一体化飞行器CAN总线控制系统数据传输方案设计与仿真验证

论文摘要

数据总线技术是飞行器控制系统中广泛采用的一种通讯方式。CAN总线以其高性能和低成本等特点成为国内外研究的热点,但其运用于航空航天领域有两方面核心问题,一是如何保证系统通信的实时性,二是如何提高系统的可靠性。本文以一体化飞行器控制系统为研究对象,围绕上述两个问题,开展了CAN总线实时性和可靠性研究以及控制系统仿真平台设计与验证。首先分析了一体化飞行器控制系统组成和信号传输特点,对总线网络的实时性和可靠性进行了深入分析研究,得出了基本CAN总线难以满足一体化飞行器数据传输的实时性和可靠性要求。接着针对基本CAN协议的不足,结合国内外学者在CAN实时性和可靠性方面的研究成果,研究了一种缺省标识符分配和时间触发机制相结合的方案来解决总线的实时性问题。对于可靠性问题,选择了常用的冗余技术,对比分析了不同程度冗余方式的优缺点,得出了采用CAN总线控制器冗余能提高系统的可靠性而不影响系统的实时性。最后,完成了控制系统仿真平台的设计和验证,并利用CANoe软件对仿真结果进行了分析和评估。仿真结果表明,采用缺省标识符分配和时间触发机制相结合的方案能有效地解决总线在高负载情况下网络通信的实时性问题,CAN总线控制器冗余方式能够及时地检测错误并进行总线切换,极大地提高了系统的可靠性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 CAN 总线在卫星上应用的技术问题研究
• 1.2.2 CAN 总线在飞机上应用的技术问题研究
• 1.3 论文内容与结构安排
• 第二章 基本CAN 总线控制系统数据传输特性分析
• 2.1 控制系统构成与功能
• 2.2 控制系统信号传输分析
• 2.2.1 信号来源和流向
• 2.2.2 飞行阶段数据流分析
• 2.3 基于基本协议的总线网络数据传输实时性分析
• 2.3.1 节点处理时间估计
• 2.3.2 消息等待时间估计
• 2.3.3 消息传输时间估计
• 2.3.4 总线延时的一般特性分析
• 2.4 标准CAN 总线网络可靠性分析
• 2.4.1 总线故障管理机制
• 2.4.2 错误检测和故障界定
• 2.5 小结
• 第三章 改善CAN 总线数据传输实时性和可靠性的方法研究
• 3.1 CAN 总线实时性改进设计
• 3.1.1 信息标识符分配方案
• 3.1.2 时间触发机制设计
• 3.2 总线网络可靠性改进设计
• 3.2.1 冗余系统的可靠性特性分析
• 3.2.2 系统的可靠性冗余设计
• 3.3 小结
• 第四章 飞行器控制系统数据传输仿真验证
• 4.1 仿真平台结构与功能设计
• 4.2 平台节点硬件设计
• 4.2.1 LPC2200 系列ARM 硬件结构
• 4.2.2 SEED－DEC28335 开发板的CAN 控制器模块
• 4.3 平台节点软件设计
• 4.3.1 基于ARM 板节点软件设计
• 4.3.2 箭载计算机节点（DPS 开发板）软件设计
• 4.3.3 评估节点的软件设计
• 4.4 仿真验证方法与结果
• 4.4.1 仿真测试方法
• 4.4.2 仿真测试结果分析
• 4.5 小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果