数学模型化的自动驾驶仪软件设计

发布时间：2017-09-13 18:47

  本文关键词：数学模型化的自动驾驶仪软件设计

  更多相关文章： 自动驾驶仪 数学模型 Simulink Coder 自动代码生成 DO178C 嵌入式系统

【摘要】：民用飞机自动驾驶仪软件作为机载软件的一部分,必须满足适航性条例要求,软件需符合DO178C的开发和验证标准。软件的安全性和稳定性是其能否作为机载软件最重要的指标,传统的自动驾驶仪软件设计有周期长、难度大、高风险、高成本等缺点,开发的过程并没有严格按照DO178C标准来开发,使得软件的认证过程困难且繁琐。本文提出数学模型化的自动驾驶仪设计方法,将自动驾驶仪数学模型化,由于数学模型的表达具有一致性,软件需求与数学模型一一对应并能对模型进行实时验证和确认,所以基于数学模型自动生成的代码具有很高的安全性和稳定性;同时,数学模型化的自动驾驶仪软件设计能够自动生成符合DO178C标准的认证文档,简化了软件的认证过程。因此,数学模型化的自动驾驶仪软件设计具有周期短、效率高、低成本的优点。本文的主要工作体现在以下几个方面:首先本文给出了通用飞机自动驾驶仪的总体设计方案,即自动驾驶仪的基本组成及功能。描述了自动驾驶仪的基本部件以及部件间的联系,定义了自动驾驶仪具备的基本功能及其性能。其次本文给出自动驾驶仪软件的需求分析,定义了自动驾驶仪软件的组成模块,为后续编写自动驾驶仪软件提供依据。根据软件需求分析,将自动驾驶仪软件分成数学模型化实现与手工实现两种不同的途径。然后利用Matlab/Simulink建立自动驾驶仪数学模型,按照其功能不同分为方式选择模型和控制律模型两部分。分别利用Stateflow和Simulink对方式选择模型和控制律模型建模,并利用Simulink Coder自动代码生成工具箱将模型生成标准C代码。为生成高效、稳定的代码,工具箱对数学模型进行优化,并详细分析了自动代码生成报告。最后为验证数学模型化的自动驾驶仪软件设计方法,将MSP430F5438A芯片作为自动驾驶仪的飞行控制计算机处理器并编写底层驱动,进行了开环验证测试及闭环测试,达到了预期效果,具有一定的工程应用价值。
【关键词】：自动驾驶仪 数学模型 Simulink Coder 自动代码生成 DO178C 嵌入式系统
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V241.48
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-15
• 1.1 基于数学模型的设计方法与实现11-14
• 1.2 数学模型化的自动驾驶仪设计前景14-15
• 第2章 自动驾驶仪的基本组成及功能15-20
• 2.1 驾驶仪的基本组成15-17
• 2.2 自动驾驶仪系统的功能与性能17-19
• 2.2.1 自动驾驶仪自检及初始化功能17-18
• 2.2.2 自动驾驶仪飞行控制功能18-19
• 2.3 本章小结19-20
• 第3章 自动驾驶仪软件需求分析20-31
• 3.1 软件的定义及实现方式20-21
• 3.2 自动驾驶仪方式选择21-22
• 3.3 自动飞行控制律22-30
• 3.3.1 VS控制方式22-23
• 3.3.2 ALT控制方式23-25
• 3.3.3 PALT控制方式25-26
• 3.3.4 配平控制26-28
• 3.3.5 HDG控制方式28-29
• 3.3.6 GPS控制方式29-30
• 3.4 本章小结30-31
• 第4章 自动驾驶仪方式选择模型的建立31-40
• 4.1 Simulink模型结构31
• 4.2 Simulink/Stateflow逻辑模块31-39
• 4.2.1 按键逻辑初步设计32-35
• 4.2.2 驾驶仪按键控制逻辑35-38
• 4.2.3 驾驶仪旋钮复用逻辑38-39
• 4.3 本章小结39-40
• 第5章 自动驾驶仪控制律模型的建立40-50
• 5.1 横侧向飞行控制模式40-44
• 5.1.1 横侧向飞行控制模型结构40-41
• 5.1.2 HDG飞行控制律41-43
• 5.1.3 GPS飞行控制律43-44
• 5.2 纵向飞行控制模式44-48
• 5.2.1 纵向飞行控制模型结构44-45
• 5.2.2 VS飞行模式45
• 5.2.3 ALT飞行模式45-46
• 5.2.4 PALT飞行模式46-48
• 5.3 显示帧数据模块48-49
• 5.4 本章小结49-50
• 第6章 基于模型的自动代码生成50-66
• 6.1 模型中变量配置50-54
• 6.1.1 标准C中设置变量作用域50-52
• 6.1.2 Simulink中设置变量作用域52-54
• 6.2 模型的优化及验证54-56
• 6.2.1 模型的层次化管理54
• 6.2.2 模型规范化工具54-55
• 6.2.3 模型定点化工具55
• 6.2.4 DO验证工具箱55-56
• 6.2.5 模型优化结果56
• 6.3 模型的配置56-59
• 6.3.1 设置模型求解器56-57
• 6.3.2 硬件平台设置57
• 6.3.3 代码生成设置57-59
• 6.4 自动代码生成报告59-64
• 6.4.1 代码概要59
• 6.4.2 子模块报告59-60
• 6.4.3 模型接口函数报告60-62
• 6.4.4 代码可追溯性报告62
• 6.4.5 静态代码度量报告62-64
• 6.5 自动生成代码的分析与集成64-65
• 6.6 本章小结65-66
• 第7章 自动驾驶仪系统测试及功能验证66-74
• 7.1 自动驾驶仪系统底层驱动66-69
• 7.1.1 异步通信模块66-68
• 7.1.2 定时器模块68
• 7.1.3 GPIO按钮模块68
• 7.1.4 GPIO编码旋钮中断68-69
• 7.2 底层驱动与生成代码的集成69-70
• 7.3 驾驶仪原型的功能验证及测试70-71
• 7.4 驾驶仪原型的闭环测试71-73
• 7.5 本章小结73-74
• 第8章 总结与展望74-77
• 8.1 全系统的数学模型化74-75
• 8.2 工作总结与展望75-77
• 8.2.1 工作总结75-76
• 8.2.2 工作展望76-77
• 参考文献77-79
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单79-80
• 致谢80

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本文编号：845264