發(fā)布時間：2017-09-13 18:47

  本文關(guān)鍵詞：數(shù)學模型化的自動駕駛儀軟件設(shè)計

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【摘要】：民用飛機自動駕駛儀軟件作為機載軟件的一部分,必須滿足適航性條例要求,軟件需符合DO178C的開發(fā)和驗證標準。軟件的安全性和穩(wěn)定性是其能否作為機載軟件最重要的指標,傳統(tǒng)的自動駕駛儀軟件設(shè)計有周期長、難度大、高風險、高成本等缺點,開發(fā)的過程并沒有嚴格按照DO178C標準來開發(fā),使得軟件的認證過程困難且繁瑣。本文提出數(shù)學模型化的自動駕駛儀設(shè)計方法,將自動駕駛儀數(shù)學模型化,由于數(shù)學模型的表達具有一致性,軟件需求與數(shù)學模型一一對應并能對模型進行實時驗證和確認,所以基于數(shù)學模型自動生成的代碼具有很高的安全性和穩(wěn)定性;同時,數(shù)學模型化的自動駕駛儀軟件設(shè)計能夠自動生成符合DO178C標準的認證文檔,簡化了軟件的認證過程。因此,數(shù)學模型化的自動駕駛儀軟件設(shè)計具有周期短、效率高、低成本的優(yōu)點。本文的主要工作體現(xiàn)在以下幾個方面:首先本文給出了通用飛機自動駕駛儀的總體設(shè)計方案,即自動駕駛儀的基本組成及功能。描述了自動駕駛儀的基本部件以及部件間的聯(lián)系,定義了自動駕駛儀具備的基本功能及其性能。其次本文給出自動駕駛儀軟件的需求分析,定義了自動駕駛儀軟件的組成模塊,為后續(xù)編寫自動駕駛儀軟件提供依據(jù)。根據(jù)軟件需求分析,將自動駕駛儀軟件分成數(shù)學模型化實現(xiàn)與手工實現(xiàn)兩種不同的途徑。然后利用Matlab/Simulink建立自動駕駛儀數(shù)學模型,按照其功能不同分為方式選擇模型和控制律模型兩部分。分別利用Stateflow和Simulink對方式選擇模型和控制律模型建模,并利用Simulink Coder自動代碼生成工具箱將模型生成標準C代碼。為生成高效、穩(wěn)定的代碼,工具箱對數(shù)學模型進行優(yōu)化,并詳細分析了自動代碼生成報告。最后為驗證數(shù)學模型化的自動駕駛儀軟件設(shè)計方法,將MSP430F5438A芯片作為自動駕駛儀的飛行控制計算機處理器并編寫底層驅(qū)動,進行了開環(huán)驗證測試及閉環(huán)測試,達到了預期效果,具有一定的工程應用價值。
【關(guān)鍵詞】：自動駕駛儀 數(shù)學模型 Simulink Coder 自動代碼生成 DO178C 嵌入式系統(tǒng)
【學位授予單位】：北京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V241.48
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-15
• 1.1 基于數(shù)學模型的設(shè)計方法與實現(xiàn)11-14
• 1.2 數(shù)學模型化的自動駕駛儀設(shè)計前景14-15
• 第2章 自動駕駛儀的基本組成及功能15-20
• 2.1 駕駛儀的基本組成15-17
• 2.2 自動駕駛儀系統(tǒng)的功能與性能17-19
• 2.2.1 自動駕駛儀自檢及初始化功能17-18
• 2.2.2 自動駕駛儀飛行控制功能18-19
• 2.3 本章小結(jié)19-20
• 第3章 自動駕駛儀軟件需求分析20-31
• 3.1 軟件的定義及實現(xiàn)方式20-21
• 3.2 自動駕駛儀方式選擇21-22
• 3.3 自動飛行控制律22-30
• 3.3.1 VS控制方式22-23
• 3.3.2 ALT控制方式23-25
• 3.3.3 PALT控制方式25-26
• 3.3.4 配平控制26-28
• 3.3.5 HDG控制方式28-29
• 3.3.6 GPS控制方式29-30
• 3.4 本章小結(jié)30-31
• 第4章 自動駕駛儀方式選擇模型的建立31-40
• 4.1 Simulink模型結(jié)構(gòu)31
• 4.2 Simulink/Stateflow邏輯模塊31-39
• 4.2.1 按鍵邏輯初步設(shè)計32-35
• 4.2.2 駕駛儀按鍵控制邏輯35-38
• 4.2.3 駕駛儀旋鈕復用邏輯38-39
• 4.3 本章小結(jié)39-40
• 第5章 自動駕駛儀控制律模型的建立40-50
• 5.1 橫側(cè)向飛行控制模式40-44
• 5.1.1 橫側(cè)向飛行控制模型結(jié)構(gòu)40-41
• 5.1.2 HDG飛行控制律41-43
• 5.1.3 GPS飛行控制律43-44
• 5.2 縱向飛行控制模式44-48
• 5.2.1 縱向飛行控制模型結(jié)構(gòu)44-45
• 5.2.2 VS飛行模式45
• 5.2.3 ALT飛行模式45-46
• 5.2.4 PALT飛行模式46-48
• 5.3 顯示幀數(shù)據(jù)模塊48-49
• 5.4 本章小結(jié)49-50
• 第6章 基于模型的自動代碼生成50-66
• 6.1 模型中變量配置50-54
• 6.1.1 標準C中設(shè)置變量作用域50-52
• 6.1.2 Simulink中設(shè)置變量作用域52-54
• 6.2 模型的優(yōu)化及驗證54-56
• 6.2.1 模型的層次化管理54
• 6.2.2 模型規(guī)范化工具54-55
• 6.2.3 模型定點化工具55
• 6.2.4 DO驗證工具箱55-56
• 6.2.5 模型優(yōu)化結(jié)果56
• 6.3 模型的配置56-59
• 6.3.1 設(shè)置模型求解器56-57
• 6.3.2 硬件平臺設(shè)置57
• 6.3.3 代碼生成設(shè)置57-59
• 6.4 自動代碼生成報告59-64
• 6.4.1 代碼概要59
• 6.4.2 子模塊報告59-60
• 6.4.3 模型接口函數(shù)報告60-62
• 6.4.4 代碼可追溯性報告62
• 6.4.5 靜態(tài)代碼度量報告62-64
• 6.5 自動生成代碼的分析與集成64-65
• 6.6 本章小結(jié)65-66
• 第7章 自動駕駛儀系統(tǒng)測試及功能驗證66-74
• 7.1 自動駕駛儀系統(tǒng)底層驅(qū)動66-69
• 7.1.1 異步通信模塊66-68
• 7.1.2 定時器模塊68
• 7.1.3 GPIO按鈕模塊68
• 7.1.4 GPIO編碼旋鈕中斷68-69
• 7.2 底層驅(qū)動與生成代碼的集成69-70
• 7.3 駕駛儀原型的功能驗證及測試70-71
• 7.4 駕駛儀原型的閉環(huán)測試71-73
• 7.5 本章小結(jié)73-74
• 第8章 總結(jié)與展望74-77
• 8.1 全系統(tǒng)的數(shù)學模型化74-75
• 8.2 工作總結(jié)與展望75-77
• 8.2.1 工作總結(jié)75-76
• 8.2.2 工作展望76-77
• 參考文獻77-79
• 攻讀學位期間發(fā)表論文與研究成果清單79-80
• 致謝80

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本文編號：845264