基于RTW和VxWorks的飛控系統仿真實驗平臺研究

陳懷民+吳凱+程鵬飛+段曉軍

摘 要： 采用高效快速的仿真實驗平臺構建方法可以大大提高仿真試驗效率，利用Real?Time Workshop的自動代碼生成功能和外部調試模式，可將Simulink環境下的飛機動力學仿真模型和利用[S]函數功能封裝的控制率模型自動轉換為在嵌入式操作系統中運行的仿真代碼，利用該研究方法可在較短時間內完成對仿真實驗平臺的構建。采用本平臺使整個研制過程難度和工作量大大地降低，并且具有在線調參和數據監控功能。與傳統仿真實驗方法相比，仿真實時性更接近真實飛行下的狀態。

關鍵詞： RTW； VxWorks； 飛控系統； 實時仿真； 在線調參

中圖分類號： TN964?34 文獻標識碼： 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

飛控系統仿真工作是飛控系統設計工作的重要輔助手段。在系統設計初期進行數學仿真研究，對飛機運動特性需要進行詳細分析，建立飛機的數學仿真模型，檢驗飛控系統的功能是否符合要求。數字仿真的目的是方便快速地得到初步設計結果，能夠很好地指導系統設計工作的進行。

由于對飛控系統仿真實驗的實時性要求很高，單純在Matlab/Simulink下進行的仿真不能夠完全滿足仿真實時性的要求，本實驗平臺采用VxWorks操作系統作為軟件代碼運行環境，完全可以滿足系統對仿真實時性的要求，采用RTW自動代碼生成功能可以大大減少仿真軟件的開發工作量，避免手工編碼引入的錯誤，縮短仿真試驗平臺的開發周期[1?3]。

1 基于RTW和VxWorks的仿真實驗

RTW是Matlab圖形建模和仿真環境Simulink的一個重要補充功能模塊，它是一個基于Simulink的代碼自動生成環境，它能夠直接從Simulink的模型中產生優化的、可移植的和個性化的代碼，并根據目標配置自動生成多種環境下的程序，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時目標下運行的程序。RTW十分適合用于加速仿真過程、快速原型化、形成完善的實時仿真解決途徑和生成產品級嵌入式實時應用程序，使用RTW進行實時硬件的設計測試，用戶可以縮短開發周期，降低成本[4]。

VxWorks是專門為實時嵌入式系統設計開發的操作系統軟件，為程序員提供了高效的實時任務調度、中斷管理、實時的系統資源以及實時的任務間通信[5]。VxWorks從1983年設計成功以來，已經經過廣泛的驗證，成功地應用在航空、航天、艦船、通信、醫療等關鍵領域。該操作系統具有良好的持續發展能力、高性能內核以及友好的用戶開發環境使其在嵌入式實時操作系統領域處于領先地位。

Tornado集成開發環境是嵌入式實時領域中最新一代的開發調試環境，是實現嵌入式應用程序的完整的軟件開發平臺，是開發調試VxWorks系統不可缺少的組成部分[5]。它是集成了編輯器、編譯器、調試器于一體的窗口環境，給嵌入式系統開發人員提供了一個不受目標機限制的開發調試界面。它使用Target Server?Agent模式來建立主機和目標機之間的交叉開發環境，解決了交叉開發環境中諸如有限的調試通信信道，有限的目標機資源等問題。這種模式使所有主機工具可以用于目標機，而不必考慮目標機的資源和通信機制。