CN101482753A - 一种多余度飞控计算机实时仿真装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多余度飞控计算机实时仿真装置及系统，技术方案主要包括：开发监控主机和实时仿真目标机，所述开发监控主机用于为在Matlab/Simulink模型设计软件中建立多余度飞控计算机模型，提供建模支持，并对建立的所述模型的仿真运行过程进行图形化监控，根据监控结果对与目标处理器代码运行相关的参数进行在线修改以及对实时仿真过程数据进行存储；所述实时仿真目标机为所述主机建立的所述模型的仿真运行提供硬件支持。本发明还公开了一种开发监控主机和实时仿真目标机。采用本发明所述的技术方案，能够为余度系统仿真开发和运行提供环境支持。
Description
技术领域
本发明涉及实时仿真技术领域，具体涉及一种多余度飞控计算机实时仿真装置及系统。
背景技术
目前，随控布局技术在飞机设计制造中得到广泛应用，同时对飞行品质、机动性和飞行范围的要求也在不断提高，飞控计算机的功能日趋复杂。为满足飞控计算机任务可靠性和安全性要求，余度技术被广泛的应用在飞控计算机的设计中。
余度设计是指需要出现两个或两个以上的独立故障，才能引起既定的不希望的工作状态的一种设计方式。余度设计包括余度结构设计和余度管理设计两个关键方面。
飞控计算机余度结构是影响系统可靠性的关键因素，余度结构形式的选择是飞控计算机总体设计的重要方面。时至今日，已有多种余度结构在各种军用、民用飞机上得到成功应用。F-16A/B最早采用了四余度模拟式电传飞行控制系统；F-16C/D、EF-2000、苏-27、苏-35、C-17运输机等采用相似四余数字电传系统；AFTI/F-16、X-29采用相似三余度系统；Boeing-777采用非相似三余度系统；二余度结构也在无人机上得到应用。综合来看，常见的余度结构包括双机比较热备结构、三余度表决结构、三余度比较表决结构、四余度表决结构等。
飞控计算机余度管理是系统实时运行中故障检测与定位的主要方法。余度管理所实现的功能包括：同步、交叉传输、故障综合、输入数据表决监控、输出数据表决监控、故障隔离、系统重构。余度管理通过实时检测和余度计算机通道之间的表决、监控，发现各通道工作的故障，保证飞控系统工作的正确性。在发现系统内部故障时，有效隔离相应的余度通道并进行功能重构。
在余度系统的设计、仿真、验证过程中，涉及到余度结构的论证、与余度结构相匹配的余度管理逻辑的设计、多余度飞控计算机的原型样机实现、实物设备在环的原型验证等多个环节，这是一个长周期、多阶段的复杂工程，需要一套有力的仿真支持系统，辅助完成飞控计算机的余度设计及仿真验证。但是，尚未发现基于这种要求的多余度飞控计算机实时仿真系统。
发明内容
鉴于上述现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种多余度飞控计算机实时仿真装置及系统，能够为余度系统仿真开发和运行提供环境支持。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明提供了一种开发监控主机，所述主机包括：
建模支持模块，用于为在Matlab/Simulink模型设计软件环境中建立多余度飞控计算机模型，提供建模支持，并将所述模型转换为与所述余度通道对应的子模型后，编译为对应的目标处理器代码；
仿真监控模块，用于将通过所述建模支持模块获得的目标处理器代码，分别加载到与所述余度通道对应的目标处理器上进行仿真运行；对所述余度通道之间的信号进行图形化监控，根据监控结果对与所述目标处理器代码运行相关的参数进行在线修改，以及对实时仿真过程数据进行存储，以支持对所述模型算法的分析与优化。
优选的，所述模型支持模块具体包括：
多余度仿真支持模块库，用于为建立所述多余度飞控计算机模型，提供余度管理算法支持及硬件接口支持；
模型转换单元，用于将根据所述多余度仿真支持模块库建立的所述模型，根据所述余度通道之间数据的依赖关系拆分为与所述各余度通道对应的子模型，并将所述子模型生成C代码后，编译为对应的目标处理器代码；所述目标处理器代码适用于VxWorks实时操作系统。
优选的，所述多余度仿真支持模块库具体包括：
接口单元，在所述模型运行中，用于提供航电接口支持，与外部设备交联来接收输入检测信号，以及为所述模型的余度通道之间的数据传递提供接口支持；
交叉传递单元，在所述模型运行时，用于将通过所述接口单元接收到的输入检测信号在搭建的实时网络中进行所述余度通道之间的实时数据交叉传递，以使所述余度通道均能获得其他余度通道的数据，进行表决；
表决单元，用于对所述交叉传递单元的输出结果，通过表决逻辑判断所述余度通道的数据是否发生异常，并根据所述表决逻辑进行对应的处理后输出结果，确定对飞机的控制策略；
余度通道同步单元，用于控制与所述模型对应的余度通道之间信号运行的同步，保证所述模型的连续平稳运行。
优选的，所述表决单元具体包括：
前置表决子单元，用于对所述交叉传递单元输出的输入检测信号，通过表决逻辑进行故障信号检测、识别与重构，并根据所述表决逻辑作对应的处理，以保证为控制律计算过程提供正确的输入数据；
后置表决子单元，用于对所述前置表决子单元获得的输入检测信号，经过控制律计算后获得的交叉传递结果，根据所述表决逻辑进行判断及处理，以保证经过控制律计算获得的输出控制信号的可靠性，以实现对飞机的可靠控制。
优选的，所述仿真监控模块具体包括：
加载单元，用于通过以太网将所述建模支持模块获得的目标处理器代码，分别加载到与所述余度通道对应的目标处理器上；
运行控制单元，用于控制所述加载单元加载到所述目标处理器上的目标处理器代码仿真运行过程，包括启动、停止、系统复位；
运行监控单元，用于在所述运行控制单元运行所述目标处理器代码后，对仿真运行过程中的信号进行图形化监视，根据监视结果对与所述目标处理器代码运行相关的参数进行在线修改；还用于对实时仿真过程数据进行存储，以支持对所述模型算法进行在线或离线的分析与优化。
本发明提供了一种实时仿真目标机，所述目标机采用VxWorks实时操作系统，所述目标机包括：
代码接收模块，用于接收通过以太网发送的与多余度飞控计算机模型对应的目标处理器代码，并将所述目标处理器代码运行在对应的目标处理器上，进行仿真；
运行支持模块，用于构建与所述多余度飞控计算机模型对应的仿真运行环境，以及为所述代码接收模块运行所述目标处理器代码提供对应的硬件支持。
优选的，所述运行支持模块具体包括：
余度通道构建单元，用于在所述目标机上采用处理器板构建与所述模型对应的余度通道；所述每块处理器板构成一个所述余度通道；
总线单元，用于在所述目标机上连接所述余度通道构建单元建立的所述余度通道；所述总线单元采用VME总线或VPX总线系统；
航电接口单元，用于在所述目标机上为所述总线单元提供与外部交联环境的连接接口，实现多余度飞控仿真计算机与外部交联设备的输入、输出数据通讯；
实时仿真网络单元，用于在所述目标机上通过采用反射内存实时网络或者采用VME总线背板共享内存网络，在运行过程中实现所述余度通道之间的运行同步及数据交叉传递。
优选的，所述处理器板采用与所述总线单元相匹配的刀片式单处理器板或者双处理器板，支持x86及PowerPC架构处理器，以实现异构仿真；至少两个所述单处理器板构成多机表决余度结构；至少两个所述双处理器板处理器板构成多机比较表决余度结构。
优选的，所述航电接口单元支持ARINC429、MIL-STD-1553B、AFDX和CAN总线接口中的至少一种接口，来实现与外部交联环境的连接。
本发明提供了一种多余度飞控计算机实时仿真系统，所述系统包括：
如上所述的开发监控主机以及如上所述的实时仿真目标机。
本发明的有益效果：
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明填补了多余度飞控计算机实时仿真支持环境的空白。相对于纯数字的软件多余度仿真，本发明提供了与实际飞控计算机具有一致余度结构的多处理器硬件平台，为余度管理逻辑及飞控算法模型提供了强大的实时运行环境，并支持实际航电接口以与外部真实交联设备连接；
另外，本发明支持以图形化环境进行多余度模型设计，自动生成多余度目标处理器代码，并提供了完善的多余度飞控计算机实时仿真的运行监控支持。总之，本发明所提供的仿真系统，是一套高可信度、且灵活易用的多余度飞控计算机设计、仿真及验证环境。
附图说明
图1为本发明实施例一所述实时仿真主机的结构示意图；
图2为本发明实施例二所述实时仿真目标机的结构示意图；
图3为本发明实施例三所述系统的结构示意图；
图4为本发明实施例三中三余度飞控计算机的目标机结构示意图；
图5为本发明实施例三中所述三余度飞控计算机逻辑流程图；
图6为本发明实施例三中所述三余度飞控计算机的模型框图。
具体实施方式
本发明的目的是提供一套适用于多余度飞控计算机的快速原型开发、实时仿真验证环境的多余度飞控计算机实时仿真装置及系统，为飞控计算机余度系统设计、仿真和验证过程提供了一套有力的仿真支持系统，填补了现有技术的空白。
为了进一步说明本发明所述的技术方案，下面结合具体实施方式进行详细说明。
实施例一：
结合图1，本发明一种开发监控主机，为余度系统仿真开发提供了支持环境，所述主机包括：
建模支持模块S11，用于为在Matlab/Simulink模型设计软件环境中建立多余度飞控计算机模型，提供建模支持，并将所述模型转换为与所述余度通道对应的子模型后，编译为对应的目标处理器代码；
仿真监控模块S22，用于将通过所述建模支持模块获得的目标处理器代码，分别加载到与所述余度通道对应的目标处理器上进行仿真运行；对所述余度通道之间的信号进行图形化监控，根据监控结果对与所述目标处理器代码运行相关的参数进行在线修改，以及对实时仿真过程数据进行存储，以支持对所述模型算法的分析与优化。
具体地说，所述主机是飞控计算机实时仿真系统功能软件的运行载体，能够支持余度系统建模及实时仿真过程的管理。所述主机采用基于WindowsXP/2000操作系统的桌面计算机，可以利用MathWorks公司的Matlab/Simulink建模软件，以及具有仿真管理功能的软件进行图形化的余度管理算法开发及仿真。
具体地，所述模型支持模块S11具体包括：
多余度仿真支持模块库S11a，用于为建立所述多余度飞控计算机模型，提供余度管理算法支持及硬件接口支持；
本实施例中在Matlab Simulink环境中将反射内存接口、航电总线接口以其他接口、交叉传递单元(CCDL)、表决单元、以及各种余度表决算法，封装为Simulink模块，并集成在Simulink环境中作为多余度仿真支持模块库，为建立所述多余度飞控计算机模型提供建模工具及仿真支持。基于所述模块库，可以便捷的建立各种余度结构的Simulink模型。
模型转换单元S11b，用于将根据所述多余度仿真支持模块库建立的所述模型，根据所述余度通道之间数据的依赖关系拆分为与所述各余度通道对应的子模型，并将所述子模型生成C代码后，编译为对应的目标处理器代码；所述目标处理器代码适用于VxWorks实时操作系统。
所述VxWorks实时操作系统是美国Wind River System公司(以下简称风河公司，即WRS公司)推出的一个实时操作系统。
本发明实施例中，所述模型转换单元自动分析子模型交联关系，并与建模软件中Matlab RTW工具相结合，将建立的多余度飞控计算机模型转换为C代码，并编译为目标处理器代码；所述目标处理器代码能够自动加载到与建立的所述模型对应的各余度通道的目标处理器上，进行多余度飞控计算机模型的实时仿真。
Matlab RTW(Real-Time Windows Target)是Matlab Simulink图形化建模仿真环境的扩展，能够由Simulink模型自动生成代码。
具体地，所述多余度仿真支持模块库S11a具体包括：
接口单元S11a1，在所述模型运行中，用于提供航电接口支持，与外部设备交联来接收输入检测信号，以及为所述模型的余度通道之间的数据传递提供接口支持；
交叉传递单元S11a2，在所述模型运行时，用于将通过所述接口单元接收到的输入检测信号在搭建的实时网络中进行所述余度通道之间的实时数据交叉传递，以使所述余度通道均能获得其他余度通道的数据，进行表决；
本发明实施例一中采用交叉传递单元可以在所述模型运行时，将接收到的外部传感器信号(输入检测信号)进行各余度通道间的数据交叉传递，通过交叉传递每个余度通道都能够获得其他通道的数据，这样传递后能够保证各通道数据的一致性和准确性。
表决单元S11a3，用于对所述交叉传递单元的输出结果，通过表决逻辑判断所述余度通道的数据是否发生异常，并根据所述表决逻辑进行对应的处理后输出结果，确定对飞机的控制策略；
余度通道同步单元S11a4，用于控制与所述模型对应的余度通道之间信号运行的同步，保证所述模型的连续平稳运行。
本发明实施例一中，可以通过构建实时网络实现各余度通道之间运行的同步。
具体地，所述表决单元S11a3具体包括：
前置表决子单元S11a3’，用于对所述交叉传递单元输出的输入检测信号，通过表决逻辑进行故障信号检测、识别与重构，并根据所述表决逻辑作对应的处理，以保证为控制律计算过程提供正确的输入数据；
后置表决子单元S11a3”，用于对所述前置表决子单元获得的输入检测信号，经过控制律计算后获得的交叉传递结果，根据所述表决逻辑进行判断及处理，以保证经过控制律计算获得的输出控制信号的可靠性，以实现对飞机的可靠控制。
具体地说，所述表决逻辑的内容包括：
将当前所述余度通道获得的信号与其它余度通道信号的中值作比较，若绝对误差超过设定的门限值，则该通道信号出现瞬态故障，若瞬态故障持续N个周期，则该信号出现永久故障；若各通道的信号未产生永久故障，则表决结果选中值输出；若一个通道出现永久故障，则将当前余度结构数减1后进行表决；表决时，若各余度通道信号的绝对误差不超过门限值时，取平均值输出；否则，给出错误标志。
在Simulink环境中，利用CCDL单元获得各个余度通道的数据，然后表决单元根据表决逻辑进行通道状态判断，在设定的故障条件满足时，进行故障隔离及系统重构。例如，对于三余度比较监控飞控系统，其输入输出数据进行交叉传递，并分别进行前置和后置的中值表决；根据表决结果，当某余度通道首次出现故障时，则通道内两个处理器自动进行无扰切换，以使该余度通道恢复功能；当某余度通道出现两次故障后，则该余度通道切除，系统降级为两个余度通道的工作模式。
具体地，所述仿真监控模块S22具体包括：
加载单元S22a，用于通过以太网将所述建模支持模块获得的目标处理器代码，分别加载到与所述余度通道对应的目标处理器上；
运行控制单元S22b，用于控制所述加载单元加载到所述目标处理器上的目标处理器代码仿真运行过程，包括启动、停止、系统复位；
运行监控单元S22c，用于在所述运行控制单元运行所述目标处理器代码后，对仿真运行过程中的信号进行图形化监视，根据监视结果对与所述目标处理器代码运行相关的参数进行在线修改；还用于对实时仿真过程数据进行存储，以支持对所述模型算法进行在线或离线的分析与优化。
实施例二：
结合图2所示，本发明提供了一种实时仿真目标机，所述目标机采用VxWorks实时操作系统，基于成熟的COTS(商用货架产品)货架式产品构建，为所述多余度飞控计算机模型的仿真提供了实时运行的支持环境，所述目标机包括：
代码接收模块S33，用于接收通过以太网发送的与多余度飞控计算机模型对应的目标处理器代码，并将所述目标处理器代码运行在对应的目标处理器上，进行仿真；
运行支持模块S44，用于构建与所述多余度飞控计算机模型对应的仿真运行环境，以及为所述代码接收模块运行所述目标处理器代码提供对应的硬件支持。
具体地说，所述运行支持模块S44具体包括：
余度通道构建单元S441，用于在所述目标机上采用处理器板构建与所述模型对应的余度通道；所述每块处理器板构成一个所述余度通道；
总线单元S442，用于在所述目标机上连接所述余度通道构建单元建立的所述余度通道；所述总线单元采用VME总线或VPX总线系统；
本实施例二中所述总线单元采用支持多主处理器板的VME(VersaModule Eurocard)总线结构；配置多块具有2个板载CPU的VME总线处理器板作为所述余度通道构建单元来构建余度通道。每块处理器板构成一个余度通道。所述各处理器板之间通过反射内存搭建的实时网络连接。对于典型的三余度表决结构，可采用3块处理器板构成3个余度通道。由于每块处理器板载有2个CPU，同样能够支持三余度比较表决结构的仿真。
本实施例在应用时，可通过增减处理器板搭建相应的仿真运行环境。从技术上讲，每个单目标机能够支持高达20个余度通道。在具备硬件条件的前提下，可通过软件对余度结构进行灵活组态。例如，目标机中配置4块双CPU处理器板，则通过加载不同的算法模型，可实现三余度表决结构、三余度比较表决结构或者四余度表决结构等。
具体地说，所述总线单元可以包括仿真总线和任务总线，所述任务总线用于实现所述模型与外部设备的交联，包括：1553B、ARINC429和AFDX等航空总线中的一种或多种；所述仿真总线采用反射内存实时网络或者VME背板共享内存网络，支持所述余度通道之间的同步及数据的交叉传递。
航电接口单元S443，用于在所述目标机上为所述总线单元提供与外部交联环境的连接接口，来接收外部的输入控制信号对所述模型进行仿真运行；
本发明实施例二中根据所述航电接口单元配置合适的ARINC429接口卡或者MIL-STD-1553接口卡。另外，可配置串行接口、模拟量接口、数字量接口等，以满足外部设备的接口要求。所述目标机上运行VxWorks实时操作系统，采用基于优先级抢占的任务调度模式，为飞控计算机的控制律及余度管理软件提供实时运行环境。
实时仿真网络单元S444，用于在所述目标机上通过采用反射内存构建的实时网络或者采用VME总线背板共享内存网络，在运行过程中实现所述余度通道之间的运行同步及数据交叉传递。
本发明实施例二中采用反射内存搭建的实时网络来进行所述余度通道之间同步运行及交叉数据传递；本发明实施例二中利用反射内存的网络中断，余度通道之间能够实现微秒级的运行同步，保证容错系统的连续平稳运行。
余度通道之间的交叉数据传输(CCDL)是各个监控表决面能够运行的前提。反射内存网络具备低延迟、高确定性的端到端通讯能力，相当于提供了所有余度通道公用的共享内存，能够满足通道之间数据交叉传输的要求。
具体地说，所述处理器板采用与所述总线单元相匹配的刀片式单处理器板或者双处理器板，支持x86及PowerPC架构处理器，以实现异构仿真；至少两个所述单处理器板构成多机表决余度结构；至少两个所述双处理器板处理器板构成多机比较表决余度结构。
具体地说，所述航电接口单元支持ARINC429、MIL-STD-1553B、AFDX和CAN总线接口中的至少一种接口，来实现与外部交联环境的连接。
实施例三：
如图3所示，本发明还提供了一种多余度飞控计算机实时仿真系统，所述系统包括：
如实施例一中所述开发监控主机；和如实施例二所述实时仿真目标机。所述主机和所述目标机的技术方案，在上述实施例中已作阐述，在此不作赘述。
本发明实施例三中，以三余度飞控计算机实时仿真系统为例对本发明所述系统进行说明。结合图3所示，所述实时仿真系统包括所述主机和所述目标机两个部分，主机与目标机之间通过以太网进行连接。
所述主机采用基于Windows XP/2000操作系统的桌面计算机，运行Matlab/Simulink建模软件以及具有仿真管理功能的软件。在Matlab Simulink环境中集成所述建模支持模块，包括多余度仿真支持模块库及模型转换单元。多余度仿真支持模块库采用C s-function及TLC技术，将航电总线接口、反射内存接口、CCDL、表决器等封装为Simulink模块，支持在Simulink模型中直接调用，便于构成硬件在环的多余度仿真模型。所述模型转换单元自动分析子模型交联关系，并与Matlab RTW工具相结合，支持生成多处理器代码，并编译为目标处理器代码。
如图4所示，所述目标机中运行支持模块包括余度通道构建单元、总线单元、航电接口单元及实时仿真网络单元。其中总线单元采用VME总线系统；所述余度通道构建单元采用配置3个GE FANUC VG5处理器板，构成3个余度通道；每个VG5上有2个PMC插槽，分别搭载反射内存接口卡VMIPMC-5565及ARINC429接口卡CEI-830各一块。3块VMIPMC-5565通过多模光纤连接构成环形网络构成所述实时仿真网络单元，实现余度通道的同步及数据实时通讯。
CEI-830作为航电接口连接外部交联环境，如敏感器、作动器等。另外，根据所仿真的飞控计算机的不同，外部接口可选MIL-STD-1553B、AFDX、1394等。本实施例三中以ARINC429接口为例进行说明。所述目标机的各个处理器上运行VxWorks实时操作系统，并加载仿真支持模块。VxWorks实时操作系统提供基础环境。仿真支持模块在VxWorks系统上启动一组任务，包括命令通讯任务、数据通讯任务、FTP(File TransferProtocol，文件传输协议)任务等。运行支持模块提供了目标机对外通讯接口，使主机能够实现代码下载、目标机监控等功能。
在具备上述由所述主机和目标机构建的软硬件平台的基础上，即可基于Matlab Simulink设计三余度飞控计算机模型。
建模完成后，调用模型转换单元对多余度飞控模型进行互联关系分析，确定余度通道之间的数据依赖关系，自动将多余度模型拆分为各个余度通道的子模型。如果子模型间存在数据交互，则所述模型转换单元自动配置反射内存通讯地址(用于确定子模型之间如何进行数据交互)，建立子模型间的数据通信链路。拆分完成后，所述模型转换单元为各个余度通道的子模型配置TLC目标语言文件，并以此为入口，调用Matlab RTW工具，将余度模型转化为C代码。所述模型转换单元能够提供自定义的TMF模板文件。MatlabRTW基于标识扩展方法，基于TMF文件生成对应于余度模型的Makefile文件。然后，利用此Makefile文件，调用VxWorks提供的编译器，将模型生成的C代码与相关支持代码进行链接编译，生成VxWorks目标处理器代码。
生成VxWorks目标处理器代码后，利用仿真监控模块，建立仿真工程，将3个余度通道模型导入仿真管理环境中，并建立每个子模型与目标处理器之间的映射关系。
如图5所示，需要进行仿真时，所述仿真监控模块通过以太网将所述主机上的目标处理器代码加载到所述目标机上的各个余度通道处理器中，并控制模型在VxWorks系统下的运行。仿真开始后，3个余度通道的模型在3个目标处理器中，在VxWorks操作系统的调度下进行实时解算。
每个余度通道初始化完成后，进入由同步事件触发的定周期运行阶段。同步事件采用反射内存搭建的实时网络中的定时时钟中断，周期连续可设，典型中断周期为1ms或5ms。每个余度通道通过航电接口单元(ARINC429)通道接收外部传感器信号，经过处理后进行各通道间的数据交叉传递(CCDL)。CCDL单元已经封装在Simulink模块中，在建模时可直接调用。运行时，CCDL单元首先将本通道数据发送到预先设定好的反射内存地址中来存储当前接收到数据的值，然后读取从设定的反射内存地址中读取其他2个通道的数据。CCDL模块在从反射内存中读取数据时，通过标志位判断是否有新数据写入，标志位为1时，则读取数据并将标志位置0，否则等待。数据读取时判断是否超时，超时则返回错误。CCDL模型向反射内存发送数据时，判断上次数据是否被读取，如果标志位为0，表明上次数据被读取，则向该地址写入新数据，并将标志位置1；如果标志位为1，表明上次数据未被读取，则对应余度通道在上一周期内没有执行完成或有异常，产生超时错误输出。
经过CCDL之后，每个余度通道均获得其余通道的输入数据，则进入前置表决环节。表决模块采用Matlab Stateflow(动态逻辑系统建模)实现三通道表决逻辑，并封装为Simulink模块，可直接调用。表决逻辑为：当前余度通道信号与三通道信号的中值比较，若绝对误差超过门限值，则该通道信号出现瞬态故障；如果瞬态故障持续N个周期，则该信号出现永久故障；如果所有信号都无永久故障，则表决结果选中值输出；如果一个通道出现永久故障，则降级为二余度表决；二余度表决时，若两个信号绝对误差不超过门限值，则取平均值输出；若两个信号绝对误差超过门限值，则给出出错标志。
前置表决结束后，进行控制律计算。计算完成后，计算结果进行交叉数据传递(CCDL)，然后进行后置表决。表决逻辑与前置表决类似，以保证经过控制律计算后的输出控制信号的准确性。后置表决的结果通过ARINC429发送通道输出给执行机构，驱动舵机，完成对飞机的控制。整个模型框图结构如图6所示。
三个余度通道通过反射内存搭建的实时网络进行同步仿真，接收外部的输入，经前置表决后进行控制律计算，经后置表决后形成控制输出，驱动作动器。仿真过程中，由所述仿真监控模块对各个余度通道进行信号监视、参数修改及数据保存，以对整个仿真过程进行在线及离线的分析。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1、一种开发监控主机，其特征在于，所述主机包括：
建模支持模块，用于为在Matlab/Simulink模型设计软件环境中建立多余度飞控计算机模型，提供建模支持，并将所述模型转换为与所述余度通道对应的子模型后，编译为对应的目标处理器代码；
仿真监控模块，用于将通过所述建模支持模块获得的目标处理器代码，分别加载到与所述余度通道对应的目标处理器上进行仿真运行；对所述余度通道之间的信号进行图形化监控，根据监控结果对与所述目标处理器代码运行相关的参数进行在线修改，以及对实时仿真过程数据进行存储，以支持对所述模型算法的分析与优化。
2、根据权利要求1所述的主机，其特征在于，所述模型支持模块具体包括：
多余度仿真支持模块库，用于为建立所述多余度飞控计算机模型，提供余度管理算法支持及硬件接口支持；
模型转换单元，用于将根据所述多余度仿真支持模块库建立的所述模型，根据所述余度通道之间数据的依赖关系拆分为与所述余度通道对应的子模型，并将所述子模型生成C代码后，编译为对应的目标处理器代码；所述目标处理器代码适用于VxWorks实时操作系统。
3、根据权利要求2所述的主机，其特征在于，所述多余度仿真支持模块库具体包括：
接口单元，在所述模型运行中，用于提供航电接口支持，与外部设备交联来接收输入检测信号，以及为所述模型的余度通道之间的数据传递提供接口支持；
交叉传递单元，在所述模型运行时，用于将通过所述接口单元接收到的输入检测信号在搭建的实时网络中进行所述余度通道之间的实时数据交叉传递，以使所述余度通道均能获得其他余度通道的数据，进行表决；
表决单元，用于对所述交叉传递单元的输出结果，通过表决逻辑判断所述余度通道的数据是否发生异常，并根据所述表决逻辑进行对应的处理后输出结果，确定对飞机的控制策略；
余度通道同步单元，用于控制与所述模型对应的余度通道之间信号运行的同步，保证所述模型的连续平稳运行。
4、根据权利要求3所述的主机，其特征在于，所述表决单元具体包括：
前置表决子单元，用于对所述交叉传递单元输出的输入检测信号，通过表决逻辑进行故障信号检测、识别与重构，并根据所述表决逻辑作对应的处理，以保证为控制律计算过程提供正确的输入数据；
后置表决子单元，用于对所述前置表决子单元获得的输入检测信号，经过控制律计算后获得的交叉传递结果，根据所述表决逻辑进行判断及处理，以保证经过控制律计算获得的输出控制信号的可靠性，以实现对飞机的可靠控制。
5、根据权利要求1所述的主机，其特征在于，所述仿真监控模块具体包括：
加载单元，用于通过以太网将所述建模支持模块获得的目标处理器代码，分别加载到与所述余度通道对应的目标处理器上；
运行控制单元，用于控制所述加载单元加载到所述目标处理器上的目标处理器代码仿真运行过程，包括启动、停止、系统复位；
运行监控单元，用于在所述运行控制单元运行所述目标处理器代码后，对仿真运行过程中的信号进行图形化监视，根据监视结果对与所述目标处理器代码运行相关的参数进行在线修改；还用于对实时仿真过程数据进行存储，以支持对所述模型算法进行在线或离线的分析与优化。
6、一种实时仿真目标机，其特征在于，所述目标机采用VxWorks实时操作系统，所述目标机包括：
代码接收模块，用于接收通过以太网发送的与多余度飞控计算机模型对应的目标处理器代码，并将所述目标处理器代码运行在对应的目标处理器上，进行仿真；
运行支持模块，用于构建与所述多余度飞控计算机模型对应的仿真运行环境，以及为所述目标代码代码接收模块运行所述目标处理器代码提供对应的硬件支持。
7、根据权利要求6所述的目标机，其特征在于，所述运行支持模块具体包括：
余度通道构建单元，用于在所述目标机上采用处理器板构建与所述模型对应的余度通道；所述每块处理器板构成一个所述余度通道；
总线单元，用于在所述目标机上连接所述余度通道构建单元建立的所述余度通道；所述总线单元采用VME总线或VPX总线系统；
航电接口单元，用于在所述目标机上为所述总线单元提供与外部交联环境的连接接口，实现多余度飞控仿真计算机与外部交联设备的输入、输出数据通讯；
实时仿真网络单元，用于在所述目标机上通过采用反射内存实时网络或者采用VME总线背板共享内存网络，在运行过程中实现所述余度通道之间的运行同步及数据交叉传递。
8、根据权利要求7所述的目标机，其特征在于，所述处理器板采用与所述总线单元相匹配的刀片式单处理器板或者双处理器板，支持x86及PowerPC架构处理器，以实现异构仿真；至少两个所述单处理器板构成多机表决余度结构；至少两个所述双处理器板处理器板构成多机比较表决余度结构。
9、根据权利要求7所述的目标机，其特征在于，所述航电接口单元支持ARINC429、MIL-STD-1553B、AFDX和CAN总线接口中的至少一种接口，来实现与外部交联环境的连接。
10、一种多余度飞控计算机实时仿真系统，其特征在于，所述系统包括：
如权利要求1、2、3、4或5所述的主机以及如权利要求6、7、8或9所述目标机。
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