陳懷民+吳凱+程鵬飛+段曉軍

摘 要： 采用高效快速的仿真實(shí)驗(yàn)平臺構(gòu)建方法可以大大提高仿真試驗(yàn)效率，利用Real?Time Workshop的自動代碼生成功能和外部調(diào)試模式，可將Simulink環(huán)境下的飛機(jī)動力學(xué)仿真模型和利用[S]函數(shù)功能封裝的控制率模型自動轉(zhuǎn)換為在嵌入式操作系統(tǒng)中運(yùn)行的仿真代碼，利用該研究方法可在較短時(shí)間內(nèi)完成對仿真實(shí)驗(yàn)平臺的構(gòu)建。采用本平臺使整個(gè)研制過程難度和工作量大大地降低，并且具有在線調(diào)參和數(shù)據(jù)監(jiān)控功能。與傳統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)方法相比，仿真實(shí)時(shí)性更接近真實(shí)飛行下的狀態(tài)。

關(guān)鍵詞： RTW； VxWorks； 飛控系統(tǒng)； 實(shí)時(shí)仿真； 在線調(diào)參

中圖分類號： TN964?34 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）13?0105?03

Research on RTW and VxWorks based simulation experiment

platform for flight control system

CHEN Huai?min， WU Kai， CHENG Peng?fei， DUAN Xiao?jun

（Laboratory of UAV Science and Technology， Northwestern Polytechnical University， Xian 710065， China）

Abstract： A new real?time simulation method based on Matlab/RTW （real?time workshop） and VxWorks real?time operation system is introduced in this paper. The aircraft dynamics simulation model in Simulink environment and control rate model packaged with S function can be automatically converted to the simulation code running in embedded operation system by means of the code auto?generating function and external debugging mode. With this method， the simulation experiment platform can be constructed in a short time. The platform can reduce the difficulty and workload in the whole development process significantly. It has the functions of on?line parameter debugging and data monitoring. Compared with traditional method， the simulation real?time performance of this way is much closer to the real state of airplane. The reliability of this platform was demonstrated by comparing simulation data with real flight data.

Keywords： RTW； VxWorks； flight control system； real?time simulation； on?line parameter debugging

0 引 言

飛控系統(tǒng)仿真工作是飛控系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作的重要輔助手段。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)初期進(jìn)行數(shù)學(xué)仿真研究，對飛機(jī)運(yùn)動特性需要進(jìn)行詳細(xì)分析，建立飛機(jī)的數(shù)學(xué)仿真模型，檢驗(yàn)飛控系統(tǒng)的功能是否符合要求。數(shù)字仿真的目的是方便快速地得到初步設(shè)計(jì)結(jié)果，能夠很好地指導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作的進(jìn)行。

由于對飛控系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)的實(shí)時(shí)性要求很高，單純在Matlab/Simulink下進(jìn)行的仿真不能夠完全滿足仿真實(shí)時(shí)性的要求，本實(shí)驗(yàn)平臺采用VxWorks操作系統(tǒng)作為軟件代碼運(yùn)行環(huán)境，完全可以滿足系統(tǒng)對仿真實(shí)時(shí)性的要求，采用RTW自動代碼生成功能可以大大減少仿真軟件的開發(fā)工作量，避免手工編碼引入的錯(cuò)誤，縮短仿真試驗(yàn)平臺的開發(fā)周期[1?3]。

1 基于RTW和VxWorks的仿真實(shí)驗(yàn)

RTW是Matlab圖形建模和仿真環(huán)境Simulink的一個(gè)重要補(bǔ)充功能模塊，它是一個(gè)基于Simulink的代碼自動生成環(huán)境，它能夠直接從Simulink的模型中產(chǎn)生優(yōu)化的、可移植的和個(gè)性化的代碼，并根據(jù)目標(biāo)配置自動生成多種環(huán)境下的程序，利用它可以加速仿真過程，生成可以在不同的快速原型化實(shí)時(shí)目標(biāo)下運(yùn)行的程序。RTW十分適合用于加速仿真過程、快速原型化、形成完善的實(shí)時(shí)仿真解決途徑和生成產(chǎn)品級嵌入式實(shí)時(shí)應(yīng)用程序，使用RTW進(jìn)行實(shí)時(shí)硬件的設(shè)計(jì)測試，用戶可以縮短開發(fā)周期，降低成本[4]。

VxWorks是專門為實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)的操作系統(tǒng)軟件，為程序員提供了高效的實(shí)時(shí)任務(wù)調(diào)度、中斷管理、實(shí)時(shí)的系統(tǒng)資源以及實(shí)時(shí)的任務(wù)間通信[5]。VxWorks從1983年設(shè)計(jì)成功以來，已經(jīng)經(jīng)過廣泛的驗(yàn)證，成功地應(yīng)用在航空、航天、艦船、通信、醫(yī)療等關(guān)鍵領(lǐng)域。該操作系統(tǒng)具有良好的持續(xù)發(fā)展能力、高性能內(nèi)核以及友好的用戶開發(fā)環(huán)境使其在嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。

Tornado集成開發(fā)環(huán)境是嵌入式實(shí)時(shí)領(lǐng)域中最新一代的開發(fā)調(diào)試環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)嵌入式應(yīng)用程序的完整的軟件開發(fā)平臺，是開發(fā)調(diào)試VxWorks系統(tǒng)不可缺少的組成部分[5]。它是集成了編輯器、編譯器、調(diào)試器于一體的窗口環(huán)境，給嵌入式系統(tǒng)開發(fā)人員提供了一個(gè)不受目標(biāo)機(jī)限制的開發(fā)調(diào)試界面。它使用Target Server?Agent模式來建立主機(jī)和目標(biāo)機(jī)之間的交叉開發(fā)環(huán)境，解決了交叉開發(fā)環(huán)境中諸如有限的調(diào)試通信信道，有限的目標(biāo)機(jī)資源等問題。這種模式使所有主機(jī)工具可以用于目標(biāo)機(jī)，而不必考慮目標(biāo)機(jī)的資源和通信機(jī)制。