面向航空发动机分布式控制的时间触发总线研究

发布时间：2017-08-21 23:16

  本文关键词：面向航空发动机分布式控制的时间触发总线研究

  更多相关文章： 航空发动机分布式控制 时间触发通信总线 TTCAN TTP/C 调度算法 总线控制器设计

【摘要】：航空发动机分布式控制系统的通信总线对控制系统重量、成本、可靠性和控制性能等具有至关重要的影响。本文以航空发动机分布式控制系统通信总线为研究对象,开展时间触发通信总线TTCAN和TTP/C协议研究和控制器的设计,以期为发动机分布式控制系统通信总线研究提供有益参考。基于FPGA设计TTCAN总线level2总线控制器,搭建通信系统实验平台,开展TTCAN总线时延分析,讨论了传输时延、队列时延、特殊时延,并给出了时延计算数学模型。分析了基本错误情况下的时延,基于此,修正了时延计算模型。通过发动机工作环境模拟实验,研究了温度变化对总线时延的影响。在通信总线研究的基础之上,针对TTCAN总线的调度算法展开研究。设计了TTCAN总线同步相和异步相调度算法。采用FFI的装箱算法和遗传算法优化同步相调度,引入容错窗实现调度容错;异步相调度中采用优先级提升算法处理事件性消息。将所设计的调度算法应用于航空发动机分布式控制系统总线调度表设计。面向未来发动机分布式控制系统更高带宽和容错性要求,开展TTP/C通信总线的研究。从原理上详细分析了TTP/C总线的基本特征、设计原则、总线型拓扑结构、TDMA介质访问方式和帧格式。基于TTP/C总线协议,结合航空发动机分布式控制系统,给出总线控制器的总体设计方案,并对协议进行分层。结合航空发动机分布式控制系统的通信性能需求,探讨了总线控制器的特性参数和关键技术。基于FPGA设计了TTP/C总线控制器。设计了TTP/C总线的数据链路层、协议服务层、CNI和跳转逻辑状态机。给出了数据链路层中总线收发器、BG模块、MEDL列表模块的具体设计方法;给出了协议服务层中成员关系容错算法和全局同步容错时钟的设计方法;给出了CNI和跳转逻辑状态机的设计方法。通过设计综合通信仿真实验验证总线控制器的正确性。
【关键词】：航空发动机分布式控制 时间触发通信总线 TTCAN TTP/C 调度算法 总线控制器设计
【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】：V233.7
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 注释表11-12
• 缩略词12-14
• 第一章 绪论14-20
• 1.1 航空发动机分布式控制系统14-15
• 1.2 航空发动机分布式控制通信总线15-17
• 1.3 时间触发型通信总线国内外研究现状17-18
• 1.3.1 TTCAN总线17
• 1.3.2 TTP/C总线17-18
• 1.4 本文研究内容18-20
• 第二章 TTCAN总线控制器设计及时延分析20-35
• 2.1 基于FPGA的TTCAN总线控制器设计20-24
• 2.1.1 TTCAN总线控制器物理层设计21-22
• 2.1.2 TTCAN总线控制器数据链路层设计22-23
• 2.1.3 TTCAN总线控制器时间触发系统设计23-24
• 2.2 TTCAN总线时延分析24-27
• 2.2.1 TTCAN总线时延组成概述24-25
• 2.2.2 CAN总线时延组成25-26
• 2.2.3 TTCAN总线时延组成26-27
• 2.3 TTCAN总线时延分析计算27-31
• 2.3.1 TTCAN总线传输时延TTTCAN_t27-28
• 2.3.2 CAN总线队列时延TCAN_q28-29
• 2.3.3 TTCAN总线队列时延TTTCAN_q29-30
• 2.3.4 TTCAN总线特殊时延TTTCAN_s30-31
• 2.4 总线出错情况下TTCAN总线时延31-32
• 2.5 温度对TTCAN总线时延的影响32-33
• 2.6 本章小结33-35
• 第三章 基于航空发动机的TTCAN总线容错调度算法研究35-50
• 3.1 总线调度算法35-37
• 3.1.1 装箱调度算法35-36
• 3.1.2 遗传调度算法36
• 3.1.3 优先级提升算法36-37
• 3.2 TTCAN总线周期性消息调度算法37-41
• 3.2.1 TTCAN总线周期性消息调度策略37-38
• 3.2.2 初始调度矩阵38-39
• 3.2.3 初始调度矩阵的优化39-40
• 3.2.4 容错设计40-41
• 3.3 TTCAN总线事件性消息调度算法41-43
• 3.3.1 TTCAN总线事件性消息调度策略41-42
• 3.3.2 优先级提升调度算法42-43
• 3.4 TTCAN总线动态调度策略43-44
• 3.5 基于航空发动机信息的调度算法实例44-49
• 3.5.1 PSA消息组调度实例44-47
• 3.5.2 航空发动机信息调度实例47-49
• 3.6 本章小结49-50
• 第四章 基于航空发动机分布式控制系统TTP/C总线构架设计50-59
• 4.1 TTP/C总线50-54
• 4.1.1 TTP/C总线基本特征50-51
• 4.1.2 TTP/C总线设计原则51
• 4.1.3 TTP/C总线拓扑结构51-52
• 4.1.4 TTP/C总线介质访问方式52-53
• 4.1.5 TTP/C总线数据帧格式53-54
• 4.2 TTP/C总线控制器总体设计54-56
• 4.2.1 TTP/C总线控制器结构54-55
• 4.2.2 TTP/C总线协议分层55-56
• 4.3 基于航空发动机分布式控制系统TTP/C总线控制器参数设计56-58
• 4.4 本章小结58-59
• 第五章 基于航空发动机分布式控制系统的TTP/C总线控制器设计59-77
• 5.1 TTP/C总线控制器数据链路层设计59-63
• 5.1.1 总线收发器设计59-60
• 5.1.2 BG模块设计60-61
• 5.1.3 MEDL列表设计61-63
• 5.2 TTP/C总线控制器协议服务层设计63-67
• 5.2.1 成员关系容错算法的实现63-66
• 5.2.2 全局同步容错时钟的实现66-67
• 5.3 TTP/C总线控制器CNI接口模块设计67-69
• 5.4 TTP/C总线控制器状态机设计69-72
• 5.5 综合通信仿真72-76
• 5.6 本章小结76-77
• 第六章 总结与展望77-79
• 6.1 总结77-78
• 6.2 展望78-79
• 参考文献79-83
• 致谢83-84
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文84-85
• 附录A 基于FPGA的航空发动机分布式控制系统实物图85

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 宋军强;潘慕绚;黄金泉;;航空发动机分布式控制系统技术分析及系统方案[J];航空动力学报;2013年10期

2 刘冬冬;张天宏;陈建;于兵;;TTP/C协议的关键特性研究[J];计算机测量与控制;2012年10期

3 刘冬冬;张天宏;陈建;;开放式FADEC系统的数据总线研究[J];航空动力学报;2012年04期

4 李丽丹;王永康;南立军;;某特种车辆TTCAN网络的静态调度设计[J];指挥控制与仿真;2011年04期

5 张淑玲;沈田;;曼彻斯特编码技术在测井数据传输中的应用研究[J];计算机与数字工程;2009年09期

6 刘双与;郭丽娟;张激;张晓先;;TTP/C协议的一致性机制研究[J];计算机工程;2006年05期

7 刘鲁源,万仁君,李斌,吴志新;TTCAN调度算法及其在汽车控制系统中的应用[J];汽车工程;2005年01期

8 徐科,黄金泉,张天宏,蒋文亮;基于DSP的航空发动机转速传感器设计[J];推进技术;2004年02期

9 王庆祥,陈家琪;利用遗传算法优化TTCAN网络的时间调度系统矩阵[J];航空计算技术;2004年01期

10 黄金泉,徐科;航空发动机分布式控制系统结构分析[J];航空动力学报;2003年05期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 张杰;最早截止期优先实时调度算法研究[D];华中科技大学;2009年

中国硕士学位论文全文数据库 前9条

1 邵飞牛;一维装箱问题启发式算法的设计与分析[D];东北大学;2013年

2 陈建;基于FPGA的TTP/C总线控制器设计及验证[D];南京航空航天大学;2012年

3 周桃;基于FPGA的光纤航电-1553协议实现技术研究[D];电子科技大学;2012年

4 阮华斌;车用FlexRay-CAN网关协议分析与设计[D];湖南大学;2012年

5 刘海旭;ARINC 659通信总线的设计与实现[D];北京交通大学;2010年

6 杨海龙;基于智能技术的航空发动机气路故障诊断[D];南京航空航天大学;2008年

7 陈普;线控制动系统的软件系统研究[D];武汉理工大学;2007年

8 陈胜达;基于遗传和递归的装箱算法研究[D];厦门大学;2007年

9 张丽岩;装箱问题BFD混合遗传算法的仿真研究[D];河海大学;2006年

，

本文编号：715702