[发明专利]基于FPGA的片内分布式航空发动机电子控制器及控制方法

权利要求书

1.一种基于FPGA的片内分布式航空发动机电子控制器，由输入信号接口电路(2)、FPGA 芯片(1)、输出信号接口电路(3)依次连接组成，其特征在于：所述FPGA芯片内部包 括同步串行总线(DB)、同步时钟线(CLK)、同步控制线(SC)及通过这三根线互联 的n个处理器模块、用于实时测量航空发动机转速的超转保护逻辑模块、用于控制 FPGA内部各个模块同步工作的同步控制逻辑模块、用于转换FPGA内部同步串行总 线和外部总线协议的总线协议转换逻辑模块；其中，n是自然数，3＜n＜20。

2.根据权利要求1所述的基于FPGA的片内分布式航空发动机电子控制器，其特征在于： FPGA内部嵌入的n个处理器是独立运行的，每个处理器都有单独的程序空间ROM和 数据空间RAM；所述n个处理器分别独立执行油门杆指令采集与处理、温度信号采 集与处理、压力信号采集与处理、核心控制算法、主燃油量小闭环控制、加力燃油 量小闭环控制、尾喷管面积小闭环控制等任务。

3.根据权利要求1所述的基于FPGA的片内分布式航空发动机电子控制器，其特征在于： 所述超转保护逻辑模块用于实时测量航空发动机转速，当转速超过安全限制时，按 照预定的安全模式控制发动机转速远离安全边界。

4.根据权利要求1所述的基于FPGA的片内分布式航空发动机电子控制器，其特征在于： 所述FPGA芯片内部的同步控制逻辑模块是一个可以配置的高精度定制器，通过同步 控制线(SC)控制FPGA芯片内部的n个处理器模块、超转保护逻辑模块、总线协议 转换逻辑模块按照预定的时间间隔T1，即主回路控制步长同步运行。

5.根据权利要求1所述的基于FPGA的片内分布式航空发动机电子控制器，其特征在于： 所述FPGA芯片内部的总线协议转换逻辑模块用于FPGA芯片内部同步串行总线和外 部总线之间的协议转换，外部总线用于和发动机冗余控制器通道、飞行控制系统进 行通信。

6.根据权利要求2所述的基于FPGA的片内分布式航空发动机电子控制器，其特征在于： 所述n个处理器中用于主燃油量小闭环控制、加力燃油量小闭环控制、尾喷管面积 小闭环控制任务的处理器内部还包含一个高精度定制器，其定时间隔T2是同步控制 逻辑模块定时间隔T1的1/4。

7.一种基于权利要求1至6任一权利要求所述的基于FPGA的片内分布式航空发动机电 子控制器的控制方法，其特征在于：每当同步控制信号SC有效时，所述FPGA内部 的n个处理器模块、超转保护逻辑模块、同步控制逻辑模块和总线协议转换逻辑模 块按照以下的步骤完成对航空发动机的控制任务：

a)同步控制逻辑按照预设的时间间隔T1重复产生有效的同步控制信号SC；

b)检测到有效的同步控制信号SC后，各个处理器分别完成油门杆信号的采集与处 理；

c)检测到有效的同步控制信号SC后，各个处理器分别完成温度、压力信号的采集、 线性化、量纲转换、故障诊断与隔离等任务；

d)检测到有效的同步控制信号SC后，超转保护逻辑模块测量当前发动机转速；

e)检测到有效的同步控制信号SC后，总线协议转换逻辑从飞行控制系统获得大气 数据信息；

f)上述采集到的油门杆信号、压力信号、温度信号、发动机转速、大气数据信息 依次通过同步串行总线DB发送到负责核心控制算法的处理器；

g)核心处理器根据当前发动机的转速、温度、压力、大气数据信息及油门杆参考 指令，按照预定的控制模式核计算发动机的主燃油量、加力燃油量和尾喷口面 积等输出控制量，并将这些输出控制量发送到同步串行总线DB上；

h)用于小闭环控制的各个处理器通过同步串行总线DB接收核心处理器输出的控制 量，按照预定的控制模式分别完成对主燃油流量、加力燃油流量、尾喷管面积 的小闭环控制任务。