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        飛行模擬機(jī)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)時(shí)管理軟件研究

        2018-09-21 11:20:42安蕾

        安蕾

        摘 要:運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)是飛行模擬裝置的重要組成部分,其運(yùn)動(dòng)性能的好壞直接影響到模擬機(jī)的仿真度。本文研究運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)管理軟件,對(duì)實(shí)時(shí)管理軟件各模塊進(jìn)行詳細(xì)的分析。

        關(guān)鍵詞:飛行模擬機(jī);運(yùn)動(dòng)系統(tǒng);實(shí)時(shí)管理軟件

        中圖分類(lèi)號(hào):TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

        近年來(lái)由于科學(xué)研究的需求和高新技術(shù)的進(jìn)步,以飛機(jī)模擬機(jī)為代表的六自由度運(yùn)動(dòng)模擬機(jī)得到迅速發(fā)展。人們利用運(yùn)動(dòng)模擬機(jī)進(jìn)行仿真試驗(yàn)研究,開(kāi)展培訓(xùn)活動(dòng),成為當(dāng)今科研、培訓(xùn)不可或缺的裝備。飛行模擬機(jī)是典型的人在回路實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)和虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用實(shí)例,作為飛行模擬機(jī)載體的并聯(lián)六自由度運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)是飛行模擬機(jī)非常重要的組成部分,其本質(zhì)是由數(shù)字計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制并能提供俯仰、滾轉(zhuǎn)、偏航、升降、縱向平移和側(cè)向平移的六自由度瞬時(shí)過(guò)載仿真設(shè)備。

        計(jì)算機(jī)將飛行軟件送出的有關(guān)飛行參數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換與計(jì)算,形成驅(qū)動(dòng)每根作動(dòng)筒的指令,經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后,成為模擬信號(hào),經(jīng)放大后驅(qū)動(dòng)伺服組件,而作動(dòng)筒的位移反饋信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換得到,開(kāi)關(guān)量輸入用于狀態(tài)檢測(cè),而開(kāi)關(guān)量輸出用來(lái)控制運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的狀態(tài)或顯示有關(guān)信息。

        計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主要是由Intel 86/330A實(shí)時(shí)控制計(jì)算機(jī)、ST732模/數(shù)轉(zhuǎn)換板、JT728數(shù)/模轉(zhuǎn)換板、ISBC519開(kāi)關(guān)量輸入輸出板、CRT顯示器、打印機(jī)組成。

        運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)由Intel 86/330A微型計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制,該機(jī)配置的RMX86操作系統(tǒng)具有可配置性、可擴(kuò)展性、系統(tǒng)中斷能力強(qiáng)等特點(diǎn),是一個(gè)實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)。

        運(yùn)動(dòng)軟件是在RMX 86操作系統(tǒng)環(huán)境中運(yùn)行的,在配置用戶(hù)系統(tǒng)時(shí),核心程序是必不可少的,為了提高運(yùn)行速度,減小所占內(nèi)存空間,只用到了基本I/O這一層。該套軟件是用PSM-86語(yǔ)言編寫(xiě)的,并用了作業(yè)(IOB)、任務(wù)(TASK)、信箱(MAILBOX)、信號(hào)量(SEMAPHORE)、元(UNIT)、段(SEGMENT)等目標(biāo)。

        實(shí)時(shí)管理軟件的重要管理對(duì)象——運(yùn)動(dòng)軟件以過(guò)程的形式出現(xiàn),由實(shí)時(shí)控制任務(wù)實(shí)現(xiàn)調(diào)用。這些子過(guò)程包括:重心變換與濾波子過(guò)程,平動(dòng)清洗子過(guò)程,轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)形成子過(guò)程,作動(dòng)筒伸長(zhǎng)變換子過(guò)程等。

        1 實(shí)時(shí)管理軟件的初始化任務(wù)

        其中初始化任務(wù)的功能就是向根作業(yè)報(bào)告并生成本用戶(hù)作業(yè),然后生成開(kāi)機(jī)自檢、動(dòng)態(tài)自檢、人機(jī)對(duì)話3個(gè)任務(wù)。最后刪除自身。

        開(kāi)機(jī)自檢任務(wù)實(shí)現(xiàn)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)學(xué)的靜態(tài)檢測(cè),從DI讀入系統(tǒng)有關(guān)的狀態(tài)信息,并加以判斷,如果出現(xiàn)故障,將故障源經(jīng)DO送至數(shù)碼管顯示,并在CRT上顯示、打印。若一切正常,則向SGMAPHORE7發(fā)送一元,且向DO送出系統(tǒng)復(fù)位、啟動(dòng)指令,由硬件電路實(shí)現(xiàn)平臺(tái)升起過(guò)程。然后刪除自身。

        動(dòng)態(tài)自檢任務(wù)在接收到來(lái)自于SGMAPHORE7的一個(gè)元后,便被激活。升起過(guò)程中,對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測(cè),對(duì)發(fā)現(xiàn)的故障即使做出處理,待系統(tǒng)一切正常后,便向SGMAPHOPE8送一個(gè)元,并向數(shù)碼管送出檢測(cè)成功的信息。然后自刪。

        2 實(shí)時(shí)管理軟件的人機(jī)對(duì)話

        人機(jī)對(duì)話任務(wù)在接收到SGMAPHORE8中的一個(gè)元后,立即投入運(yùn)行。通過(guò)人機(jī)對(duì)話確定平臺(tái)運(yùn)動(dòng)模型、顯示打印周期,并生成異常處理、故障處理、時(shí)鐘管理、中位調(diào)整、實(shí)時(shí)控制、顯示打印等6個(gè)子任務(wù),掛起中位調(diào)整任務(wù)后自刪。

        3 實(shí)時(shí)管理軟件的故障處理

        異常處理任務(wù)是對(duì)外界異常情況進(jìn)行處理。當(dāng)從鍵盤(pán)敲入CTR-C后,則SGMAPHOREC中便獲得一個(gè)元,等待在SGMAPHOREC中的異常處理任務(wù)收到這個(gè)元后,便全部關(guān)掉運(yùn)動(dòng)系統(tǒng),并在CRT上顯示“SOMETHING EXCEPTIONAL HAPPENED”,之后關(guān)閉顯示打印的文件連接,刪除本作業(yè)。

        故障處理任務(wù)在接收到SGMAPHORE9中的一個(gè)元后,投入運(yùn)行,首先從A/D、DI中讀入有關(guān)信息,然后關(guān)掉運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。在調(diào)用A/D故障查找過(guò)程、DI故障查找過(guò)程、找出故障源并顯示打印出故障源后,關(guān)閉顯示、打印文件連接,刪除本作業(yè)。

        4 實(shí)時(shí)管理軟件的時(shí)鐘管理

        時(shí)鐘管理任務(wù)就是要對(duì)控制軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)管理,當(dāng)進(jìn)入運(yùn)行后,首先等待由實(shí)時(shí)控制任務(wù),中經(jīng)調(diào)整任務(wù),顯示打印任務(wù)這3個(gè)任務(wù)向SGMAPHORE10發(fā)送的三個(gè)元。然后進(jìn)入主循環(huán)過(guò)程,即向SGMAPHORE2發(fā)送一個(gè)元,休眠一個(gè)采樣周期后再向SGMAPHORE2發(fā)送一個(gè)元。此循環(huán)只在被其他任務(wù)掛起時(shí)暫停,其他情況下則無(wú)限循環(huán)下去。

        5 實(shí)時(shí)管理軟件的中位調(diào)整

        中位調(diào)整任務(wù)在做完必要的準(zhǔn)備工作后,立即向SGMAPHORE1發(fā)送一個(gè)元,并掛起自己。一旦被實(shí)時(shí)控制任務(wù)解掛后,即進(jìn)入主循環(huán)過(guò)程。中位調(diào)整完畢后再次自掛,并由人機(jī)對(duì)話決定是繼續(xù)飛行(向SGMAPHORE A送一個(gè)元),還是刪除本作業(yè)結(jié)束運(yùn)行。在主循環(huán)過(guò)程中,若顯示打印周期到,則向SGMAPHORE B送一個(gè)元。

        6 實(shí)時(shí)管理軟件的實(shí)時(shí)控制

        實(shí)時(shí)控制任務(wù)在做完必要的準(zhǔn)備工作后,向SGMAPHORE1送一個(gè)元,然后進(jìn)入主循環(huán)過(guò)程。從SGMAPHORE2接收一個(gè)元,讀入DI及AD量,并判斷是否有故障發(fā)生,若有則向SGMAPHORE9發(fā)送一個(gè)元,并刪除本任務(wù)。若系統(tǒng)正常則調(diào)用運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)全過(guò)程,并將控制量經(jīng)DA送出。若需打印且打印時(shí)間到時(shí),向SGMAPHORE B送一個(gè)元。當(dāng)飛行結(jié)束后,解掛中位調(diào)整任務(wù),待平臺(tái)回中后,中位調(diào)整任務(wù)可由人機(jī)對(duì)話來(lái)決定是繼續(xù)飛行,還是結(jié)束飛行,若要繼續(xù)飛行,向SGMAPHORE A送一個(gè)元,此時(shí),等待SGMAPHORE A中的實(shí)時(shí)控制任務(wù)將獲得此元,在重新初始化各參數(shù)后,再次進(jìn)入主循環(huán)過(guò)程。每循環(huán)一次后,都要向SGMAPHORE 2中等待一個(gè)元,這樣就可以保證程序的約定采樣周期運(yùn)行。

        顯示打印任務(wù)在做完必要的準(zhǔn)備工作后,向SGMAPHORE 1送一個(gè)元,然后在SGMAPHORE B中等待一個(gè)元。接到元后,將待顯示打印的數(shù)據(jù)送到緩沖單元,并送顯示打印。而后又繼續(xù)在SGMAPHORE B等待元。

        如上所述的各任務(wù)中,初始化任務(wù)是首先投入運(yùn)行的,它由根作業(yè)生成。在根作業(yè)接收到用戶(hù)作業(yè)初始化完畢的信息,并進(jìn)行完BIO等其他作業(yè)的初始化后,就將控制權(quán)交給用戶(hù)作業(yè),初始化任務(wù)生成的3個(gè)任務(wù):開(kāi)機(jī)自檢任務(wù)、動(dòng)態(tài)自檢任務(wù)和人機(jī)對(duì)話任務(wù),所做的均是平臺(tái)運(yùn)行前的準(zhǔn)備工作。準(zhǔn)備工作完畢,則刪除自身,并不參與實(shí)時(shí)運(yùn)行。由人機(jī)對(duì)話生成的任務(wù)中,異常處理任務(wù)具有最高優(yōu)先級(jí),其次是故障處理任務(wù)、時(shí)鐘管理任務(wù),而實(shí)時(shí)控制任務(wù)與中位調(diào)整任務(wù)具有相同的優(yōu)先級(jí)。優(yōu)先級(jí)最低的是顯示打印任務(wù)。當(dāng)這些任務(wù)的運(yùn)行條件均得到滿(mǎn)足時(shí),優(yōu)先級(jí)的高低就決定了他們對(duì)CPU的占有權(quán)的大小。

        根據(jù)香農(nóng)采樣定理和計(jì)算機(jī)實(shí)際運(yùn)行速度的可能,我們采用了50ms采樣周期計(jì)算運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)軟件,并由DA送出6根作動(dòng)筒伸長(zhǎng)的控制指令,來(lái)仿真飛機(jī)的俯仰、滾轉(zhuǎn)、偏航、升降、縱向平移和側(cè)向平移。

        參考文獻(xiàn)

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