航天器GN&C系统功能行为建模与仿真平台研究

在航天器近距离相对运动任务规划的研究中,为了实现验证对航天器制导、导航与控制(GN&C)系统的功能行为建模方法与仿真平台进行了研究.在分析了航天器GN&C系统的功能结构以及各子系统之间的状态约束,建立其功能行为模型的基础上,根据MVC(Model-View-Controller)设计模式搭建平台框架,综合利用Java/MATLAB/VC++,集成系统模型算法,驱动任务指令生成与调度,设计跨平台数据传输机制,完成仿真平台开发.系统仿真平台灵活开放,支持任务设计、规划功能,可实现飞行方案的仿真推演.     

基于面向对象的工业模块化测控系统设计

近年来,基于计算机的测控系统开始应用于工业测控领域,随着面向对象技术在测控软件设计中的应用,大大提高了测控软件的开发效率.基于面向对象技术与软件复用技术的模块化测控软件设计方法为原有的测控软件提供了二次利用的可能性.基于Visual Basic.NET环境来实现模块化测控软件集成平台,完成了模块库建立、模块调度、测控任务管理的软件实现设计.     

基于虚拟仪器的汽车变速器计算机测控系统的设计

本文介绍了汽车自动变速器检测实验台的测控系统硬件组成,并采用Labview开发出测控系统的软件。可对汽车自动变速器综合性能与液压控制阀体进行测试操作和性能分析,实现检测对象测控的自动化。     

无人直升机实时机载和地面站软件架构设计

研究了无人直升机飞行控制系统实时软件系统设计架构,针对机载嵌入式飞控计算机系统和地面站计算机系统,提出了基于VxWorks实时操作系统的多线程任务机载软件设计方案和基于WindowsXP操作系统的地面站软件设计方案,有助于加快完成无人直升机飞行控制系统的设计和验证。机载系统软件设计为数据采集和测量、伺服舵机驱动、飞行控制与发动机控制实现、通信和数据请求存储等功能。地面站系统软件设计为与机载系统的数据通信、终端用户操控,以及实时飞行状态监视等功能。利用组件对象模型设计技术实现了系统软件设计的模块化、软件结构分层组件化,方便了软件系统的集成与扩展。采用多任务线程机制,有效地满足了飞行控制系统实时性要求。利用实时操作系统的定时器任务机制,确保飞行模式的任务管理和调度。依据所提出的软件设计架构完成了实时机载软件和地面站软件组件模块的设计与开发,而且软件集成快捷方便。研究成果已成功应用于某型无人直升机飞行控制系统。     

交会对接多航天器联合闭环测试模式设计与验证

在载人航天领域,多航天器交会对接技术是研制的关键和难题,闭环测试系统设计的重要性尤为突出,用于交会对接的多航天器联合闭环测试的设计与实施,实现了多航天器间的一体化实时动态同步电测,实现了多航天器及其测试系统的时序同步,以及敏感器及其模拟器和机电系统的动力学模型同步动态联合实时驱动的同步控制,采用了多航天器一体化实时精确控制的自动化测试,以及多航天器间多通道大回路信息流的实时统一管理。解决飞行任务阶段,多航天器交互状态的验证问题,在地面真实呈现交会对接飞行的全过程,达到多船器联合电测的目的。     

一种软件自动测试系统

针对航天测控任务频度高,测控任务软件系统测试重复性高、人工测试工作量大、测试效率和可靠性低的特点,通过分析系统测试条件和需求,设计了一种基于黑盒测试的软件自动测试系统.文章介绍了自动测试系统的系统结构、主要功能模块、测试平台部署及测试流程等,并详细阐述了测试用例管理、测试数据自动生成、测试过程控制、测试结果评估和测试报告自动生成等关键技术;该系统能够有效的减少人工重复工作量,增强系统测试的自动化,提高系统测试效率和质量.     

基于PAC的测控系统设计与实现

为实现某化学分析测量仪器自动化测控需求,设计并组建了一套基于工业计算机与可编程自动化控制器(programmable automation controller,PAC)的测控系统;系统上位机通过以太网监控下位机的运行状态,实时显示该仪器中电磁阀开关状态、温度、压力和流量等参数信息;下位机按仪器流程需要设定控制程序,实现对各单元设备的控制和数据采集;并通过设计基于工作流程的数据结构、模块化开发和多线程等技术,编制了系统测控软件;系统具备工作流程定制、数据自动记录、自动报警和自动运行等功能,成功与用于该仪器中;经过多次实验验证和现场工作,测控系统稳定可靠。      

某型机载综合显示系统自动测试仪的设计

空情信息感知能力是决定飞机战斗力强弱的主要因素之一;机载综合显示系统能将大量、复杂、融合的空情信息,直观地显示给飞行员,为其完成飞行训练及作战任务提供首要的决策依据;此机载综合显示系统自动测试仪是一个基于计算机的智能化的测控系统,可以实现对机载综合显示系统工作状态的高效测试和故障诊断;首先介绍了基于PC的自动测试仪的设计思想,重点分析了测试仪的硬件及软件的实现方法;此外在软件部分提出了一种利用Windows API简化编程实现串口通信的新方法;系统总体设计先进、精度和自动化程度高、通用性好,完全满足测试及诊断的需要,可方便地推广应用到新型机载综合显示系统上。     

面向航天器控制的专用语言及编译程序设计

针对陆基测控网测控站遥控操作模式不能适应新的测控需求以及国际测控合作的实际，提出了一种面向航天器操作的航天器控制语言（SCL语言）。该语言能够有效地解决航天器上行控制、参数判断和数据同步等航天器测控专用语句的设计难题，为航天器控制人员提供有力的工具。同时根据SCL语言的特点，提出了一种快速实现其编译程序的技术途径。给出了一种不同于一般高级语言特殊设计的实现方法。通过多颗同步和近地航天器测控实际应用，验证了SCL语言及编译程序的正确性，保证了陆基测控网实现了对卫星的闭环测控，极大提高了航天器的控制效率。     

航天器控制若干技术问题的新进展

航天器姿态和轨道控制技术是航天器研制中的关键技术,对实现复杂航天器的控制以及未来复杂的飞行任务都具有非常重要的作用。文中通过一些飞行实例概述国内外航天器控制技术的发展,论述了航天器控制技术在编队飞行、自主交会与对接和复杂对象控制中的进展。文章通过揭示航天器控制技术领域的研究和发展趋势,为我国航天器制导、导航与控制技术的发展提出建议。     

基于SysML的机载软件分层精化建模与验证方法

机载软件被广泛应用于航空航天领域, 大幅提升了机载设备的性能.但随着机载软件规模逐渐增大、功能逐渐增多, 给软件的开发带来了难度, 如何保障机载软件的正确性和安全性也成为一个难题.基于模型的开发可以有效提升开发效率, 而形式化方法能够有效保障软件的正确性.为了降低开发难度, 同时保障机载软件的正确性、安全性, 本文提出一种基于SysML状态机图子集的机载软件分层精化建模与验证方法.首先使用SysML状态机图对机载软件的动态行为进行建模, 根据提出的精化规则, 对初始模型进行手动逐层精化得到精化设计模型.然后针对软件模型动态变化的特性, 将SysML状态机模型自动转换为时间自动机网络, 并从软件需求中手动提取形式化TCTL性质进行模型检验.其次, 为了实现编码自动化, 将SysML模型自动转换至Simulink, 利用Simulink Coder生成源代码.最后, 以一个自动飞行控制软件为例进行了开发和验证, 实验结果表明了该方法的有效性.     

结冰飞机的包线保护与控制裕度研究

飞机结冰具有不确定性和随机性,会破坏飞机的动力学特性,威胁飞行安全.针对这一问题,对结冰飞机的安全边界保护和控制裕度计算展开探究.首先,应用可达集方法,将结冰的作用看作不确定性对抗输入,分析结冰对飞机安全包线边界的影响;然后,基于已知的结冰飞机飞行安全包线,提出两种包线边界保护方法,第1种是改进的最优控制边界保护方法,通过引入新型的最优控制保护动作的切换策略消除传统最优控制保护方法的控制量抖振现象,第2种是保留驾驶员操作权限的安全边界保护方法,通过计算安全边界上的可用控制指引驾驶员完成正确的操作,使得飞机飞行状态不超出安全包线;最后,通过实时计算飞机当前状态点的控制裕度对飞机超出包线进行提前预防,指引驾驶员完成安全程度较高的操作,并提出一种新型的控制裕度迭代计算策略,能够有效降低控制裕度计算的保守性.     

基于MTRDL的自动飞行系统模式需求建模与验证方法[1]

在民机自动飞行过程中,自动飞行系统模式转换是影响安全的重要因素,随着现代民机机载系统的功能与复杂度的快速增长,在需求阶段对自动飞行系统模式转换的安全性分析和验证成为重要的挑战.飞行模式转换的复杂性不仅体现在自动飞行过程中必需的多重飞行模式之间的交互关系,还体现在模式转换与外部环境之间复杂的数据与控制交联关系,这些交联关系同时隐含了飞行模式转换的安全性质,这些特征提高了形式化方法的应用难度.本文工作提出一种领域特定的建模验证框架:首先,提出面向自动飞行系统模式转换的领域需求建模语言MTRDL,和基于该语言扩展于SysML上的建模方法;其次,提出基于安全需求模板的安全性质辅助规约方法;最后,通过对某机型的若干条目化需求的实例研究,证明了本文方法在自动飞行系统模式转换需求验证中的有效性.     

分布交互式实时三维飞行仿真平台的综合设计

针对基于高阶非线性系统数学模型基础上的飞行器控制系统设计难于验证的实际问题,在基于全数字飞机的非线性模型基础上,在分布式局域网的仿真环境下,利用飞行控制律实时算法、面向对象的编程方法、TCP/IP网络通信技术及计算机三维仿真等技术,构建了分布交互式实时三维飞行控制系统仿真平台,研究了该平台的软硬件构成、设计方法及相关的关键技术,并且在网络环境下分别开发了基于增益表和自修复重构的实时仿真算法,成功模拟了飞机在驾驶员在环和全自动飞行的情况,研究结果表明了该仿真平台在飞行仿真训练和教学中的实用性以及验证先进控制律的可移植性.     

基于四余度设计的驾驶员操纵传感器校准方法

飞行控制系统中,驾驶员操纵传感器作为飞机人工操作的信号源,具有非常重要的作用.目前,驾驶员操纵传感器LVDT采用检定的方式完成计量,忽略了该类传感器的使用要求.以驾驶员传感器技术要求为基础,分析四余度LVDT传感器技术指标特点,提出对其中通道跟踪误差和通道干扰的校准需求和校准方法,并通过Matlab实现通道跟踪误差计算.该方法的建立能够为传感器基于应用需求的校准方案设计提供思路,在今后具有复杂应用环境、特殊应用要求传感器的校准设计中打下基础.     

基于模型驱动构件库的飞行控制软件工厂研究

针对飞行控制软件日趋紧张的型号进度和快速增长的代码规模,首先,提出了基于模型驱动构件库开发飞行控制软件的基本概念,并与传统软件开发方法进行了对比分析;然后,针对飞行控制软件快速开发的需求,根据构件的设计准则,对飞行控制软件功能、性能、软件和硬件组成、接口关系进行领域工程建模;对飞行控制软件的共性通用部分和型号定制部分解耦后进行分层和领域构件化分析,建立了软件工厂模式的开发平台框架;最后,详细讨论了基于模型驱动构件库的软件工厂实现和维护的关键技术。     

Landing Auto‐Pilots for Aircraft Motion in Longitudinal Plane using Adaptive Control Laws Based on Neural Networks and Dynamic Inversion

This paper presents two new automatic landing systems (ALSs) for aircraft motion in longitudinal plane; the model of the landing geometry determines the flight trajectory and the aircraft calculated altitude; the flight trajectory during landing consists of two parts: the glide slope and the flare. Both designed ALSs have an adaptive system (ACS) for the aircraft output's control; for the first ALS, the output vector consists of the flying altitude and the longitudinal velocity, while, for the second ALS, the output variables are the pitch angle and the longitudinal velocity of aircraft. The second variant of ALS also contains an altitude controller providing the calculated pitch angle. The calculated altitude (for the first ALS), the calculated pitch angle (for the second ALS), and the desired flight velocity are provided to the ACS by means of a block consisting of two reference models. ACS is based on the dynamic inversion concept and contains an adaptive controller which includes a linear dynamic compensator, a state observer, a neural network, and a Pseudo Control Hedging block. The paper is focused both on the design of the two ALSs and on their complex software implementation and validation.     

基于云计算平台的政务大数据系统自动检索方法研究

传统检索方法查准率和查全率相对较差,导致自动检索精准度较低。为此,提出了基于云计算平台的政务大数据系统自动检索方法研究。在云计算平台下,利用CiteSpace软件对政务大数据系统中的关键词进行统计分析,获取相关资源。在电子政务联机模式下,揭示政务大数据系统中资源相关属性,在MapReduce挖掘模型支持下,进行政务大数据系统数据挖掘,实现政务大数据系统自动检索。实验验证分析,该方法检索查准率和查全率较高,具有高效检索效果。     

管制指令语音识别在模拟飞行界面的实现

将语音识别技术应用到管制学员的培训中是提高管制模拟机应用效率的重要途径.在深入分析中文管制指令特征的基础上,从语音识别基础技术出发,设计一套适合于中英文管制指令语音特点的语音识别技术,利用MATLAB完成相应程序的编写和模拟飞行界面的设计.通过形成独特的管制指令语音识别模板库,最终在模拟飞行界面实现管制语音指令对航空器飞行的控制.从而为进一步实现自动化模拟机机长席位提供可能,最终完全替代人工机长席位.     

基于状态转移图的箭载软件时序控制测试用例生成方法

为提升箭载嵌入式软件测试的效率和质量,本文专门针对箭载软件时序控制这一测试需求,提出了一种基于状态转移图的测试用例自动生成算法设计方法。具体分析步骤为首先分析时序控制特性,其次选取状态转移图来表征,自定义所需图元属性以及图元关系、触发条件全面性与一致性的约束条件从而保证模型合理性；再次采用基路径覆盖、转移对覆盖、条件元覆盖三种覆盖准则相结合方式实现测试用例的自动生成；最后以某箭上软件全飞行周期时序控制为基础,多次结果表明该方法生成的软件测试用例可完全覆盖时序控制功能和性能需求,验证了方法的有效性和稳定性,可为箭载软件自动化测试工程化实践提供一定的借鉴。