舵回路的余度控制及软件实现

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基于模糊控制的船舶舵机系统的设计与实现

基于模糊控制的船舶舵机系统的设计与实现

基于模糊控制的船舶舵机系统的设计与实现船舶舵机是船舶操纵系统中的重要组成部分,它负责控制船舶舵角,使船舶朝着预期的航向行驶。

舵机系统的精确控制对船舶的平稳航行和安全运行至关重要。

然而,舵机系统的设计与实现存在难点,主要表现在模糊控制难以有效处理模糊和复杂的船舶运动状态及环境因素,常规PID控制很难满足复杂的控制要求等方面。

在这种情况下,基于模糊控制的舵机系统设计成为研究的热点之一。

一、舵机系统的基本原理与分类船舶舵机系统通过控制舵轮位置或角度,调整结构上的后代力矩和舵片受水动力的大小及方向,从而改变船舶的航向。

舵机系统可根据不同控制对象分为主机舵机系统、螺旋桨舵机系统、操纵桥式舵机系统等。

其中主机舵机系统是指通过控制主机推进器和螺旋桨转速来调整船舶的航向。

螺旋桨舵机系统是指通过控制螺旋桨方向盘来调整螺旋桨叶片的角度,从而改变推进器受水面阻力的大小和方向。

操纵桥式舵机系统则是指通过人员在操纵桥控制室中操作舵机操纵杆,直接控制船舶舵轮转动,从而改变船舶航向。

本文将以操纵桥式舵机系统为例,探讨基于模糊控制的舵机系统的设计与实现。

二、基于模糊控制的船舶舵机系统的设计模糊控制是一种基于人类模糊经验和智慧的控制方法,能有效处理模糊和不确定的控制环境下的问题。

在设计舵机系统的控制器时,可以考虑使用模糊控制器来提高系统对复杂、不确定的环境的适应性和容错性。

1. 模糊控制器的基本构建模糊控制器通常包含模糊化子系统、知识库和推理机三个组成部分。

其中,模糊化子系统将输入值转换为模糊量,知识库存储着运算关系,推理机通过解析事实并运用规则来求取输出值。

2. 舵机系统的设计步骤在设计舵机系统的模糊控制器时,需要遵循如下步骤:(1) 绘制摆线图,确定模糊量与控制量之间的关系。

摆线图可反映输入量和输出量之间的对应关系,可以确定模糊量与控制量之间的映射关系。

(2) 设计模糊化子系统,将输入值转换为模糊量。

将输入信号的取值范围通过模糊化函数映射到隶属度函数上,来表示输入信号所属于的模糊集合。

舵机控制算法

舵机控制算法

舵机控制算法舵机控制算法摘要:舵机控制算法是机器人领域中的关键技术之一。

本论文综述了舵机控制算法的研究现状,并分析了其在机器人控制中的应用。

首先介绍了舵机的基本原理和结构,然后详细讨论了舵机控制算法的几种常用方法,包括PID控制算法、模糊控制算法和神经网络控制算法。

最后通过实验验证了这些算法的性能和稳定性。

本论文的研究成果将对舵机控制算法的应用和改进提供参考价值。

1. 引言舵机是一种用于控制机器人关节或运动部件位置的装置。

它通常由电机、传感器和控制电路组成。

舵机广泛应用于机器人领域,如机械手臂、无人机和遥控车等。

舵机控制算法是舵机系统中的关键技术,直接影响到机器人的控制精度和性能。

2. 舵机控制算法的基本原理2.1 舵机的基本原理舵机通过测量角度误差来实现位置控制。

当控制信号输入到舵机中时,舵机电机开始工作,驱动运动部件转动到期望的位置。

传感器将当前位置信息反馈给控制电路,控制电路根据误差信号调整控制信号,使运动部件最终达到期望位置。

2.2 舵机控制算法的设计目标舵机控制算法的设计目标是使运动部件的位置误差尽可能小,并且能够快速、稳定地响应外部指令。

在设计过程中,需要考虑舵机系统的非线性特性和不确定性,以及控制信号的稳定性和抗干扰能力。

3. 舵机控制算法的常用方法3.1 PID控制算法PID控制算法是一种广泛应用于舵机控制的经典算法。

它通过比较运动部件当前位置与期望位置的差异,计算出控制信号,使运动部件向期望位置靠近。

PID控制算法具有简单、可调性强的特点,但在非线性系统和参数不确定的情况下,其性能可能会有限。

3.2 模糊控制算法模糊控制算法是一种基于模糊逻辑的控制方法,可以有效地处理非线性和不确定性系统。

在舵机控制中,模糊控制算法可以根据当前位置和期望位置的误差值,以及其变化率和积分值,根据预先定义的模糊规则,计算出控制信号。

模糊控制算法具有良好的鲁棒性和适应性。

3.3 神经网络控制算法神经网络控制算法是一种基于人工神经网络的控制方法,模拟生物神经系统的结构和功能。

基于通道控制的双余度DSP设计与实现(精)

基于通道控制的双余度DSP设计与实现(精)

基于通道控制的双余度DSP设计与实现
在双机交互的切换问题中,起主要作用的是通道的切换,当前打开的通道具有最高优先权,不管产生DSP切换的原因是什么,其最终的结果都将是当前只有一个通道是打开的,通道的切换可能是由主DSP程序主动控制而切换,或是控制逻辑本身的硬件原因,但是只有这个对应的打开通道的DSP能真正控制外部的输出,这即所谓的通道分用。

切换依据如图5所示。

系统应用控制软件主要实现系统的具体的应用功能,主要由以下功能子程序组成:系统自检子程序、双机交互及故障判断切换子程序、控制应用功能子程序等。

其中主DSP、辅DSP双机交互软件流程如图6a、图6b所示。

结语双余度DSP系统在对控制器要求较高的场合具有很好的实用意义,其基于通道复用的硬件设计结构简单且易于实现,有效地解决了双机共同工作的权限问题。

本设计中所提出的双余度DSP设计可以很方便地移植到其他的双余度系统中。

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四余度电传飞行控制系统研究

四余度电传飞行控制系统研究

四余度电传飞行控制系统研究发布时间:2022-06-07T01:38:01.339Z 来源:《中国科技信息》2022年4期作者:贾涛[导读] 余度技术是提高部件和系统可靠性的主要方法贾涛中航西安飞机工业集团股份有限公司陕西省西安市 710087【内容摘要】余度技术是提高部件和系统可靠性的主要方法,在航空航天和军事工业方面有着广泛的应用,飞行控制系统多采用余度技术,本文以四余度电传控制系统为研究对象,对系统的余度配置、余度管理及检测方法BIT技术进行了简单介绍。

关键词:余度;飞行控制;BIT0 研究目的及背景飞行控制系统(Flight Control System,简称FCS)是飞行器的核心部件,其可靠性高低直接关系到飞行器的飞行安全。

飞行控制系统大致经历了四个阶段,最原始的机械控制系统,增稳和控制增稳系统,电传飞行控制系统和光传飞行控制系统,电传操纵系统的可靠性比起传统的机械式操纵系统要可靠很多,同时因为加入了反馈控制是飞行员的操纵压力大大减小。

电传飞行控制系统(Fly by Wire Flight ControlSystem,简称FBW FCS)是目前世界各国军用和民用飞机广泛采用的飞行控制系统形式。

电传飞行控制技术多采用余度技术(Redundant Technology,简称RT),通过余度配置和余度管理来提高系统可靠性。

余度技术在电传飞行控制系统中得到广泛的应用,余度技术首先运用于军用战斗机。

美国的F-16A/B采用四余度模拟式电传飞行控制系统;F-16C/D、F-18A 均采用四余度数字电传控制系统;法国的“幻影”2000分别采用三余度和四余度模拟与数字电传飞行控制系统;前苏联的苏-27采用四余度模拟电传飞行控制系统;A-129攻击直升机采用两余度综合电子飞行控制系统。

另外,世界上研制长航时无人机的美国、以色列、加拿大、法国、意大利和德国等,飞行控制系统均采用不同程度的余度控制系统。

飞行控制系统的余度设计也已应用到民用飞机上,如空客A320采用数字双-三非相似余度飞行控制系统。

自动飞行控制系统 第十三章 自动飞行系统的余度技术

自动飞行控制系统 第十三章 自动飞行系统的余度技术

实现对所发现 差误和故障的 处理,目的是 故障隔离或故 障效应的软化
实施对系统的 重构
进行系统工作 状况(故障、 故障影响)的 申报与咨询等
12
13.2 余度管理技术
监控面设计原则
在不过分增加系统复杂性的前提下,通过监控面的 设置尽量提高系统的可靠性。因为从数学计算的角 度上讲,监控面的数目越多,在相同余度配置的条 件下。系统的可靠性越高。当然,监控面的过多设 置又带来不可避免的负面效应——系统复杂性的提 高和故障率的增加。因此,监控面的位置与数目的 选择是一个综合考虑各方面因素的折中设计。
自动飞行系统
课程回顾
第十一章 偏航阻尼器系统 第十二章 电传操纵系统
问题导入
保证系统有足够的可靠性,并且应 不低于机械操纵系统的水平。但是, 在当前的技术条件下,单通道的数 字飞行控制系统是无法实现所规定 的飞行安全可靠性指标的
3
解决措施
一种途径是进一步提高元部件的 可靠性,这是有限的; 另一种有效方法是采用余度技术, 即采用多重可靠性较低的、相同或 相似的元部件组成可靠性较高的系 统,通常称这样的系统为余度系统。
13.5 故障综合与故障申报
故障申报
是由系统的显示、告警装置实现的。 故障申报的原则、方式和信息量的多少受 系统上述部件能力的约束,而且故障综合 应同故障申报要求相兼容。
13.6 故障的恢复
故障恢复
故障恢复功能为一部分“原已发生,而 且也已被隔离并被申报”的故障,当其故 障状态确已消失、信息恢复正常后,再度 被使用提供了条件。
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Hale Waihona Puke 13.1 余度配置相似余度:采 用完全相同的 硬件(或软件) 所组成的多重 余度系统。
弱点在于:无 法抗拒共性故 障的雪崩式损 害。

气囊压力双余度控制系统软件的设计与实现

气囊压力双余度控制系统软件的设计与实现

气囊压力双余度控制系统软件的设计与实现
马浩;郑涛;杨佳;芦菲娅;王凯悦
【期刊名称】《长江信息通信》
【年(卷),期】2022(35)4
【摘要】气囊压力控制系统是飞艇控制中的重要一环,针对压力控制系统一旦失效就会造成飞艇控制失效,通信故障等问题。

本文设计了飞艇气囊压力双余度控制系统软件,该软件驻留的系统结构不仅可独立工作,不依靠其他设备,各子软件之间通过FlexRay总线完成信息通信,系统机构采用双通道RS422总线与其他机载设备完成通信。

在系统单个子模块或子软件失效的情况下,系统的另一个子模块或子软件可接替进行工作,继续完成相应的功能和控制。

此设计实际应用表明不仅提高了压力控制系统的安全性,而且提高了与其他设备和系统通信的可靠性、准确性。

【总页数】3页(P78-80)
【作者】马浩;郑涛;杨佳;芦菲娅;王凯悦
【作者单位】航空工业西安航空计算技术研究所
【正文语种】中文
【中图分类】V249.1
【相关文献】
1.基于通道控制的双余度DSP设计与实现
2.双余度机载计算机余度管理及其实现方法研究
3.基于双余度飞机防滑刹车控制系统的设计与实现
4.谈双余度电动舵机的余度策略及工程实现
5.双余度飞控系统软件设计技术在无人直升机中的应用
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双双余度飞控计算机余度管理算法设计与实现

双双余度飞控计算机余度管理算法设计与实现作者:马超郭勇刘意王亮马倩来源:《科技风》2017年第01期摘要:飞控计算机是自动飞行控制系统数据处理、控制和综合的核心,其可靠性对飞机的飞行安全有着至关重要的影响。

通常采用余度设计提升飞行控制系统的可靠性和容错能力,余度设计的关键技术就是余度管理策略和方法,系统的故障容错能力主要是通过余度管理功能来实现的。

针对本文提出的双双余度飞控计算机架构,详细描述了其余度管理算法的设计流程,采用这样的设计模式使得系统软件架构清晰,结构明确,大大提高了飞控系统安全性和可靠性的要求。

关键词:双双余度;飞控计算机;余度管理;容错性飞控计算机是面向飞行控制系统应用的计算机,主要任务是完成控制率计算、余度管理和机内自检测[ 1 ]。

飞行控制系统是安全关键系统,为此,对飞控计算机的安全性和可靠性提出了极高的要求,军用飞机飞控系统的可靠性要求为1.0×10-7/飞行小时以上(民机为10-9/飞行小时)[ 2 ],同时还必须满足一次故障工作、二次故障安全的安全等级。

因此,飞控计算机通常采用余度技术以满足上述要求。

本文提出的飞控计算机采用了双双余度架构,其容错系统的关键技术就是余度管理,余度管理是决定系统可靠性的关键因素,也是容错管理的主要功能。

系统的故障容错能力主要是通过系统的余度管理来实现的。

本文概要介绍了双双余度飞控计算机系统软件的架构设计,并对余度管理算法做出了详细的描述,该设计方法很好的应用于飞控系统软件的开发中,大大提高了飞控系统的容错性和可靠性。

1 系统概述1.1 体系结构设计双双余度飞控计算机采用2×2相似余度构型,系统包含2台相同构型的飞控计算机,每台飞控计算机机箱内包含命令通道(A通道)和监控通道(B通道)两个通道。

2台飞控计算机间可互换,计算机内命令通道和监控通道具有相同的硬件设计,运行相同软件。

两台计算机之间采用松耦合的交联方式,不设置同步总线。

基于通道控制的双余度DSP设计与实现

基于通道控制的双余度DSP设计与实现控制板的外围组成如图1 所示,硬件框图如图2 所示,主要由外部信息采集单元、双余度DSP 模块、应用处理及其输出单元等组成。

其中,双余度单元的CPU 选用16 位定点DSP TMS320LF2407A,其运行最高速率可达40MHz、片内集成多种外设。

图中,两个DSP 通过CAN 总线及I/O 口进行控制信息交换及数据通信。

两个DSP 分别与收发器1、收发器2 相连,这两个通道与外部数据或控制总线是相连的,即共享一个外部接口,通道控制逻辑使同一时刻只能有一个通道打开,保证系统工作的稳定性。

其中DSP1 是控制逻辑的主控制机,在正常工作的情况下由它控制着相应通道的通断及当前主控CPU。

每个DSP 都有自己的EEPROM 存储器,用于存储系统的各种即时信息,并通过CAN 总线在双机间进行传输。

控制板工作时采集传感器及外部控制信息,通过CPU 运算处理后由其对应的通道输出控制信息到相应控制盒,控制相应设备的动作。

双余度DSP 模块硬件设计双余度DSP 模块是本设计的重点,其硬件原理如图2 的双余度DSP 模块。

它由双DSP 核及通道控制逻辑两部分组成。

其中DSP1 为主CPU,DSP2 为辅CPU。

当系统上电启动后主CPU 通过I/O 口通知辅CPU 进行自检并采集其自检信息,同时当主CPU 的EEPROM 内容发生改变时,主CPU 通过CAN 总线发送相应的数据给辅CPU 以更新辅CPU 的EEPROM 内容,如图3 所示。

图中CAN 收发器为两个对连的CAN 总线收发器,负责实现双机间系统即时信息的传送,并存储于各自对应的EEPROM 中,供维护和查询。

ATA22 自动飞行系统

ATA22 自动飞行系统➢自动驾驶仪1.自动驾驶仪的基本原理答:一)自动驾驶仪属于反馈控制系统,它代替驾驶员控制飞机的飞行。

自动驾驶仪是利用“反馈”控制原理实现对飞机运动参数的控制。

二)自动驾驶仪基本组成部分包括:测量元件或敏感元件、信号处理元件、放大元件、执行机构。

三)自动驾驶仪工作时,以飞机为控制对象,实现飞机不同参数的控制与稳定。

自动驾驶仪的工作回路通常由以下四种不同的“反馈”控制回路组成:(1)同步回路:在自动驾驶仪衔接时,保证系统输出为零,即自动驾驶仪的工作状态与当时飞行状态同步。

基本组成:FCC内部同步、作动筒的同步。

(2)舵回路:自动飞行控制系统根据输入信号,通过执行机构控制舵面,引入内反馈,形成随动系统或称伺服回路,简称为舵回路。

舵回路由舵机、放大器及反馈元件组成。

(3)稳定回路:自动驾驶仪与飞机组成一个回路,主要功能是稳定飞机的姿态。

(4)控制回路:稳定回路加上测量飞机重心位置或速度信号的元件以及表征飞机空间位置几何关系的运动学环节,组成更大回路,称为控制回路或制导回路。

其作用是实现对飞机重心的运动的控制。

内回路主要是控制和操纵飞机的姿态运动;而外回路主要是控制飞机质心的轨迹运动。

2.比例式,积分式自动驾驶仪公式中各项的作用,能产生什么影响?答:内容比较多,需要看书。

一、比例式自动驾驶仪:参考书中P639页图4.1-6比例式自动驾驶仪的控制规律为升降舵的舵偏角增量与俯仰角偏差成比例关系。

通过俯仰角偏差影响升降舵的偏转从而从干扰状态恢复到稳定状态。

二、积分式自动驾驶仪:积分式自动驾驶仪的控制规律为升降舵的舵偏角与俯仰角偏差的积分成比例关系。

这种方式可以消除稳态误差。

在积分式自动驾驶仪中的①角速率信号项是俯仰角的稳定信号,它形成正比于俯仰偏离的升降舵偏角,用以纠正俯仰角的偏差;②角速度信号则是阻尼信号,它引起的升降舵的偏转量与俯仰角速度成比例,用以补偿飞机自然阻尼的不足,减小飞机的震荡与超调;③而俯仰角偏差信号的积分项引起的升降舵偏转量与俯仰角偏离的积分成比例,其作用是自动消除稳定状态下由常值干扰引起的俯仰角稳态误差和操纵状态下俯仰角稳态误差。

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从 而提高 系统的可靠 性和 简化 系统 结构 的角度 出发进行 设计
余度控制计算机是 为了提高控制系统的任务可靠性而将多 个计算机冗余配置的一种工作方式。在实际系统 中应根据控 制 系统余度配置要求来设置控制计算机的余度等级 。可配置成二 余度 、 三余度或四余度 。为进一 步提高可靠性 , 还可附加模拟备 份。控制计算机余度配 置的设计依据是 : 单计算机 可靠性水平 、
和监控 C U, P 进行监控 表决 , 然后 两个 C U通过共 享存储器进 P
行对话 , 决定输入信 号的对错 , 后各 自解 算控制律 , 然 对计算 的 中间结果和最终结 果进行 监控表决 , 若结果正 常则进行下一步
男, 湖北天门人 , 硕士研 究生 , 主要研 究方 向为计算机控制 、 余度控制 ; 余
计方案及其软件实现 。传统的船舶舵面操纵控制系统以机 械操 纵控制系统为主 , 电传控制 在船 舶上应用较少 , 采用电传控制的
气垫船空气舵系统具有一定 的先进性和新颖性 。
图1 自 监控二余度系统总体结构
系统 的工作原理是 : 在通道内部 , 输入的信 号分别到主 C U P
收 稿 日期 :07— 3—1 20 0 3 作 者 简 介 : 纪森 (96 ) 男 , 西 大 荔人 , 授 , 士 生 导 师 , 王 16 一 , 陕 教 硕 主要 研 究方 向 为 非 线性 控 制 、 液控 制 系统 及 工 业过 程 控 制 ; 志 勇 (9 3 ) 电 李 18 ~ .
w d l sai h vainae .ntearrd e ytm.h e u d n ycnrlss c es l ru h .t a s h w ep i ieyu e nteait ra I h i u d rsse terd n a c o t u csf l bo g tn I c na oso t r o oi uy i l h —
o iy o y b w r y t m. rt ft f— y- e s se he i
Ke r s s l mo i rn ; y b r y tm; i r d e ; ot r e ra i t n y wo d : ef nti g f y・ e s se a r u d r s f - o l ・ wi wa e z i l ao
可靠性指标分配及故障容错能力要求等。 () 1 单处理能上都有所 突破 。自监控二余
度控制计算机 , 系统 的结构如图 1 所示 。
其特点是结构 简单和便于维护 , 但数据处理能力、 运算 速度
和实 时性 方 面 不 如 多处 理 机 并 行 工 作 。
维普资讯

8 2・
《 测控技术)07 第 2 卷第 l 期 20 年 6 2
舵 回路 的余 度控 制 及软 件 实现
王纪森 ,李志勇 ,余
( 北 工 业 大 学 自动 化 学 院 , 西 西 安 西 陕

70 7 ) 10 2
摘要 : 介绍 了一种二余度的 自监控计 算机的方案和软件设计方 法。电传控制在航 空领域运用相对较 多, 环境试验表 明在空
( ol eo u m t n N r w s r o te ne l nv r t, ia 10 2 C ia C l g f t ai , ot et n P l eh ia U i s y X ’ n7 0 7 , hn ) e A o o h e y ei
A b tac : meh d frs l- ni rngdu lr d d n y a d t e in o h ot r s i to u e Fl bywie c n rlh s be n s r t A to o efmo t i a e un a c n he d sg fte s f o wa e i nr d c d. y— — r o to a e
() 2 多处理机并行工作方式 。 当计算机主处理器 的性能非 常高 , 为缓解 它和慢速外 围接
口速度不 匹配 的矛盾使 控制计算机 的总体性能得 到发挥 , 可采
用多处理并行工作方式 。另外 , 当主处理器的性能较低时 , 为提 高其计算速度亦可采用 多处理机并行工作方 式。 笔者结合实际的工程项 目, 以某 型气垫船 的二余度空 气舵 数字控制器的实现为研究 内容 , 重点研究余度空 气舵系统 的设
Re u da t Co t o f Rud r S s e n t o t r a i a i n d n n n r lo de y t m a d is S f wa e Re lz to
W ANG J—e , L h —o g isn IZ iy n ,YU Ya g n
气舵 控 制 的 实现 上 引进 余 度 控 制 , 能体 现 电 传 系统 的优 越 性 。 也
关键 词 : 自监 控 ; 传 系统 ; 气舵 ; 电 空 软件 设 计 中 图分 类 号 :P 7 , T23 5 文 献标 识 码 : B 文章 编 号 :0 0— 89 20 )2— 0 2— 2 10 8 2 (0 7 1 0 8 0
数字式计算机 出现后 , 人们 一直试 图将数 字式计算机 应用
于各类控制系统 。直到美 国 It 公司生 产出世界 上第一 片微 ne l 处理器芯 片4 0 0 4时 , 才为数字计算机应用于电传 系统奠定 了基
础。
l 余度 控 制 的 实现
余度系统的可靠性很 大部分取决 于系统 的故 障覆 盖率 , 而 具有 自监控能力的二余 度系统正是 为提高系统 的故 障覆盖率 ,
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