基于网络的液体火箭发动机试验测控系统的研究与实现

论文摘要

在大型火箭发动机试车中，传统的测控系统存在着几个问题：作为测控主体的计算机与板卡可靠性要求极高，单点失效导致试车失败；电缆敷设过长，常引起信号衰减，EMI及其它电噪声的干扰；测控系统状态及测试数据较难实现共享；系统安装的初始费用与系统维护成本高。建立网络化测控系统是现代测控系统的发展方向，并为将来发动机试验过程中，实现远程专家故障诊断提供技术基础。本课题以液体火箭发动机试验网络化测控系统的构成与实现技术为研究对象，从传统测控系统出发，通过对网络化测控系统的体系结构的分析，比较详细地论述了基于网络的测控系统中时钟同步方法，采用IEEE 1588网络实时测控系统精确时钟同步协议，实现网络化测控系统中各设备模块的同步。根据测控模块的组成，结合液体火箭发动机试车使用传感器与控制器的特点，对测量、控制输入与输出通道进行了分析，设计了测量前置放大器与滤波器；设计了多档连续可调的恒压源与恒流源；依据不同控制对象设计了开关量通道的功率接口。根据嵌入式微控制器的发展方向，从微控制板的性能要求出发，选取了ARM微处理器及开发模板。对新出现的智能传感器与执行器进行了探讨。在对目标机嵌入式实时操作系统分析的基础上，进行了μC／OS—Ⅱ操作系统的移植；根据网络控制器的特点，编制了μC／OS—Ⅱ的以太网驱动程序；在测控模块中，设计了嵌入式操作系统采集程序与控制程序；根据发动机试车过程中储箱压力的变化，依据模糊控制器算法，开发了储箱压力闭环调节PID程序。分析了宿主机服务器的工作模式及机理，设计了宿主机对目标机的测控通道配置程序；根据目标机的数据发送方式，设计了宿主机数据通信及显示程序。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 国内外液体火箭发动机试验测控系统研究概况
• 1.3 课题研究的主要内容
• 第二章 液体火箭发动机试验实时网络化测控系统组成
• 2.1 发动机试验传统测控系统组成
• 2.2 发动机试验网络化测控系统体系结构
• 2.3 网络化测控系统时间同步方法
• 2.4 网络化测控系统时间同步的实现
• 2.5 本章小结
• 第三章 网络化测控系统硬件的设计
• 3.1 测控模块单元的组成
• 3.2 测控系统微控制器板的选择
• 3.2.1 嵌入式微处理器
• 3.2.2 嵌入式ARM处理器
• 3.2.3 ARM微处理器特点
• 3.2.4 测控系统微控制器板的选择
• 3.3 测量系统信号调节器的设计
• 3.3.1 前置放大器与滤波器
• 3.3.2 测量系统激励电压源的设计
• 3.3.3 测量系统激励电流源的设计
• 3.4 控制系统输出通道的设计
• 3.4.1 直流电磁式继电器的功率接口的设计
• 3.4.2 交流电磁式继电器的功率接口的设计
• 3.4.3 固态继电器的功率接口的设计
• 3.5 智能传感器或执行器
• 3.6 本章小节
• 第四章 嵌入式操作系统中测控软件的设计
• 4.1 嵌入式实时操作系统
• 4.1.1 嵌入式操作系统
• 4.1.2 嵌入式实时操作系统
• 4.1.3 嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ
• 4.2 嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ的移植
• 4.2.1 概述
• 4.2.2 关于头文件includes.h和config.h
• CPU.H'>4.2.3 编写OS_CPU.H
• CPU_C文件'>4.2.4 编写OS_CPU_C文件
• CPU_A.ASM'>4.2.5 编写OS_CPU_A.ASM
• 4.3 μC/OS-Ⅱ的以太网驱动程序的设计
• 4.3.1 初始化
• 4.3.2 接收数据报
• 4.3.3 发送数据报
• 4.4 嵌入式操作系统采集程序的设计
• 4.5 嵌入式操作系统控制程序的设计
• 4.6 箱压模糊智能整定PID程序的开发
• 4.6.1 PID参数初值整定
• 4.6.2 模糊控制器（FCC）算法
• 4.6.3 程序开发
• 4.7 本章小结
• 第五章 宿主机软件系统的设计
• 5.1 宿主机服务器软件系统的并发技术
• 5.2 宿主机系统测量配置程序的设计
• 5.3 宿主机系统控制配置程序的设计
• 5.4 宿主机数据通讯程序的设计
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 研究成果