基于软总线的组件式飞行控制软件设计

发布时间：2017-09-04 05:30

  本文关键词：基于软总线的组件式飞行控制软件设计

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【摘要】：随着无人机的功能越来越复杂,对飞行控制系统的功能和性能要求也越来越严格,飞行控制与管理软件(简称飞行控制软件)作为任务执行的载体,直接决定了飞行控制系统的性能。本文针对飞行控制系统高性能和高可靠性的要求,基于软总线的设计思路,设计了具有多节点协同和故障容错功能的飞行控制软件,满足了高性能无人机对飞行控制系统的要求。论文在分析了传统飞行控制软件存在的问题和目标系统软硬件开发平台后,从飞行控制软件功能和性能需求出发,结合软总线思想,提出了基于软总线架构的飞行控制软件总体设计方案,将软件划分为应用层、管理层、硬件抽象层和操作系统层四个层次,并对各层次结构进行了设计。然后,基于软总线接口规范,详细设计了遥控遥测、导航制导等具有标准接口的功能模块和模块调度管理机制,满足了无人机控制需求和软总线模块管理要求。在此基础上,从功能、任务和数据三个方面,应用软总线技术设计了模块管理器、任务管理器和资源管理器,实现了飞行控制软件资源的统一、协同管理。为了满足多节点协同工作要求,设计了多节点同步方法和数据通信机制,实现了飞控任务的负荷分担和节点间无缝协作配合。同时从系统容错需求出发,根据节点自检测和互检测的故障检测结果,制订了模块迁移综合评价机制,设计了基于合同网的功能模块迁移方法,实现了对故障节点隔离与重构,满足了飞行控制系统对可靠性的需求。最后,对飞行控制软件功能进行综合验证,结果表明负荷分担式飞行控制软件满足飞行控制、飞行管理和容错功能要求,具有较高的可靠性。
【关键词】：飞行控制软件 负荷分担 故障检测 容错 软总线
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V249.1
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 注释表12-13
• 第一章 绪论13-19
• 1.1 引言13
• 1.2 课题研究背景及意义13-14
• 1.3 国内外研究现状14-17
• 1.3.1 飞行控制系统的研究现状14-16
• 1.3.2 软总线研究现状16-17
• 1.4 本文研究内容及章节安排17-19
• 第二章 飞行控制软件总体设计方案19-28
• 2.1 引言19
• 2.2 飞行控制软件需求分析19-21
• 2.2.1 应用功能需求19
• 2.2.2 管理功能需求19-20
• 2.2.3 容错功能需求20
• 2.2.4 性能需求20-21
• 2.3 开发平台21-23
• 2.3.1 硬件开发平台21-22
• 2.3.2 软件开发环境22-23
• 2.4 软件结构设计23-27
• 2.4.1 总体结构设计23-24
• 2.4.2 应用层24-25
• 2.4.3 管理层25-26
• 2.4.4 硬件抽象层26-27
• 2.5 本章小结27-28
• 第三章 软总线架构设计28-55
• 3.1 引言28
• 3.2 软总线结构28-30
• 3.3 飞行控制软件功能模块设计30-41
• 3.3.1 遥控遥测功能模块30-32
• 3.3.2 传感器管理功能模块32-35
• 3.3.3 导航制导模块35-39
• 3.3.4 控制律解算模块39-40
• 3.3.5 控制输出管理模块40-41
• 3.4 软总线功能管理器设计41-54
• 3.4.1 节点层次关系41-42
• 3.4.2 模块管理器42-46
• 3.4.3 任务管理器46-49
• 3.4.4 资源管理器49-54
• 3.5 本章小结54-55
• 第四章 节点间通信机制设计55-68
• 4.1 引言55
• 4.2 节点信息同步机制55-57
• 4.3 节点数据交互机制57-58
• 4.4 硬件抽象层接口调用设计58-65
• 4.4.1 接口资源注册59-61
• 4.4.2 接口资源的使用61-63
• 4.4.3 CAN总线数据分配63-65
• 4.5 模块迁移机制65-67
• 4.6 本章小结67-68
• 第五章 容错策略设计68-85
• 5.1 引言68
• 5.2 动态冗余技术68-70
• 5.3 故障检测70-77
• 5.3.1 系统故障类型70-71
• 5.3.2 节点自检测71-72
• 5.3.3 节点互检测72-77
• 5.4 故障处置77-83
• 5.4.1 故障处置策略77-78
• 5.4.2 模块迁移评价机制78-82
• 5.4.3 基于合同网的模块迁移82-83
• 5.5 故障恢复83-84
• 5.6 本章小结84-85
• 第六章 软件测试与功能验证85-97
• 6.1 引言85
• 6.2 半物理仿真环境构建85-86
• 6.3 飞行控制软件功能验证86-90
• 6.3.1 软件模块化管理功能验证86-87
• 6.3.2 软件分布协同运行功能验证87-88
• 6.3.3 容错功能验证88-90
• 6.4 系统实时性测试90-95
• 6.4.1 节点数据通信时间测试90-91
• 6.4.2 容错功能时间测试91-93
• 6.4.3 节点任务负载测试93-95
• 6.5 系统性能对比分析95-96
• 6.6 本章小结96-97
• 第七章 总结与展望97-99
• 7.1 本文研究工作总结97-98
• 7.2 后续工作展望98-99
• 参考文献99-102
• 致谢102-103
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文103

【参考文献】

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1 裘杭萍;覃W，

本文编号：789644