舵机输出信号成比例关系，速度反馈回路，增加舵回路阻尼，改善舵回路的动态性能。 如果敏感部件是测量飞机的姿态，测量敏感部件、放大计算装置与舵回路构成自动驾驶仪，自动驾驶仪和飞机构成了飞行器的稳定回路，主要起稳定和控制飞机的姿态的作用。典型的稳定回路如图所示。
图稳定回路 由稳定回路和飞机重心位置测量部件以及描述飞机空间几何关系的运动环节，组成更大的回路，称为控制（或称制导回路），如图6-3所示。主要起稳定和控制飞机的运动轨迹的作用。 图控制（或制导）回路 6.1.2 纵向控制 飞行器纵向扰动运动，一般由短周期模态运动和长周期模态运动组成。随着飞行器的速度越来越快，飞行高度越来越高，飞行包线范围扩大，欲使飞行器在整个包线范围内满足飞行品质要求，普遍采用反馈控制技术。例如高空飞行时，飞行器的阻尼特性常常变差，短周期模态特性趋于恶化，造成操纵反应过程中超调量过大，振荡加剧，严重影响飞行任务的完成，此时，可以在纵向通道引入适当的反馈可以改善飞行品质。又如当飞行器要完成保持姿态角或等速V飞行时，即使飞行器具有良好的短周期模态时，但由于长周期模态振荡频率较低，衰减较慢，甚至是慢发散的。要实现上述任务时，要求驾驶员经常操纵舵面加以控制，并且过程很长。为了减轻驾驶员负担，精确地完成上述任务，需要抑制沉浮运动，同样可以引入适当反馈信号达到目的。如要完成定高飞行，除了使飞行具有良好短周期模态和长周期模态外，还可以引入高度反馈，完全脱离驾驶员操纵实现保
飞行器自动控制导论_第一章飞行控制系统概述
第一章飞行控制系统概述 1.1飞行器自动控制 1.1.1飞行控制系统的功能 随着飞行任务的不断复杂化，对飞机性能的要求越来越高，不仅要求飞行距离远（例如运输机），高度高（高空侦察机），而且还要求飞机有良好的机动性（例如战斗机）。为了减轻驾驶员在长途飞行中的疲劳，或使驾驶员集中精力战斗，希望用自动控制系统代替驾驶员控制飞行，并能改善飞机的飞行性能。这种系统就是现代飞机上安装的飞行自动控制系统。 飞行控制系统的功能归结起来有两点：1）实现飞机的自动飞行；2）改善飞机的飞行性能。 飞机的自动飞行控制系统在无人参与的情况下，自动操纵飞机按规定的姿态和航迹飞行，通常可实现对飞机的三轴姿态角和飞机三个方向的空间位置的自动控制与稳定。例如，无人驾驶飞行器（如无人机或导弹等），实现完全的飞行自动控制；对于有人驾驶的飞机（如民用客机或军用飞机），虽然有人参与驾驶，但某些飞行阶段（如巡航段），驾驶员可以不直接参与操纵，而由飞行控制系统实现对飞机飞行的自动控制，但驾驶员应完成对自动飞行指令的设置和监督自动飞行的情况，并可以随时切断自动控制而实现人工驾驶。采用自动飞行具有以下优点： 1）长距离飞行时解除驾驶员的疲劳，减轻驾驶员的工作负担； 2）在一些恶劣天气或复杂的环境下，驾驶员难于精确控制飞机的姿态和航迹，自动飞行控制系统可以精确对飞机姿态和航迹的精确控制； 3）有一些飞行操纵任务，驾驶员难于精确完成，如进场着陆，采用自动飞行控制则可以较好地完成任务。 一般来说，飞机的性能和飞行品质是由飞机本身气动特性和发动机特性决定的，但随着飞机飞行高度及飞行速度的增加，飞机的自身特性将会变坏。如飞机在高空飞行时，由于空气稀薄，飞机的阻尼特性变坏，致使飞机角运动产生严重的摆动，靠驾驶员人工操纵将会很困难。此外，设计飞机时，为了减小质量和阻力，提高有用升力，将飞机设计成静不稳定的。对于这种静不稳定的飞机，驾驶员是难于操纵的。在飞机上采用增稳系统或阻尼系统可以很好地解决这些问题。
城市轨道交通列车自动控制系统简介-精选文档
城市轨道交通列车自动控制系统简介 、前言 随着城市现代化的发展，城市规模的不断扩大，城市轨道交通的发展已成为解决现代城市交通拥挤的有效手段，其最大特点是运营密度大、列车行车间隔时间短、安全正点。城市轨道交通列车自动控制系统是保证列车运行安全，实现行车指挥和列车运行现代化，提高运输效率的关键系统设备。 二、列车自动控制系统的组成 列车自动控制（ATC系统由列车自动防护系统（ATP、列车自动驾驶系统（ATO和列车自动监控系统（ATS三个子系统组成。 一列车自动防护( ATP-Automatic Train Protection 系统 列车自动控制系统中的ATP的子系统通过列车检测、列车间 隔控制和联锁（联锁设备可以是独立的，有的生产厂商的系统也可以包含在ATP系统中）控制等实现对列车相撞、超速和其他危险行为的防护。 二列车自动驾驶系统 ( AT0?CAutomatic Train Operation 列车自动驾驶子系统（ATO与ATP系统相互配合，负责车 站之间的列车自动运行和自动停车，实现列车的自动牵引、制动 等功能。ATP轨旁设备负责列车间隔控制和报文生成；通过轨道
电路或者无线通信向列车传输速度控制信息。ATP与ATO车载系 统负责列车的安全运营、列车自动驾驶，且给信号系统和司机提供接口。 三）自动监控（ATS-Automatic Train Super -vision ）系统 列车自动监控子系统负责监督列车、自动调整列车运行以保证时刻表的准确，提供调整服务的数据以尽可能减小列车未正点运行造成的不便。自动或由人工控制进路，进行行车调度指挥， 并向行车调度员和外部系统提供信息。ATS功能主要由位于OCC 控制中心）内的设备实现。 三、列车自动控制系统原理 一）列车自动防护（ATP） ATP是整个ATC系统的基础。列车自动防护系统（ATP亦 称列车超速防护系统，其功能为列车超过规定的运行速度时即自动制动，当车载设备接收地面限速信息，经信息处理后与实际速度比较，当列车实际速度超过限速后，由制动装置控制列车制动系统制动。 ATP通过轨道电路或者无线GPS系统检测列车实际运行位 置，自动确定列车最大安全运行速度，连续不间断地实行速度监督，实现超速防护，自动监测列车运行间隔，以保证实现规定地行车间隔。防止列车超速和越过禁止信号机等功能。 按工作原理不同，ATP子系统可分为“车上实时计算允许速
飞行器控制系统设计
学号： 课程设计 题目飞行器控制系统设计 学院自动化学院 专业自动化 班级自动化1002班 姓名 指导教师肖纯 2012 年12 月19 日
课程设计任务书 学生姓名： 专业班级：自动化1003班 指导教师： 肖 纯 工作单位： 自动化学院 题 目: 飞行器控制系统设计 初始条件：飞行器控制系统的开环传递函数为： ) 2.361(4500)(+= s s K s G 要求设计控制系统性能指标为调节时间ts 008.0≤秒，单位斜坡输入的稳态误差000443.0≤，相角裕度大于75度。 要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写 等具体要求） （1） 设计一个控制器，使系统满足上述性能指标； （2） 画出系统在校正前后的奈奎斯特曲线和波特图； （3） 用Matlab 画出上述每种情况的阶跃响应曲线，并根据曲线分析系统 的动态性能指标； （4） 对上述任务写出完整的课程设计说明书，说明书中必须写清楚分析 计算的过程，给出响应曲线，并包含Matlab 源程序或Simulink 仿真模型，说明书的格式按照教务处标准书写。 时间安排： 指导教师签名： 年 月 日 系主任（或责任教师）签名： 年 月 日
随着经济的发展，自动控制技术在国民经济中发挥着越来越重要的作用。自动控制就是在没有人的参与下，系统的控制器自动的按照人预订的要求控制设备或过程，使之具有一定的状态和性能。在实际中常常要求在达到制定性能指标的同时能更加节约成本、能具有更加优良的效果。本次飞行器设计中，采用频域校正的方法使系统达到指定的性能指标，同时采用matlab仿真软件更加直观的进行仿真分析和验证。 在此设计中主要采用超前校正的方法来对系统进行性能的改进，通过分析、设计、仿真、写实验报告书的过程，进一步加深了对自动控制原理基本知识的理解和认识，同时通过仿真系统的奈奎斯特图、bode图、单位阶跃响应曲线，进一步理解了系统的性能指标的含义，同时也加深了对matlab仿真的掌握，培养了认识问题、分析问题、解决问题的能力。
污水处理厂自控完整系统工艺介绍
污水处理厂自控系统工艺介绍 污水处理厂位于市区或市郊，出水排入河流，水质达到国家一级排放标准。 工程采用水解－AICS处理工艺。其具体流程为：污水首先分别经过粗格栅去除粗大杂物，接着污水进入泵房及集水井，经泵提升后流经细格栅和沉砂池，然后进入水解池，。水解池出水自流入AICS进行好氧处理，出水达标提升排入河流。AICS反应器为改进SBR的一种。其工艺流程如下图1所示：矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。 污水处理厂自控系统设计的原则 从污水处理厂的工艺流程可以看出，主要工艺AICS反应器是改进SBR的一种，需要周期运行，AICS反应器的进水方向调整、厌氧好氧状态交替、沉淀反应状态轮换都有电动设备支持，大量的电动设备的开关都需要自控系统来完成，因此自控系统对整个周期的正确运行操作至关重要。而且好氧系统作为整个污水处理工艺能量消耗的大户，它的自控系统优化程度越高，整个污水处理工艺的运行费用也会越低，这也说明了自控系统在整个处理工艺中的重要性。聞創沟燴鐺險爱氇谴净。 为了保证污水厂生产的稳定和高效，减轻劳动强度，改善操作环境，同时提高污水厂的现代化生产管理水平，在充分考虑本污水处理工艺特性的基础上，将建设现代化污水处理厂的理念融入到自控系统设计当中，本自控系统设计遵循以下原则：先进合理、安全可靠、经济实惠、开放灵活。残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。
自控系统的构建 污水处理厂的自控系统是由现场仪表和执行机构、信号采集控制和人机界面（监控）设备三部分组成。自控系统的构建主要是指三部分系统形式和设备的选择。本执行机构主要是根据工艺的要求由工艺专业确定，预留自控系统的接口，仪表的选择将在后面的部分进行描述。信号采集控制部分主要包括基本控制系统的选择以及系统确定后控制设备和必须通讯网络的选择。人机界面主要是指中控室和现场值班室监视设备的选择。酽锕极額閉镇桧猪訣锥。 1、基本系统的选择 目前用于污水处理厂自控系统的基本形式主要有三种DCS系统、现场总线系统和基于PC控制的系统。从规模来看三种系统所适用的规模是不同。DCS系统和现场总线系统一般适用于控制点比较多而且厂区规模比较大的系统，基于PC的控制则用于小型而且控制点比较集中的控制系统。彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。 基于PC的控制系统属于高度集成的控制系统，其人机界面和信号采集控制可能都处于同一个机器内，受机器性能和容量的限制，本工程厂区比较大，控制点较多，因此采用基于PC的控制系统是不太合适的。謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。
自动控制系统简介
自动控制系统简介 一、自动控制系统的组成 1、看以下框图 2、被控对象：需要实现控制的设备、机械或生产过程成为对象，如下塔、主冷、空冷塔、粗氩冷凝器。 3、被控变量：对象内要求保持一定数值（或按某一规律变化）的物理量称为被控变量。如下塔液空液位、空冷塔液位、粗氩冷凝器液位。 4、控制变量（操作变量）：受执行器控制，用以使被控变量保持一定数值的物料或能量称为控制变量。如由下塔进入上塔经过液空节流阀（LV1）的液空。 5、干扰：除控制变量外作用于对象并能引起被控变量变化的一切因素。比如进下塔空气量改变，影响液空产量，对下塔液空液位有影响。 6、给定值：工艺规定被控变量要保持的数值。 7、偏差：设定值与测量值之差。 8、控制器：对来自变送器的测量信号与给定值相比较所产生的偏差，并根据一定的规律进行运算（PID运算），并输出控制信号给执行器。 9、检测与变送装置：它测量被控变量，并将被控变量转换为特定的信号送给控制器的比较环节。 10、执行器：它根据控制器送来的信号相应地改变控制变量，以达到控制被控变量的目的。如LV1根据控制器送来的信号，可以改变进入上塔的液空量（操作变
量），从而控制了被控变量下塔液空液位。 11、正作用环节：输出信号随输入信号增加而增加的环节称为正作用，输出信号随输入信号的增加而减小的环节称为反作用环节。 12、执行器、变送器、被控对象三个环节组成广义对象，当广义对象为正作用时，控制器为反作用特性。 13、选择控制器的正反作用： 13.1判断被控对象的正反作用方向。当控制变量增加时，被控对象的输出（被控变量）也增加，控制变量减小时，被控对象的输出（被控变量）也减小，则被控对象为正作用方向。如果被控变量与控制变量的变化方向相反，则被控对象为反作用方向。 13.2确定执行器的正、反作用方向。气开阀为正作用，气闭阀为反作用。执行器气开、气闭是根据工艺安全角度考虑。 13.3确定广义对象的正、反作用，一般变送器为正作用，只需根据被控对象和执行器的作用方向判断广义对象的作用方向，这两个环节同向，则广义对象为正作用，反之为反作用。 13.4确定控制器的正反作用。若广义对象为正作用方向，则控制器为反作用方向，若广义对象为反作用方向，则控制器为正作用方向。 14、自动控制系统运行的基本要求：要实现自动控制，系统必须闭环。闭环控制系统的稳定运行最基本的必要条件是负反馈。系统要构成负反馈，则广义对象为正作用特性时，控制器为反作用特性；当广义对象为反作用特性时，则控制器为正作用特性。被控对象与执行器的特性由实际的现场工艺条件确定，所以应通过控制器的正反作用特性来满足系统的负反馈要求。 二、过程参数的检测 1、一个检测系统主要由被测对象、传感器、变送器和显示装置等部分组成。对某一个具体的检测系统而言，被测对象、检测元件和显示装置部分总是必需的。 2、传感器又称为检测元件或敏感元件，它直接响应被测变量，经能量转换并转化成一个与被测变量成对应关系的便于传送的输出信号，如电压、电流、频率等。 3、变送器是把传感器的输出转换为4～20mA的标准统一的模拟量信号或者满足特定标准的数字信号的检测仪表。
自动飞行控制系统的设计技术
自动飞行控制系统的设计技术 摘要以某具体型号自动飞行控制系统为例，在对自动飞行控制系统的基本原理技能型论述的基础上，对系统设计过程中存在的典型故障以及解决故障的相关技术进行了论述和分析，给自动飞行控制系统设计工作提供参考。 关键词自动飞行；飞控系统；设计 1 自动飞行控制系统的构成与原理 1.1 系统的基本构成 1.2 系统原理 1）自动驾驶实现的原理 飞行控制系统主要包括三个基本回路，其中：导航回路，用以实现对飞机飞行轨迹的控制，又被称作为外回路；驾驶仪回路，主要用于确保系统的稳定性，确保对系统控制时具有稳定性特征，一般还被称作为内回路；伺服网路，该回路是控制命令的执行机构，确保控制系统的控制命令得以可靠执行，又被称作舵回路；驾驶仪回路，该回路是具有独立功能的分系统，不但能够保持飞机员设定的飞行姿态稳定飞行，同时还可以实现透明驾驶、比普配平等功能。 在启动自动驾驶设备之后，自动驾驶计算机中的存储设备将对飞机的即时飞行状态进行记忆，并将之作为基准值。而飞机上各个部位设置的传感设备将探测得到飞机此时的姿态信息，并将这些信息实时的传递到自动驾驶设备的计算机当中。在和计算机设备中存储的基准值对比之后，对与基准值不符的相关数据通过发出飞行指令进行调整，从而达到控制飞行的目的。驾驶设备在工作过程中总需要保持控制系统处于完全平衡的状态，利用对飞机飞行姿态的控制达到是飞行误差为零的目的，或者是尽量使得飞行姿态稳定在一个相对稳定的基准值附近。 在飞行系统实现自动控制的过程中，传递函数f=B/（E—S）通常被称作是自动驾驶设备的控制律，系统的所有的控制指令都是基于这个控制规则发出的。根据PID控制理论，这个控制规则主要包括与偏差变化率相关的导数项、比例项和偏差积分项等几个部分构成。其中，比例项是控制规则的主要控制项，当飞机在飞行过程中若由于其他原因导致其偏离基准值过远时，飞行驾驶控制系统的计算机将发出与误差成对应比例的飞行姿态调整指令。但是，考虑到信号传递延迟以及飞机飞行过程中的惯性作用，飞机执行机构在响应指令时刻的飞行姿态已经发生了对应的变化，这将导致飞行姿态控制命令存在对应误差。所以，为了控制这种变化，系统控制规则中的导数项，则是通过增加系统的阻尼的方式，对飞机的飞行姿态进行调节，控制飞行姿态调节过程中的调节质量。所以，在实际的飞行控制系统设计过程中，为了避免出现飞行姿态变化过大、控制常值扰动等问题，通常在系统设计过程中引入一个对应的积分电路，通过其驱动与之并联的舵
西工大飞行控制系统总复习
总复习 第一章 飞行动力学 一、概念： 1、体轴系纵轴ox 在飞机对称平面内；速度轴系纵轴a ox 不一定在飞机对称平面内；稳定轴系纵轴ox 在飞机对称平面内，与体轴系纵轴ox 相差一个配平迎角0α。 2、俯仰角θ的测量轴为地轴系横轴g oy ；滚转角φ（倾斜角）的测量轴为体轴系纵轴ox ；偏航角ψ的测量轴为地轴系铅锤轴g oz 。 3、迎角α：空速向量在飞机对称平面内投影与机体纵轴ox 夹角。 以的投影在ox 轴之下为正。 4、β（侧滑角）：空速向量v 与飞机对称平面的夹角。以v 处于对称面右为正。 5、坐标系间的关系 机体轴系b S 与地轴系g S 之间的关系描述为飞机姿态角（ψφθ、、）； 速度轴系a S 与机体轴系b S 之间的关系描述为气流角（βα、）； 速度轴系a S 与地轴系g S 之间的关系描述为航迹角（χμγ、、）。 6、舵偏角符号 升降舵偏角e δ：平尾后缘下偏为正0>e δ，产生低头力矩。0 学习情景1 课程导论 1.飞行控制系统发展概述 自动飞行控制系统已有100多年的研制历史，早在有人驾驶飞机出现之前，自动飞行装置即已出现。 1.1方向稳定器 1873年，法国雷纳德（C.C.Renard）无人多翼滑翔机的方向稳定器。 1.2 电动陀螺稳定装置-姿态稳定 1914年，美国的爱莫尔·斯派雷（Eimer Sperry）研制成功第一台可以保持飞机稳定平飞的电动陀螺稳定装置，该装置利用陀螺的稳定性和进动性，建立一个测量基准，用来测量飞机的姿态，它和飞机的控制装置连在一起，一旦飞机偏离指定的状态，这个机构就通过飞机的控制装置操纵飞机的舵面偏转使飞机恢复到原来的状态。 1.3 自动驾驶仪 20世纪30年代出现了可以控制和保持飞机高度、速度和航迹的自动驾驶仪。 第二次世界大战促使自动驾驶仪等设备得到进一步发展，由过去气动-液压到全电动，由三个陀螺分别控制三个通道改用一个 或两个陀螺来操纵飞机，并可作机动、爬高及自动保持高度等。 二次大战期间，美国和原苏联相继研制出功能较完善的电气式自动驾驶仪C-1和其仿制品A∏-5； 德国在二战后期研制成功飞航式导弹V-1和弹道式导弹V-2， 更进一步促进了飞行自动控制装置的研制和发展。 20世纪50年代后，和导航系统、仪表着陆系统相联，自动驾驶装置实现了长距离自动飞行和自动着陆。 1.4 自动飞行控制系统 1947年成功突破音障后，飞机的飞行包线（飞行速度和高度的变化范围）扩大，越来越复杂的飞行任务对飞机性能的要求也越来越高，仅靠气动布局和发动机设计所获得的飞机性能已经很难满足复杂飞行任务的要求。因此，借助于自动控制技术来改善飞机稳定性的飞行自动控制装置（如增稳系统）相继问世，在此基础上，自动驾驶仪的功能得到进一步的扩展，发展成为自动飞行控制系统（AFCS）。 20世纪60年代，产生了随控布局飞行器（congtrol configured vehicle--CCV）的设计思想。 20世纪60年代前的以模拟电路或模拟计算机为主要计算装置的飞行控制系统，逐渐发展成为现在已普遍应用的数字式飞行控制系统，这也为新技术应用和更复杂更完善系统的综合提供了实现的可能性。例如： 主动控制技术（active control technology—ACT）； 余度技术 容错控制技术 20世纪80年代得到迅速发展的火/推/飞综合控制系统等。 20世纪70年代中期，由于计算机的应用使自动驾驶仪和飞机的指引系统组成一个综合系统，使飞机的各种传感器数据、指 第30卷 第10期航 空 学 报 Vol 130No 110 2009年 10月ACTA AERONAUTICA ET ASTRONAUT ICA SINICA Oct. 2009 收稿日期:2008208212;修订日期:2008212205 基金项目:国家自然科学基金(90605007);南京航空航天大学博 士生创新基金((B CXJ06208) 通讯作者:何真E 2mail:hezhen@https://www.wendangku.net/doc/6012703366.html, 文章编号:100026893(2009)1021906 206变体飞行器控制系统综述 陆宇平,何真 (南京航空航天大学自动化学院,江苏南京 210016) A Survey of Morphing Aircraft Control Systems Lu Yuping,H e Zhen (College of Automation Engineering,Nanjing Universit y of Aeronautics and Astronautics,Nanjing 210016,China) 摘 要:介绍了变体飞行器控制系统和涉及的控制理论问题。分析了变体飞行器的控制系统,指出变体飞行器的控制系统由变形控制层和飞行控制层组成。对变体飞行器的硬件结构和变体飞行器控制方法的研究现状进行了阐述。分析了集中式和分布式两种变形机械结构以及控制系统体系结构,提出采用总线网络连接变形结构的分布式元件。总结了变体飞行器需深入研究的变形控制和飞行控制问题,包括大尺度变体飞行器的飞行控制问题,通信受约束的大数目的驱动器的协调控制问题。关键词:变体飞行器;变形控制;飞行控制系统;分布式控制;网络控制中图分类号:V249 文献标识码:A Abstr act:The control system and r elated cont rol theor y of morphing aircraft a re introduced.The cont rol sys 2tem of mor phing air cr aft is analyzed.I t is shown that the system consists of a shape cont rol loop and a f light cont rol loop.Advances in the mechanical structures and contr ol appr oaches of mor phing aircraft ar e discussed.The centra lized mechanica l morphing structur e,the distributed mechanical morphing st ructur e,and the contr ol system structure are analyzed.It is pr oposed that the distr ibuted components in a morphing st ructur e should be connected through a bus net work.F utur e work in the shape contr ol and flight control of morphing aircraft is summar ized,including the flight contr ol of large 2scale shape air craft,cooperat ive contr ol of large numbers of actuators under communication constraints. Key words:morphing aircraft;sha pe control;flight control systems;distr ibuted control;networked contr ol 变体飞行器能根据飞行环境和飞行任务的变化,相应地改变外形,始终保持最优飞行状态,以满足在变化很大的飞行环境(高度、马赫数等)里执行多种任务(如起降、巡航、机动、盘旋、攻击等) 的要求。变体飞行器还能够改善飞行器空气动力学性能,增加续航时间,用能连续、光滑变形的变形结构代替传统操纵面,提高隐身性能。由于具有这些优势,变体飞行器得到了各国的重视。目前,已开展过的或正在开展的变体飞行器项目有 [125] :美国的AFTI/F111自适应机翼项目,主动 柔性翼(AFW)计划,智能机翼(Smart Wing)项目 和近期启动的变形飞机结构(MAS)项目;欧洲的3AS(Active Aeroelastic A ir craft Structures)研究项目等。 与传统飞行器相比,变体飞行器最特殊之处在于它具有变形结构。这给气动、材料、结构、控 制和优化等多个学科提出了一系列有待研究的问题。在控制学科方面,变形结构的分布式驱动特性以及变形引起的飞行器模型的不确定性和非线性等都引出了许多具有挑战性的研究课题。本文总结与思考了变体飞行器的控制体系结构设计和控制理论研究,提出了需深入研究的变形控制和飞行控制方面的问题。 1 工作原理 变体飞行器的控制系统可分为两个层次,如图1所示。第1层可称为变形控制系统,对变形结构进行控制,即实现变形控制;第2层可称为飞行控制系统,控制整个飞行器的飞行状态,即实现飞行控制。 变体飞行器的变形结构是使变体飞行器实现/变体0的部件。为了获得高气动效率,变体飞行器的变形应该是连续的、光滑的,因此,大部分变形结构由大数量的分布式驱动单元组成。变形结构可以是分布式作动器驱动的机械连杆结构(驱 飞行控制系统功能介绍 目录 一、综述 (1) 二、飞控的相关系统说明 (1) 1.飞控的基本子系统 (2) 1.1航向控制系统 (2) 1.2速度控制系统 (3) 1.3高度控制系统 (4) 1.4自动着陆系统 (5) 2.测试机飞控所需的子系统 (6) 2.1GPS系统 (7) 2.2传感器、温湿度传感器系统 (8) 2.3飞行器自动稳定控制系统 (11) 2.4航向偏离控制系统 (11) 2.5显示系统 (12) 2.6信号反馈控制系统 (12) 2.7自动飞行控制系统 (13) 2.8自动导航系统 (14) 3.测试机飞控所需扩充系统功能 (15) 3.1自动避障系统 (15) 3.2语音播报系统 (17) 3.3物联网系统 (17) 3.4摄录系统 (18) 4.测试机飞控的其他功能 (18) 4.1自动寻路控制系统 (18) 4.2自动跟踪系统 (19) 4.3一键返航系统 (19) 4.4双飞控系统 (19) 4.5降落伞系统 (19) 5.飞行控制系统的常用外设接口 (20) 一、综述 本设计调研依据飞行控制系统（以下简称“飞控”）功能进行的系统调研。本飞行控制系统删减了翻滚、特技系统功能；以此对飞控系统的相关系统功能进行功能收集，由于本人的资料有一大部分是网络收集，会造成信息描述不准，还请大家见谅！。 飞控系统的相关子系统描述如下图1： 图1 二、飞控的相关系统说明 飞控系统的子系统功能分类方式有很多种，可以按飞控系统的子系统功能分类，按飞控系统涉及的子系统关联关系分类，按飞控系统设计的子系统基本功能和选配功能分类等等，本文现阶段以调研飞控系统功能为主，故选择按飞控系统的系统功能分类为主。 文档来源为:从网络收集整理.word 版本可编辑.欢迎下载支持. 课程设计任务书 学生姓名： 专业班级： 指导教师： 工作单位： 题 目: 飞行器控制系统设计 初始条件： 飞行器控制系统的开环传递函数为： ) 2.361(4500)(+=s s K s G 控制系统性能指标为调节时间s 01.0≤，单位斜坡输入的稳态误差000521.0≤，相角裕度大于84度。 要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写 等具体要求） （1） 设计一个控制器，使系统满足上述性能指标； （2） 画出系统在校正前后的奈奎斯特曲线和波特图； （3） 用Matlab 画出上述每种情况的阶跃响应曲线，并根据曲线分析系统 的动态性能指标； （4） 对上述任务写出完整的课程设计说明书，说明书中必须写清楚分析 计算的过程，给出响应曲线，并包含Matlab 源程序或Simulink 仿 真模型，说明书的格式按照教务处标准书写。 时间安排： 指导教师签名： 年 月 日 系主任（或责任教师）签名： 年 月 日 目录 1串联滞后—超前校正的原理...................... 错误!未定义书签。2飞行器控制系统的设计过程................ 错误!未定义书签。 2.1飞行器控制系统的性能指标 ...................... 错误!未定义书签。 2.2系统校正前的稳定情况 .......................... 错误!未定义书签。 ............................................. 错误!未定义书签。 (2) ............................................. 错误!未定义书签。 2.3飞行器控制系统的串联滞后—超前校正 (4) (4) (6) 2.4系统校正前后的性能比较 (8) (8) (9) (11) 3设计总结与心得体会 (12) 参考文献 (13) 目录 摘要……………简要介绍电气自动化技术的概念及其包括的专业知识关键字………………………………控制、系统、检测、网络化 第一章自动控制系统 (1) 1.1自动控制与自动控制系统 (2) 1.2 自动控制系统的基本构成及控制方式 (3) 1.3 自动控制系统的分类 (4) 1.4 对控制系统性能的要求 (5) 1.5 自动控制理论发展简述 (6) 第二章自动检测系统 (7) 2.1 检测技术的基本概念 (8) 2.2 传感器与传感器的分类 (9) 2.3 测量方法 (10) 2.4 传感器的基本特性 (11) 2.5 温度检测 (12) 1、研究目的 自动化广泛应用于现代工业生产中，在很大程度上减轻了人的劳动强度改善了工作环境，同时也提高了产品质量。随着钢铁工业工艺的不断成熟、国际、国内市场的不断发展，对产品质量的要求越来越高。因此，追求高质量的产品、低成本的消耗成为企业能否在激烈的市场竞争中立于不败之地的最首要保证，自动控制系统实现了这一发展。 2，研究意义 本专业主特点是强电弱电结合、电工技术与电子技术相结合、软件与硬件结合、元件与系统结合，在现代科学技术的许多领域中，自动控制技术得到了广泛的应用。所谓自动控制，是指在无人直接参与的情况下，利用控制装置操纵受控对象，使被控量等于给定值或给定信号变化规律去变化的过程。 2、研究内容 控制装置和受控对象为物理装置，而给定值和被控量均为一定形式的物理量。自动控制系统由控制装置和受控对象构成。对自动控制系统的性能进行分析和设计则是自动控制原理的主要任务。 2.1自动控制系统的基本构成及控制方式 1.开环控制控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系时，称为开环控制。 开环控制的特点是系统结构和控制过程很简单，但抗扰能力差、控制精度不高，故一般只能用于对控制性能要求较低的场合。 2.闭环控制 控制装置与受控对象之间，不但有顺向作用，而且还有反向联系，既有被控量对控制过程的影响，这种控制称为闭环控制，相应的控制系统称为闭环控制系统。闭环控制系统又被称为反馈控制或按偏差控制。 闭环控制系统是通过给定值与反馈量的偏差来实现控制作用的，故这种控制常称为按偏差控制，或称反馈控制。此类系统包括了两种传输信号的通道：由给定值至被控量的通道称为前向通道；由被控量至系统输入端的通(整理)自动飞行控制系统电子讲稿第一部分
变体飞行器控制系统综述
飞行控制系统功能介绍
飞行器控制系统课程设计
自动化控制系统的介绍