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基于Ptolemy Ⅱ的自主飞行器控制系统代码生成及应用

作　者: 何岳
导　师: 蔡伟鸿
学　校: 汕头大学
专　业: 计算机软件与理论
关键词: 计算模型 模型集成运算 代码生成 自主飞行器控制系统 硬件在环仿真
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 51次
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内容摘要


面对自主飞行器控制系统日趋增长的功能需求和系统复杂度,传统的软件开发方法日益彰显其缺陷与不足。针对如何保证软件的正确性、安全可靠性和提高自主飞行器控制系统软件的开发效率,本文在总结和比较基于模型嵌入式软件设计方法和模型驱动软件设计方法,分析传统自主飞行器控制系统软件开发的弊端和不足的基础上,提出了一种基于Ptolemy II自主飞行器控制系统软件开发的方法,实现了从系统模型和通讯模块到代码之间的自动生成,不仅提高了自主飞行器控制系统的开发效率,而且通过将自动生成的代码实施在分布式的计算平台进行控制小型四翼直升机飞行的硬件在环仿真仿真实验,从而验证了设计的正确性。本文的主要内容和贡献包括以下几个方面:1)提出研究基于Ptolemy II自主飞行器控制系统软件开发方法,引入基于模型的设计方法解决自主飞行器控制系统软件设计正确性和可靠性的问题,使用适合于控制系统建模的同步数据流计算模型来指导模型中各个模块之间的交互通讯。运用模型集成运算(Model-Integrated Computing,MIC)嵌入式系统开发方法,在GME环境中用UML语言构建CME元模型,基于元模型设计代码解释器和模型转换解释器,代码解释器可以方便地生成用户定制的通讯代码,模型转换解释器可以将CME模型转换到成能被Ptolemy II解析的模型。代码解释器和模型转换解释器具有通用性,能针对不同系统的不同模型迅速完成代码生成和模型转换的功能。2)通过开源的系统级异构设计与仿真平台Ptolemy II用于自主飞行器控制系统建模并在改进其代码生成器的一些缺陷的基础上自动生成模型代码,通过基于特定领域建模语言构建的具有通用性的模型代码解释器自动生成通讯代码,提高软件开发效率。3)以自主飞行器控制系统控制小型四翼直升机飞行的分布式硬件在环仿真为实例,探索基于Ptolemy II自主飞行器控制系统软件开发方法的可行性和有效性,实验结果验证了基于Ptolemy II的自主飞行器控制系统软件的正确性。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-6
目录  6-8
第1章 绪论  8-17
  1.1 研究背景  8-10
  1.2 嵌入式系统软件开发方法概述  10-13
    1.2.1 基于模型开发概述  10-12
    1.2.2 模型驱动开发思想概述  12-13
  1.3 代码生成概述  13-14
  1.4 本文研究目标和内容  14-15
  1.5 本文结构  15-17
第2章 研究基础与相关工具  17-22
  2.1 基于模型软件设计方法与模型驱动软件设计方法  17-18
  2.2 模型集成运算  18-20
  2.3 相关工具介绍  20-22
    2.3.1 Ptolemy II  20-21
    2.3.2 GME  21-22
第3章 自主飞行器控制系统软件设计  22-26
  3.1 传统自主飞行器控制系统软件开发方法  22-23
    3.1.1 自主飞行器控制系统软件开发的挑战  22
    3.1.2 传统自主飞行器控制系统软件开发方法缺陷  22-23
  3.2 基于 Ptolemy II 开发自主飞行器控制系统软件  23-24
    3.2.1 基于Ptolemy II 自主飞行器控制系统软件开发思想  23
    3.2.2 基于Ptolemy II 自主飞行器控制系统软件开发要点  23-24
  3.3 自主飞行器控制系统总体结构与功能设计  24-26
第4章 自主飞行器控制系统代码生成  26-42
  4.1 基于计算模型的代码生成  26-34
    4.1.1 计算模型(Models of Computation)  26-27
    4.1.2 同步数据流计算模型代码生成机制  27-30
    4.1.3 Ptolemy II 代码生成机制  30-32
    4.1.4 Ptolemy II 代码生成缺陷与改进  32-34
  4.2 基于 MIC 的通讯代码生成  34-42
    4.2.1 CME 元模型构建  34-36
    4.2.2 模型代码解释器设计  36-40
    4.2.3 模型转换解释器设计  40-42
第5章 分布式平台硬件在环仿真实验  42-52
  5.1 嵌入式分布式实验平台  42-44
  5.2 飞行器控制系统建模与代码生成  44-50
    5.2.1 Ptolemy II 环境下的控制系统模型建模  44-45
    5.2.2 控制系统模型代码生成  45-46
    5.2.3 分布式通讯代码生成  46-50
  5.3 分布式硬件在环仿真结果  50-52
第6章 论文总结与展望  52-54
  6.1 主要工作和进展  52-53
  6.2 后续工作展望  53-54
参考文献  54-58
附录 修改后的部分角色Template File  58-62
致谢  62-63
发表论文情况  63

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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