[发明专利]一种用于飞行模拟系统的并行计算和分布式控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及飞行模拟技术领域，更具体地说，涉及一种用于飞行模拟系统的并行计算和分布式控制方法。

背景技术

飞行模拟系统，主要用于飞行训练和相关工程设计和研究领域，以控制理论、航空技术、计算机技术、精密机械制造技术等为基础，集成各项软件和硬件系统，真实地还原航空器在飞行和地面状态下的效应，模拟执行任务过程的状态、环境和条件，并为飞行员提供类似的视觉、听觉、运动感觉和操纵感觉。飞行模拟系统的核心是飞行仿真模型，包括空气动力学模型、外部环境模型、飞机系统模型、航电系统模型等，除了飞行仿真模型外，系统还需要运行教员控制台系统软件、视景系统软件、操纵负荷系统控制软件、运动系统控制、接口软件等，因此设计合理的系统运行架构对于飞行模拟系统是否能够达到设计目标、满足性能要求起着至关重要的作用。

传统的实现方法中，通常采用高性能计算机设计串行算法实现各软件系统的运行和调度，在该方法中，对于位于中心节点的计算机运行速度和可靠性提出了较高的要求，同时为了达到该要求，需要付出成本高，设计难度大，不利于后期优化。由于在飞行模拟系统中经常采用不同的规格硬件，如机载计算机(飞行控制计算机、飞行管理计算机)等，因此产生的异构性不利于串行运算系统的设计，由于飞行模拟系统使用周期较长，因此串行系统也不利于局部系统的升级和扩充。在传统的串行运算系统中，单一系统的故障会整体系统的运行异常，产生故障蔓延，同时不容易故障屏蔽、容错和冗余设计。

根据上述分析，运行系统的架构对于飞行模拟系统设计起到至关重要的作用，研究计算和控制方法并发地处理多项计算内容，降低整机成本，减小由于系统的异构性给整机带来的设计风险，提高系统的可扩展性和故障处理能力有着非常重要的价值。

因此，由于现有技术中存在上述的技术缺陷，是本领域内技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的为提供一种用于飞行模拟系统的并行计算和分布式控制方法，通过并行计算分别实现仿真系统、教员控制台系统、多通道视景系统、操纵负荷系统和运动系统的计算，通过分布式控制技术将执行不同任务的计算机进行综合调度，同步计算时钟，共享数据信息实现系统的统一调度。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于飞行模拟系统的并行计算和分布式控制方法，其特征在于：飞行模拟系统包括主控节点、仿真计算节点、仪表显示节点、教员控制台节点、视景系统节点、运动系统节点、操纵负荷系统节点和接口节点，通过反射内存实时网络连接，所述仿真计算节点、仪表显示节点和视景系统节点通过千兆以太网构成二级网络；

所述主控节点是系统的核心节点，其中运行实时控制管理软件，实现网络资源管理、数据传输管理、时钟控制和生成；

所述仿真计算节点包括一个千兆以太网二级网络、气动模型和大气环境仿真计算机、飞机系统仿真计算机和航电系统仿真计算机，所述气动模型和大气环境仿真计算机既与中心实时网络连接，又通过以太网交换机与位于二级网络的飞机系统仿真计算机和航电系统仿真计算机连接，实现并行计算和控制；

教员控制台节点负责提供教员控制界面，对仿真进程进行调整、设定起降机场、控制天气环境因素、设置故障、调取课程计划、进行飞行评估；

仪表显示节点主要为位于驾驶舱的主飞行显示器、多功能飞行显示器、集成式备用仪表和其他机载仪器设备提供显示画面支持，由于需要输出多个分离的画面，因此需要组成一个二级网络，各仪表计算机实时接收来自主干网络的显示数据，并行计算输出显示画面并提供相应的反馈；

视景系统节点包含一个二级网络，通过以太网交换机连接，分别为三个视景通道的投影机提供显示信号，并且运行边缘融合几何校正软件，实现三个投影画面的视觉校正和无缝融合；

运动系统节点解算六自由度运动系统中各个作动器的驱动数据，通过控制器实现运动系统的控制；

操纵负荷系统节点为操纵负荷系统的力矩电机提供驱动信号，实现自动驾驶仪接通情况下，飞行控制组件的自动运动，实现在人工操作状态下在不同气动加载状态下实时地反应操纵杆力；

接口节点通过CAN总线与驾驶舱的控制板和操纵组件连接，实时地采集模拟量和数字量，并且驱动驾驶舱内数码管、状态指示灯输出组件。

由于不同的功能特点，主运行框架采用分布式控制技术，同时在仿真计算节点、仪表显示节点和视景节点中使用了并行计算的方法构成分布式系统结构。