[发明专利]一种可配置余度等级的控制律验证平台及方法

权利要求书

1.一种可配置余度等级的控制律验证平台，其特征在于，包括：

4余度实时仿真节点，软件加载/系统测试计算机，以太网和反射内存网，

其中，4余度实时仿真节点由4台功能、性能、接口和组成完全相同的嵌入式计算机构成，运行VxWork实时操作系统；计算机之间通过CCDL进行数据交叉传输，CCDL还包括一路同步电缆，用于仿真节点间的时钟同步管理；实时仿真节点运行飞控系统算法，并通过物理I/O接口输入和输出数据；

软件加载和系统测试计算机，完成飞行控制算法的matlab/Simulink建模设计，并将算法模型自动转化为C语言实时代码；通过以太网与4余度实时仿真节点连接，将代码同步下载到4余度实时仿真节点，完成嵌入式软件装载，并且监控实时仿真节点中软件运行情况；软件加载和系统测试计算机还通过反射内存网与4余度实时仿真节点连接，用于记录和分析数据；

实时仿真节点包括：

实时仿真节点由操作系统完成硬件管理、健康检测和任务管理；硬件管理功能完成处理器、存储器、接口电路板的管理与检测；在VxWorks操作系统环境下，飞控算法模型是作为实时任务由任务管理功能完成调度与运行，并且以多任务方式对接口、整体系统运行、硬件驱动、异常处理、任务间通信进行调度与管理；健康检测功能提供处理器和存储器的实时状态监控，以及以太网和反射内存网的状态监控；

通过matlab/Simulink与实时系统接口，将使用Matlab开发的飞控系统算法模型自动生成运行于VxWorks操作系统环境下的实时代码并完成模型下载任务；

监控软件接口，是监控软件与实时仿真节点的软件接口，具备多节点监控能力；监控软件根据实时仿真节点的IP地址区分各个仿真节点；通过监控软件在飞控系统算法建模过程中进行监控点设置，在对飞控系统进行故障仿真时通过监控软件接口完成对控制信号的故障注入；完成模型运行控制、模型数据采集、监控、存储、分析、实时系统运行监控；

飞控系统与外部系统接口，用于飞控系统与模拟器或其他外部仿真系统交联；

飞控系统建模框架，提供飞控系统算法建模的软件框架，针对不同飞机的飞控系统仿真算法设计，在本模型框架下进行；包括输入/输出两级监控表决面、控制律和故障综合功能；监控表决功能由4余度实时仿真节点同步、节点间数据交叉传输和余度信号比较表决监控功能构成；飞控系统建模框架完成各功能模块间数据通信和调度，控制算法根据不同飞控系统的特性配置信号数量、类型、比较表决监控策略，设计控制律和故障综合算法。

2.如权利要求1所述的一种可配置余度等级的控制律验证平台，其特征在于，

每个实时仿真节点作为一路控制通道，CCDL负责4余度实时仿真节点间通信；每个通道运行相同的控制算法模型，并且判断4个通道运算结果的正确性，构成相似余度配置；4通道必须同时开始仿真，并且每一个实时仿真步长都同步，如果发现任何一个实时仿真节点出现失步则上报失步故障；系统通过CCDL中包含的时钟同步电缆实现系统同步管理；每个仿真周期开始，要求4通道同步一次，确保4个通道在同一时刻进行采样；计算结果输出之前各通道同步一次，确保每个通道信号在同一时刻被输出；各通道的时钟误差不得累计，当通道之间的时钟误差超过规定范围时，则检测出失步通道；

设置采集输入信号和结果输出信号两级表决面，采取投票表决策略，按照少数服从多数的原则将信号值直接比较；每个节点首先交叉数据传输模块中得到的其它节点的数据，然后分别统计节点1、2、3、4的数据在误差设置范围内的得票情况，最后按照少数服从多数的原则将得票最多的数据输出。

3.一种可配置余度等级的控制律验证方法，其特征在于，包括：

(1)4余度飞控实时仿真系统与模拟器交联；

(2)生成实时系统仿真模型；

(3)对实时系统仿真模型分析；

其中，步骤(1)包括：

(11)利用matlab/Simulink搭建飞控系统算法模型；

(12)在matlab/Simulink中编写测试脚本文件，完成模型各项功能和性能测试；

(13)利用C语言编写飞控仿真系统与模拟器的反射内存通信接口程序；

(14)根据模拟器仿真需求配置“仿真系统软件框架”；

(15)根据动态测试要求配置“监控软件”的matlab/Simulink模型监控点；

(16)通过系统提供的编译工具形成实时系统目标码；

(17)通过下载管理器完成4余度仿真节点的实时目标码同步下载；

(18)通过上述步骤完成了飞控系统仿真建模和系统软件编译加载，最后，通过模拟器的运行闭环动态测试飞控系统功能和性能；

步骤(2)包括：

(21)生成监控软件，监控软件功能包括：控制模型的运行、停止和暂停；数据监控、记录和分析；系统状态实时监控；系统健康检测；

(22)软件整体调度、任务管理、接口管理，数据传输管理、时钟同步管理、硬件资源管理由“仿真系统软件框架”自动完成，用户进行飞控算法设计，包括控制律和余度软件设计；

(23)使用matlab环境设计的“用户仿真模型”和人工编写的“用户C代码”通过实时代码生成软件RTI自动生成实时代码，并与“仿真系统软件框架”通过“C编译器”进行联编，形成VxWorks实时操作系统目标码，其中“仿真系统软件框架”包括了用户根据需要设置的模型监控信息和运行控制信息；这些目标码通过“下载管理器”同步下载到4余度仿真节点，仿真模型运行过程中的信息反馈给“监控软件”提供给用户测试与监控；

步骤(3)包括：

(31)修改Simulink模型属性，将代码自动剖析过程加入模型属性中；

(32)通过RTI自动生成代码；

(33)自动模型剖析剖析RTI生成的所有文件，并将获得的模型变量和模型层次结构保存到指定文件中；

(34)监控软件打开模型剖析的变量，获得所有模型变量数据用于仿真试验分析；

(35)记录并永久性的保存实时仿真数据；

(36)记录的数据采用Matlab的*.mat文件格式存储；

(37)在Matlab上编写满足使用要求的数据分析软件。