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基于FPGA的航空机轮防滑刹车控制器的研究与设计

作　者: 肖波
导　师: 唐琎
学　校: 中南大学
专　业: 电路与系统
关键词: 防滑刹车 FPGA SOPC μC/OS-Ⅱ 模糊趋近率变结构
分类号: V227
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 78次
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内容摘要


机轮防滑刹车控制器是飞机防滑刹车系统的核心组成部分,高性能的防滑刹车控制器是飞机安全起飞和着陆的重要保障。数字式防滑刹车控制器与模拟式防滑刹车控制器相比,具有响应速度快、可实现先进的控制算法、工作稳定、自适应性强、刹车效率高等特点。因此,研究结合先进控制算法的高性能数字式防滑刹车控制器意义重大。本文在分析防滑刹车系统工作原理的基础上,提出防滑刹车控制器的SOPC(片上可编程系统)设计方案。以Actel Fusion FPGA(现场可编程逻辑门阵列)作为核心硬件平台,应用CoreMP7(ARM7)软核处理器,方便了先进控制算法的实现。同时根据Fusion FPGA的资源和特点,利用Libero 8.3软件平台完成了轮速检测、故障检测、电液伺服阀PWM(脉宽调制)等电路在FPGA上的模块化设计,这样既精简了外围电路设计,又提高了系统的抗干扰能力。根据系统多任务、实时性要求高的特点,提出在CoreMP7软处理核上移植嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ的设计方案,并完成了操作系统下各功能子任务程序的设计。针对刹车系统包含非线性和不确定性,结合模糊控制调节参数和变结构控制对系统参数变化和外部干扰具有不敏感性的特点,设计了模糊指数趋近率变结构控制器。论文对整个飞机防滑刹车系统在不同跑道路面上的刹车情况进行了仿真,结果表明,模糊指数趋近率变结构控制器既能保证滑模变结构控制的鲁棒性,又有效地削弱了系统的抖振,能够满足飞机防滑刹车控制要求。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第1章 绪论  8-14
  1.1 课题研究背景及意义  8-9
  1.2 机轮防滑刹车控制系统的研究现状  9-11
    1.2.1 国外研究现状  9-10
    1.2.2 国内研究现状  10-11
  1.3 防滑刹车控制系统的发展方向  11-12
  1.4 论文主要研究工作及章节安排  12-14
第2章 防滑刹车系统的结构和工作原理  14-23
  2.1 防滑控制的概念  14-16
  2.2 防滑刹车系统的结构及工作原理  16-20
    2.2.1 防滑刹车系统的结构  16-20
    2.2.2 防滑刹车系统的工作原理  20
  2.3 防滑刹车控制器结构和工作原理  20-21
  2.4 本章小结  21-23
第3章 基于 FPGA的防滑刹车控制器硬件设计  23-40
  3.1 控制器硬件总体结构设计  23-24
  3.2 基于M7ASF600 FPGA的控制核心设计  24-29
    3.2.1 SOPC技术  24-25
    3.2.2 M7AFS600及CoreMP7软核简介  25-26
    3.2.3 Actel Fusion FPGA开发环境  26-27
    3.2.4 基于CoreMP7的 SOPC设计  27-29
  3.3 Fusion-M7ASF600硬件最小系统  29-30
  3.4 功能单元电路的设计  30-38
    3.4.1 机载电源  30
    3.4.2 开关量检测电路  30-31
    3.4.3 模拟量输入电路  31
    3.4.4 轮速信号检测电路  31-34
    3.4.5 故障检测电路  34-35
    3.4.6 电液伺服阀驱动电路  35-37
    3.4.7 串口通信电路设计  37-38
  3.5 硬件抗干扰措施  38-39
  3.6 本章小结  39-40
第4章 防滑刹车控制器软件设计  40-55
  4.1 μC/OS-Ⅱ实时操作系统的移植  40-45
    4.1.1 μC/OS-Ⅱ内核  40-42
    4.1.2 μC/OS-Ⅱ移植的条件  42
    4.1.3 μC/OS-Ⅱ在CoreMP7上移植的实现  42-45
  4.2 系统应用任务总体结构设计  45-47
  4.3 应用任务子程序的设计  47-52
    4.3.1 开关量状态检测  47-48
    4.3.2 模拟量信号采集  48-49
    4.3.3 速度信号采样  49
    4.3.4 故障检测与诊断  49-51
    4.3.5 防滑控制  51-52
    4.3.6 串口通信  52
  4.4 软件可靠性设计  52-54
    4.4.1 数字滤波与信号重复检测技术  52-53
    4.4.2 指令冗余与软件陷阱技术  53-54
  4.5 本章小结  54-55
第5章 智能控制算法的设计  55-72
  5.1 变结构控制  55-61
    5.1.1 变结构控制原理  56-57
    5.1.2 变结构控制的抖振问题  57-58
    5.1.3 基于μ-λ函数曲线形状的最佳滑移率解决方法  58-59
    5.1.4 飞机防滑刹车变结构控制器的设计  59-61
  5.2 模糊趋近律的变结构控制  61-66
    5.2.1 模糊逻辑控制原理  62-64
    5.2.2 模糊趋近律变结构控制器的设计  64-66
  5.3 系统仿真分析  66-71
  5.4 本章小结  71-72
第6章 总结与展望  72-74
  6.1 工作总结  72-73
  6.2 展望  73-74
参考文献  74-78
致谢  78-79
攻读学位期间的主要研究成果  79

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中图分类: > 航空、航天 > 航空 > 飞机构造与设计 > 操纵系统
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