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- 航空发动机分布式控制系统通信总线研究
- 作者： 关越 来源： 南京航空航天大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： 航空发动机分布式控制 时间触发CAN总线 IEEE 1451智能变送器接口 拓扑结构优化
- 描述： 航空发动机分布式控制系统的通信总线对控制系统重量、成本以及可靠性和控制性能具有至关重要的影响。本文在航空发动机分布式控制中CAN总线应用研究基础上，开展时间触发CAN总线通信协议以及IEEE-1451智能变送器接口标准的研究，以提高发动机分布式控制总线的实时性和确定性以及总线接口的互换性。设计了基于FPGA的TTCAN总线level2控制器，该总线控制器包含了CAN通信模块、TTCAN时间同步系统以及用于连接NIOS-II处理器的Avalon-MM片上总线接口等，设计了TTCAN的同步算法。经过Modelsim软件仿真和硬件系统验证，该总线控制器通信良好，并且具有较高的同步精度。设计了基于IEEE-1451.2标准的变送器独立接口（TII）通信控制器，在硬件系统上完成分布式控制系统IEEE-1451智能传感器采样实验，结果表明IEEE-1451智能传感器系统能够良好完成的数据采集通信功能，且通信接口系统带宽足以满足航空发动机分布式控制系统需求。建立了航空发动机分布式通信系统实验平台，包括智能转速传感器、智能燃油计量活门和发动机分布式控制器节点。并且针对发动机某稳态工作点设计了PID控制器，借助Simulink工具搭建数字仿真平台，仿真验证所设计的PID控制器系统阶跃响应符合需求。建立硬件仿真平台，在硬件仿真平台上结果与数字仿真结果对比，表明TTCAN总线和IEEE-1451标准建立的发动机分布式控制系统能够保证传输的确定性，实验证明该通信系统发动机控制性能的影响近似忽略。提出了基于遗传算法的发动机分布式通信总线拓扑结构优化方法，针对该方法分别计算了树型、总线型和环形等多种拓扑结构，在线路长度上均较传统集中式星型结构有较大提升，在此基础上优化了一种冗余拓扑结构方案，该结构有较好可靠性和长度上的平衡。