本文關(guān)鍵詞：數(shù)學(xué)模型化的自動(dòng)駕駛儀軟件設(shè)計(jì)

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【摘要】：民用飛機(jī)自動(dòng)駕駛儀軟件作為機(jī)載軟件的一部分,必須滿(mǎn)足適航性條例要求,軟件需符合DO178C的開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)。軟件的安全性和穩(wěn)定性是其能否作為機(jī)載軟件最重要的指標(biāo),傳統(tǒng)的自動(dòng)駕駛儀軟件設(shè)計(jì)有周期長(zhǎng)、難度大、高風(fēng)險(xiǎn)、高成本等缺點(diǎn),開(kāi)發(fā)的過(guò)程并沒(méi)有嚴(yán)格按照DO178C標(biāo)準(zhǔn)來(lái)開(kāi)發(fā),使得軟件的認(rèn)證過(guò)程困難且繁瑣。本文提出數(shù)學(xué)模型化的自動(dòng)駕駛儀設(shè)計(jì)方法,將自動(dòng)駕駛儀數(shù)學(xué)模型化,由于數(shù)學(xué)模型的表達(dá)具有一致性,軟件需求與數(shù)學(xué)模型一一對(duì)應(yīng)并能對(duì)模型進(jìn)行實(shí)時(shí)驗(yàn)證和確認(rèn),所以基于數(shù)學(xué)模型自動(dòng)生成的代碼具有很高的安全性和穩(wěn)定性;同時(shí),數(shù)學(xué)模型化的自動(dòng)駕駛儀軟件設(shè)計(jì)能夠自動(dòng)生成符合DO178C標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)證文檔,簡(jiǎn)化了軟件的認(rèn)證過(guò)程。因此,數(shù)學(xué)模型化的自動(dòng)駕駛儀軟件設(shè)計(jì)具有周期短、效率高、低成本的優(yōu)點(diǎn)。本文的主要工作體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:首先本文給出了通用飛機(jī)自動(dòng)駕駛儀的總體設(shè)計(jì)方案,即自動(dòng)駕駛儀的基本組成及功能。描述了自動(dòng)駕駛儀的基本部件以及部件間的聯(lián)系,定義了自動(dòng)駕駛儀具備的基本功能及其性能。其次本文給出自動(dòng)駕駛儀軟件的需求分析,定義了自動(dòng)駕駛儀軟件的組成模塊,為后續(xù)編寫(xiě)自動(dòng)駕駛儀軟件提供依據(jù)。根據(jù)軟件需求分析,將自動(dòng)駕駛儀軟件分成數(shù)學(xué)模型化實(shí)現(xiàn)與手工實(shí)現(xiàn)兩種不同的途徑。然后利用Matlab/Simulink建立自動(dòng)駕駛儀數(shù)學(xué)模型,按照其功能不同分為方式選擇模型和控制律模型兩部分。分別利用Stateflow和Simulink對(duì)方式選擇模型和控制律模型建模,并利用Simulink Coder自動(dòng)代碼生成工具箱將模型生成標(biāo)準(zhǔn)C代碼。為生成高效、穩(wěn)定的代碼,工具箱對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行優(yōu)化,并詳細(xì)分析了自動(dòng)代碼生成報(bào)告。最后為驗(yàn)證數(shù)學(xué)模型化的自動(dòng)駕駛儀軟件設(shè)計(jì)方法,將MSP430F5438A芯片作為自動(dòng)駕駛儀的飛行控制計(jì)算機(jī)處理器并編寫(xiě)底層驅(qū)動(dòng),進(jìn)行了開(kāi)環(huán)驗(yàn)證測(cè)試及閉環(huán)測(cè)試,達(dá)到了預(yù)期效果,具有一定的工程應(yīng)用價(jià)值。
【關(guān)鍵詞】：自動(dòng)駕駛儀 數(shù)學(xué)模型 Simulink Coder 自動(dòng)代碼生成 DO178C 嵌入式系統(tǒng)
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：V241.48
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-15
• 1.1 基于數(shù)學(xué)模型的設(shè)計(jì)方法與實(shí)現(xiàn)11-14
• 1.2 數(shù)學(xué)模型化的自動(dòng)駕駛儀設(shè)計(jì)前景14-15
• 第2章 自動(dòng)駕駛儀的基本組成及功能15-20
• 2.1 駕駛儀的基本組成15-17
• 2.2 自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)的功能與性能17-19
• 2.2.1 自動(dòng)駕駛儀自檢及初始化功能17-18
• 2.2.2 自動(dòng)駕駛儀飛行控制功能18-19
• 2.3 本章小結(jié)19-20
• 第3章 自動(dòng)駕駛儀軟件需求分析20-31
• 3.1 軟件的定義及實(shí)現(xiàn)方式20-21
• 3.2 自動(dòng)駕駛儀方式選擇21-22
• 3.3 自動(dòng)飛行控制律22-30
• 3.3.1 VS控制方式22-23
• 3.3.2 ALT控制方式23-25
• 3.3.3 PALT控制方式25-26
• 3.3.4 配平控制26-28
• 3.3.5 HDG控制方式28-29
• 3.3.6 GPS控制方式29-30
• 3.4 本章小結(jié)30-31
• 第4章 自動(dòng)駕駛儀方式選擇模型的建立31-40
• 4.1 Simulink模型結(jié)構(gòu)31
• 4.2 Simulink/Stateflow邏輯模塊31-39
• 4.2.1 按鍵邏輯初步設(shè)計(jì)32-35
• 4.2.2 駕駛儀按鍵控制邏輯35-38
• 4.2.3 駕駛儀旋鈕復(fù)用邏輯38-39
• 4.3 本章小結(jié)39-40
• 第5章 自動(dòng)駕駛儀控制律模型的建立40-50
• 5.1 橫側(cè)向飛行控制模式40-44
• 5.1.1 橫側(cè)向飛行控制模型結(jié)構(gòu)40-41
• 5.1.2 HDG飛行控制律41-43
• 5.1.3 GPS飛行控制律43-44
• 5.2 縱向飛行控制模式44-48
• 5.2.1 縱向飛行控制模型結(jié)構(gòu)44-45
• 5.2.2 VS飛行模式45
• 5.2.3 ALT飛行模式45-46
• 5.2.4 PALT飛行模式46-48
• 5.3 顯示幀數(shù)據(jù)模塊48-49
• 5.4 本章小結(jié)49-50
• 第6章 基于模型的自動(dòng)代碼生成50-66
• 6.1 模型中變量配置50-54
• 6.1.1 標(biāo)準(zhǔn)C中設(shè)置變量作用域50-52
• 6.1.2 Simulink中設(shè)置變量作用域52-54
• 6.2 模型的優(yōu)化及驗(yàn)證54-56
• 6.2.1 模型的層次化管理54
• 6.2.2 模型規(guī)范化工具54-55
• 6.2.3 模型定點(diǎn)化工具55
• 6.2.4 DO驗(yàn)證工具箱55-56
• 6.2.5 模型優(yōu)化結(jié)果56
• 6.3 模型的配置56-59
• 6.3.1 設(shè)置模型求解器56-57
• 6.3.2 硬件平臺(tái)設(shè)置57
• 6.3.3 代碼生成設(shè)置57-59
• 6.4 自動(dòng)代碼生成報(bào)告59-64
• 6.4.1 代碼概要59
• 6.4.2 子模塊報(bào)告59-60
• 6.4.3 模型接口函數(shù)報(bào)告60-62
• 6.4.4 代碼可追溯性報(bào)告62
• 6.4.5 靜態(tài)代碼度量報(bào)告62-64
• 6.5 自動(dòng)生成代碼的分析與集成64-65
• 6.6 本章小結(jié)65-66
• 第7章 自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)測(cè)試及功能驗(yàn)證66-74
• 7.1 自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)底層驅(qū)動(dòng)66-69
• 7.1.1 異步通信模塊66-68
• 7.1.2 定時(shí)器模塊68
• 7.1.3 GPIO按鈕模塊68
• 7.1.4 GPIO編碼旋鈕中斷68-69
• 7.2 底層驅(qū)動(dòng)與生成代碼的集成69-70
• 7.3 駕駛儀原型的功能驗(yàn)證及測(cè)試70-71
• 7.4 駕駛儀原型的閉環(huán)測(cè)試71-73
• 7.5 本章小結(jié)73-74
• 第8章 總結(jié)與展望74-77
• 8.1 全系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型化74-75
• 8.2 工作總結(jié)與展望75-77
• 8.2.1 工作總結(jié)75-76
• 8.2.2 工作展望76-77
• 參考文獻(xiàn)77-79
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單79-80
• 致謝80

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本文編號(hào)：845264