基于FC-AE-1553协议的飞控仿真演示系统设计与实现

摘要

航空机载总线用于连接飞机中的各个子系统，是现代航空电子系统的中枢，机载总线性能的优劣对飞机整体性能的影响至关重要，随着航空电子系统日趋复杂，传统的机载总线逐渐难以满足航空电子系统对数据传输的性能要求。FC-AE-1553是一种为航空电子环境应用所定制的新型机载数据通信协议，它使用光纤作为传输媒介，继承了光纤通道技术的优良特性，具有高带宽、低延时、抗干扰能力强等优点。目前国内对FC-AE-1553协议的研究还处于理论阶段，且多是对协议自身特性进行研究，缺乏对协议应用的研究。为了研究FC-AE-1553协议在航空电子系统中的应用，本文选取航空电子系统中的飞行控制系统作为应用对象，研究如何将FC-AE-1553通信协议应用到飞行控制系统中。
　　本文主要的工作是利用FC-AE-1553节点卡构建基于FC-AE-1553协议的飞控仿真演示系统。整体工作可以分为适用于航空环境的FC-AE-1553协议研究、飞行控制模型构建和基于FC-AE-1553的飞控仿真演示系统实现三个部分。首先，本文分析了航空机载总线体系架构的演变过程，对几种传统的航空总线协议做简单介绍，并对FC和FC-AE-1553协议的关键特性做出分析，对比FC-AE-1553与传统机载总线的性能差异。接着，本文对航空环境中适用的FC-AE-1553协议做了深入研究，针对航空环境对数据传输低时延和高可靠的要求，通过双冗余网络结构、改进差错处理机制、应用数据划分优先级三个措施对协议应用进行改进，并利用OPNET对改进的效果进行仿真分析。然后，本文分析了飞机的飞行运动过程，建立飞机运动的六自由度十二状态方程，经过解耦将飞机的控制系统分为横向和纵向两个控制通道，利用Simulink建立了基于PID控制器的控制系统（俯仰角控制、高度控制、速度控制、滚转角控制、偏航角控制），并对控制效果进行测试。最后，本文在完成对 FC-AE-1553协议改进和控制系统设计的基础上，使用教研室的FC-AE-1553节点卡设备，编写程序构建了基于FC-AE-1553的飞控仿真演示系统，并对系统功能进行测试。

目录

声明

缩略词表

第一章 绪 论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 研究目的与意义

1.4 论文研究内容与结构安排

第二章 传统航空数据总线与FC-AE-1553协议介绍

2.1 传统航空机载数据总线介绍

2.2 光纤通道

2.3 FC-AE-1553协议

2.4 本章小结

第三章 适用于航空环境的FC-AE-1553协议研究

3.1 适用于航空环境的FC-AE-1553协议改进

3.2 冗余型FC-AE-1553网络设计

3.3 改进的差错处理

3.4 对应用层消息划分优先级

3.5 本章小结

第四章 飞行控制系统设计

4.1 假设条件与坐标定义

4.2 运动学方程的建立

4.3 飞行运动控制律设计与验证

4.4 控制模型代码生成

4.5 本章小结

第五章 FC-AE-1553飞控仿真演示系统设计与实现

5.1 仿真系统整体设计

5.2 飞控仿真演示系统软件功能设计与实现

5.3 飞控仿真演示系统功能测试

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1本文总结

6.2工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果