航空航天測控技術

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航空航天測控技術范文第1篇

關鍵詞：XML；數(shù)據(jù)體制；統(tǒng)一標準化；航天測控網統(tǒng)一系統(tǒng)；綜合服務應用平臺

中圖分類號：TN915.4—34文獻標識碼：A文章編號：1004—373X（2012）18—0099—03

數(shù)據(jù)是航天測控系統(tǒng)處理和應用的核心[1]。隨著我國航天測控事業(yè)的不斷發(fā)展，整個航天測控系統(tǒng)將發(fā)展成為以中繼衛(wèi)星為中心的天基測控網，以陸地測站為中心的陸基測控網和以測量船站為中心的?；鶞y控網三個相對獨立的測控系統(tǒng)[2—3]，而且各方用戶對整個系統(tǒng)提供綜合應用服務的需求也不斷提高。現(xiàn)有傳統(tǒng)的航天測控數(shù)據(jù)體制，采用約定字段數(shù)據(jù)包結構的數(shù)據(jù)處理和應用模式，使得的數(shù)據(jù)處理及應用都較受限制。為此，構建一個統(tǒng)一化、標準化的數(shù)據(jù)體制，實現(xiàn)整個測控系統(tǒng)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一標準化處理和應用，將對我國航天測控事業(yè)的進一步發(fā)展具有重要意義。隨著XML（eXtensibleMarkupLanguage）相關協(xié)議標準和應用技術的不斷成熟，使XML逐漸成為一種處理應用系統(tǒng)間數(shù)據(jù)交換的標準[4—5]。

1現(xiàn)有傳統(tǒng)航天測控數(shù)據(jù)體制分析

現(xiàn)有傳統(tǒng)的航天測控系統(tǒng)采用約定字段數(shù)據(jù)包結構的數(shù)據(jù)體制，這種體制在數(shù)據(jù)處理和應用方面，都有其自身的局限性。

1.1數(shù)據(jù)處理方面

在以約定字段數(shù)據(jù)包為核心的數(shù)據(jù)處理中，數(shù)據(jù)的生產者需要按照約定的格式填寫各個字段，建立完整的數(shù)據(jù)包并發(fā)送給數(shù)據(jù)的消費者。數(shù)據(jù)的消費者首先要按照約定的格式，從數(shù)據(jù)包中分解出各個數(shù)據(jù)字段，最終得到各個應用數(shù)據(jù)，然后才能對這些數(shù)據(jù)進行處理[6]。這種數(shù)據(jù)處理方式有幾個明顯的不足：一是數(shù)據(jù)處理的代碼耦合度高，為針對不同任務而進行的軟件維護設計將要求對軟件代碼的重新修改與測試，從而影響了軟件的可重用性和模塊化；二是不同數(shù)據(jù)處理單元之間的接口復雜，標準不統(tǒng)一。假設有n個模塊要進行信息交互，則會存在Cn2個接口，這使得數(shù)據(jù)的交互和集成變得十分困難。

此外，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)體制對數(shù)據(jù)的處理不能有效區(qū)分實時與非實時數(shù)據(jù)，實際可用數(shù)據(jù)處理資源無法實現(xiàn)合理分配，傳輸帶寬的彈性較小。

1.2數(shù)據(jù)應用方面

數(shù)據(jù)應用以數(shù)據(jù)處理為基礎。一方面基于約定字段數(shù)據(jù)包結構的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)體制限制了系統(tǒng)對底層數(shù)據(jù)的處理方式和處理能力，從而影響了數(shù)據(jù)應用的可實現(xiàn)行和豐富性；另一方面，在傳統(tǒng)的航天測控數(shù)據(jù)體制下，不同測控網之間的數(shù)據(jù)交互僅僅只解決了基本的數(shù)據(jù)鏈路和數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯栴}，對數(shù)據(jù)網絡層與應用層的設計與處理較少。同時，數(shù)據(jù)的傳輸與網絡特性單一，使得系統(tǒng)對通信資源的分配和利用力不從心，系統(tǒng)可統(tǒng)一應用的數(shù)據(jù)范圍和綜合性較受限制，不利于系統(tǒng)的適應性和拓展性發(fā)展。

2基于XML的航天測控數(shù)據(jù)體制

2.1XML的特點

XML是由W3C（WorldWideWebConsortium）的一種標準，是標準通用標記語言（StandardGeneralizedMarkupLanguage，SGML）的一個簡化子集。它具有以下幾個傳統(tǒng)約定數(shù)據(jù)包結構數(shù)據(jù)不具有的顯著特點[7—8]：

（1）數(shù)據(jù)的自描述性，適用于特定領域的數(shù)據(jù)處理和應用。

（2）結構化的數(shù)據(jù)模型，為數(shù)據(jù)顯示和處理提供標準的處理方式。

（3）豐富的網絡傳輸特性，可作為性能良好的通信協(xié)議。

（4）成熟的XML應用標準與處理技術，如XSL，DOM，SAX，WML，XLink和XPointer等為XML的應用拓展提供了技術支持。

此外，航天測控網的IP化改造，也為XML的技術實現(xiàn)提供了硬件平臺。

2.2基于XML的航天測控數(shù)據(jù)體制

航天測控數(shù)據(jù)處理按時間的要求不同可分為實時數(shù)據(jù)處理和非實時數(shù)據(jù)處理。實時數(shù)據(jù)處理要求處理速度快，時間短，方法簡單，所使用的數(shù)據(jù)為流數(shù)據(jù)，大多不會重復使用。非實時數(shù)據(jù)處理流程多，方法精細、復雜，所使用的數(shù)據(jù)為積累數(shù)據(jù)，大多需要重復使用。

傳統(tǒng)約定字段數(shù)據(jù)包結構的數(shù)據(jù)處理方式具有實時性強，效率高的特點，而基于XML的數(shù)據(jù)處理模型，標準統(tǒng)一，具有良好的傳輸與網絡特性?；诖耍瑢τ跍y控網中要求實時處理的數(shù)據(jù)（大部分為單個測控網內部的設備數(shù)據(jù)），采用傳統(tǒng)數(shù)據(jù)的處理機制；而對于非實時處理數(shù)據(jù)（一般包括單個測控網內部與測控網之間的交互數(shù)據(jù)），使用XML數(shù)據(jù)格式進行統(tǒng)一標準化的封裝、處理和交互。為此，基于XML的航天測控數(shù)據(jù)體制的測控網信息交互框架如圖1所示。

航空航天測控技術范文第2篇

關鍵詞:LED點陣;串行接口;單片機

中圖分類號:TM938 文獻標識碼:B

The Circuit Design of LED Lattice Screen Driven by CH451

GE Chao1, WANG Lei2

(1. College of Information Hebei Polytechnic University, Tangshan Hebei 063009,China;

2. Department of Information Engineering Tangshan College, Tangshan Hebei 063009,China)

Abstract: 64-bit LED lattice or 8-bit digital tube can be driven dynamically by CH451. The chip can easily be adopted by 1 line or cascade of 4-wire serial interface to exchange data with the SCM. It has the characteristic of fast speed, small power consumption and simple operation. The characteristic and the using method of CH451 were introduced, and the examples of hardware and software design were given.

Keywords:LED lattice; serial interface; single chip microcomputer

引 言

LED點陣顯示是集微電子技術、計算機技術、信息處理技術于一體的新型顯示方式,由于其具有壽命長、動態(tài)范圍廣、工作穩(wěn)定可靠、低功耗和響應快速等優(yōu)點,成為眾多顯示媒體中的佼佼者,是戶外顯示的理想選擇。用CH451芯片驅動LED點陣有以下特點:速度快、功耗小、動態(tài)顯示掃描控制、直接驅動64位LED點陣,并可以軟件控制LED的亮度,以減小功耗。CH451可以通過1線或者可以級聯(lián)的4線串行接口與單片機等控制器交換數(shù)據(jù)。CH451的串行接口是由硬件實現(xiàn)的,控制器可以頻繁地通過串行接口進行高速操作,而絕對不會降低CH451的工作效率。用它設計的電路,不僅軟硬件設計簡單,而且功耗低、響應速度快、驅動能力強、占用的I/O口線較少,是一種性價比高、應用靈活的設計方案。

1 CH451的使用說明

CH451內部具有8個8位的數(shù)據(jù)寄存器,用于保存8個字數(shù)據(jù),分別對應于CH451所驅動的8組、每組8個發(fā)光二極管,并且支持數(shù)據(jù)寄存器中的字數(shù)據(jù)左移、右移、左循環(huán)、右循環(huán),支持各數(shù)碼管的獨立閃爍控制,在字數(shù)據(jù)左右移動或者左右循環(huán)移動的過程中,閃爍控制的屬性不受影響。CH451具有硬件實現(xiàn)的高速4 線串行接口,包括4 根信號線:串行數(shù)據(jù)輸入線DIN、串行數(shù)據(jù)時鐘線DCLK、串行數(shù)據(jù)加載線LOAD、串行數(shù)據(jù)輸出線DOUT。DIN 用于提供串行數(shù)據(jù),高電平表示位數(shù)據(jù)1,低電平表示位數(shù)據(jù)0,串行數(shù)據(jù)輸入的順序是低位在前,高位在后;DCLK 用于提供串行時鐘,CH451 在其上升沿從DIN 輸入數(shù)據(jù),在其下降沿從DOUT輸出數(shù)據(jù)。CH451 內部具有12 位移位寄存器,在DCLK 的上升沿,DIN 上的位數(shù)據(jù)被移入移位寄存器的最高位寄存器,以此類推,原次低位數(shù)據(jù)移入最低位寄存器,在該上升沿后的第一個下降沿,原次低位數(shù)據(jù)從DOUT 輸出。CH451 允許DCLK 引腳的串行時鐘頻率大于10MHz,從而可以實現(xiàn)高速串行輸入輸出;LOAD 用于加載串行數(shù)據(jù),CH451 在其上升沿加載移位寄存器中的12 位數(shù)據(jù),作為操作命令分析并處理。CH451可以動態(tài)驅動8×8的LED點陣,點陣的所有列通過串接的限流電阻R1 連接CH451的列驅動引腳SEG0～7,點陣的所有行分別由CH451的DIG0～7引腳進行驅動。串接限流電阻R1 的阻值越大則段驅動電流越小,數(shù)碼管的顯示亮度越低。R1 的阻值一般在60~400Ω之間,在其它條件相同的情況下,應該優(yōu)先選擇較大的阻值。

2 軟硬件設計實例

2.1 硬件電路

P1口的P1.5、P1.6、P1.7用來控制LED點陣的顯示,分別接到LOAD、DIN和DCLK腳。4個8×8 LED陣列組成16×16的點陣屏模塊,如果要顯示一個漢字,只要將32字節(jié)的點陣數(shù)據(jù)通過8次48位的加載字數(shù)據(jù)命令送給CH451就可以了。由于是4個CH451 級聯(lián),所以每個操作命令都必須是48 位數(shù)據(jù),最后由LOAD 信號線輸出上升沿通知所有的CH451加載各自的命令數(shù)據(jù)。

2.2 顯示驅動程序

定義數(shù)組存放顯示數(shù)據(jù),CPU復位后,調用CH451_Write函數(shù)對CH451進行寫命令數(shù)據(jù)操作。

寫12bit控制字函數(shù):

void CH451_Write(unsigned short cmd)

{unsigned char i;

CH452_LOAD_CLR;//命令開始,LOAD=0

for(i=0;i!=12;i++) //送入12位數(shù)據(jù),低位在前,

{CH452_DCLK_CLR;

CH452_DIN=cmd&1;//“&”按位左移

CH452_DCLK_SET; //上升沿有效

cmd=cmd>>1;//“>>”按位右移

}

CH452_LOAD_SET; //加載數(shù)據(jù),LOAD上升沿

}

3 結 論

從以上例子可以看出,用CH451設計LED點陣驅動電路,硬件和軟件的設計都不存在復雜的技術問題,特別是軟件設計。因此,在I/O口線較為緊張的情況下,這不失為一種解決方案,且具有很好的性價比。

參考文獻

[1] 王福瑞. 單片微機測控系統(tǒng)設計大全[M]. 北京:北京航空航天大學出版社,2001.

[2] 李 華. MCS-51 系列單片機實用接口技術[M]. 北京:北京航空航天大學出版社,1999.

[3] 何立民. 單片機應用技術選編[M]. 北京:北京航空航天大學出版社,1999.

[4] AT89系列單片機技術手冊.北京威立姆電子技術有限公司, 1996.

航空航天測控技術范文第3篇

關鍵詞 課程教學改革；航空航天類專業(yè)；自動控制原理

中圖分類號 G642.0

文獻標識碼 A

文章編號 1005-4634（2012）05-0048-05

0 引言

《自動控制原理》是航空航天類本科專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎課。以筆者所在的北京理工大學為例，航空宇航科學與技術一級學科下屬的飛行器設計與工程、航天運輸與控制、飛行器動力工程、武器系統(tǒng)與發(fā)射工程、探測制導與控制技術等專業(yè)的本科生，均在大三第一學期必修《自動控制原理》經典控制理論部分，包括54個理論課時和10個實驗課時，其任務是通過對自動控制理論知識的學習，培養(yǎng)學生對控制系統(tǒng)的分析設計能力、工程實踐能力和創(chuàng)新能力。同時，《自動控制原理》還是學習測試技術、飛行器制導與控制技術、飛行器總體設計、航天器測控原理等諸多專業(yè)課程的先修課，在航空航天類專業(yè)的本科生培養(yǎng)計劃中占據(jù)著非常重要的地位。

《自動控制原理》的授課模式一般有兩種：一是將經典控制理論部分和現(xiàn)代控制理論部分分開講述，先講授經典控制后講授現(xiàn)代控制，目前國內大部分高等院校均是采用的這種授課模式；二是將經典控制和現(xiàn)代控制融合講授，這種授課模式有助于培養(yǎng)學生從系統(tǒng)角度、全局高度來思考問題的能力，更利于掌握控制理論的實質。由于授課模式的沿襲性及單學期課時數(shù)的限制，北京理工大學航空航天類專業(yè)的《自動控制原理》采用了前一種授課模式。授課教師采用A、B角的方式，教師隊伍中有授課近20年的教師，還有剛剛博士畢業(yè)踏上工作崗位的年輕教師，更難能可貴的是，所有授課教師均有出國留學或訪問的經歷，兼通中西教學模式之長，融蓬勃朝氣與豐富經驗于一體。

本文主要是以《教育部關于全面提高高等教育質量的若干意見》（教高[2012]4號）中“堅持內涵式發(fā)展”、“促進高校辦出特色”、“創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式”、“提升國際交流與合作水平”等內容為指導，結合北京理工大學的學校定位和辦學特色，以筆者在《自動控制原理》經典控制理論部分本科教學過程中的思考和認識為基礎，對北京理工大學航空航天類專業(yè)在《自動控制原理》本科教學改革中的若干有效措施進行總結和探討。

1 授課內容及學習過程中存在的問題

1.1《自動控制原理》的授課內容

筆者主要講授《自動控制原理》中的經典控制理論部分，授課內容分為八章，分別是：自動控制系統(tǒng)導論、自動控制系統(tǒng)的數(shù)學模型、自動控制系統(tǒng)的時域分析、根軌跡法、頻率法分析、控制系統(tǒng)校正、非線性系統(tǒng)和線性離散系統(tǒng)。其中，前六章和第八章是重點講授內容，第七章是一般講授內容。就總的講授內容來說，有理論性強、新概念多、系統(tǒng)性強、與工程尤其是航空航天工程聯(lián)系緊密的特點，如已列裝或在研的大部分導彈飛行器，其自動駕駛儀的設計仍主要是在經典控制理論的框架下完成的。學習過程是先了解控制系統(tǒng)的組成尤其是強調“反饋”的概念，再根據(jù)實際的控制系統(tǒng)建立數(shù)學模型，然后通過時域法、根軌跡法、頻率法等分析系統(tǒng)性能的優(yōu)劣對比，最后對系統(tǒng)整體性能進行校正和設計，可以說，整個過程是一個完整的體系，更是一個循序漸進的過程。

1.2《自動控制原理》學習過程中的幾點問題

無論哪門課程，講授目的均是希望學習者能夠掌握相關知識的基本原理、分析方法并最終做到靈活運用?？荚嚦煽兪窃u價學習者是否達到上述標準的一個參考，但考試成績并不能表明一個學生是否真正達到了上述標準。為了準確評估《自動控制原理》的講授效果，真正了解該門課程學習中可能存在的問題，不但要時刻注意本專業(yè)學生在修習過程中的反饋意見，而且要廣泛調研和閱讀其它學校和專業(yè)的教師在該門課程上的經驗總結。在此基礎上，結合筆者的親身體驗和思考，認為航空航天類專業(yè)的學生在學習《自動控制原理》過程中可能面對的主要問題包括：（1）部分學生由于數(shù)學基礎不夠扎實，對課程中涉及到的數(shù)學知識產生畏難情緒，進而無法很好地掌握控制系統(tǒng)的分析方法；（2）不能將所學的控制理論知識與自己專業(yè)的實際案例充分地聯(lián)系起來，這主要是在學習過程中接觸專業(yè)案例少造成的；（3）閱讀英文文獻的能力不足，而且這種不足突出表現(xiàn)在缺乏對專業(yè)詞匯的正確理解上，這說明《自動控制原理》需要適度地推進雙語教學改革；（4）無法將基本理論和計算機輔助設計軟件MATLAB結合起來進行更有效地控制系統(tǒng)設計，即割裂了基本理論和計算機輔助軟件相輔相成、互相印證、互相促進的關系；（5）從系統(tǒng)角度理解控制系統(tǒng)核心思想的能力不足，即無法做到融會貫通，更談不上靈活運用，這需要授課過程中注意前后串聯(lián)，幫助學生建立起系統(tǒng)概念。針對上述問題，結合北京理工大學辦學定位和航空航天類專業(yè)《自動控制原理》的授課特色，授課教師均提出了有針對性的改革措施。多年來的教學實踐證明，這些措施很好地解決了北京理工大學航空航天類專業(yè)本科生在《自動控制原理》課程中的學習問題，增強了學生對該門課程的學習興趣和“自主學習”能力。

2 教學改革的若干舉措

2.1從數(shù)學基礎抓起

“工欲善其事，必先利其器。”《自動控制原理》課程涉及大量的數(shù)學知識，如拉氏變換及其逆變換、微分方程、差分方程、復變函數(shù)理論、Z變換等。毫不夸張地說，扎實的數(shù)學功底是學好該課程的基礎。如果學生缺乏必要的數(shù)學知識，教師又不能適時補上這個不足的話，很容易造成學生在學習過程中的畏難情緒，不可避免地會影響教學效果。

北京理工大學授課教師的做法是在《自動控制原理》開課伊始，就給學生列出所有需要用到的基礎數(shù)學知識。一方面引導學生重新復習這些已經學過的數(shù)學知識；另一方面，授課教師還會抽出專門的課時來對這些數(shù)學知識進行復習和重點講授。為了不斷加深學生對這些數(shù)學知識的理解，在用到相應的數(shù)學工具時，授課教師都會結合具體的實例進行更詳細地講述。為了盡可能減少學生在學習中的畏難情緒，北京理工大學授課教師在考試中堅持“注重概念，弱化計算”的理念，只要學生思路正確，僅僅是計算錯誤的情況下，盡量少扣或不扣分。

2.2雙語教學，與國際接軌

開展雙語教學有助于我國高等教育與國際接軌，是當前教育改革的熱點和重點，同時也得到了教育部等相關部門的大力支持。在雙語教學的改革中，有一點需要明確的是，專業(yè)課雙語教學的目的并不是為了增加學生的詞匯量，也不是為了提高學生外語的寫作水平，更不是為了教學生外語語法，而是為了增強學生閱讀專業(yè)外文文獻的能力和對專業(yè)知識的理解能力。近年來，英語已經逐漸發(fā)展成為全世界通用的語言，最新的科研成果更主要是以英文形式發(fā)表。所以，我國高等教育中大部分的雙語教學均是采用中文和英文的雙語授課模式。

由于《自動控制原理》涉及到的諸多基本理論和分析方法大都是從國外引進和翻譯過來的，加上國外學術界習慣用人名來命名定理的做法，給國內學生記憶和理解這些理論和方法增加了額外的困難。如用于判定線性系統(tǒng)穩(wěn)定與否的勞斯判據(jù)就是以英國數(shù)學家Edward John Routh的名字命名的，類似這樣的例子還有很多，這對于習慣望文生義的國內學生來說，想僅僅從字面意思來理解勞斯判據(jù)本身幾乎是不可能的。有鑒于此，基于航空航天類專業(yè)《自動控制原理》雙語教學改革的目的主要是為了增加學生對專業(yè)詞匯認知這一基本的出發(fā)點，決定了航空航天類專業(yè)《自動控制原理》雙語教學的授課方針應以中文為主、英語為輔。具體做法是，每當?shù)谝淮纬霈F(xiàn)新的名詞、原理和方法時，授課教師先用中文進行詳細講解，然后告訴大家這些名詞、原理和方法在英文中的表示方法和來源，并在以后遇到這些名詞、原理和方法時，更多地采用英文表述。如傳遞函數(shù)（Transfer Function）、勞斯判據(jù)（Routh Criterion）、階躍響應（Step Response）、脈沖響應（Impulse Response）、根軌跡（RootLocus）等，都可以采用這種處理方式。此外，還需要注意引導學生適量閱讀英文參考書和專業(yè)文獻，由于Katsuhiko Ogata所著《Modern Control Engineer-ing》一書在世界范圍內的廣泛被接受性，北京理工大學同樣推薦學生將這本書作為英文參考書。

2.3融科研于教學

隨著我國高等教育改革的不斷實施和深入，昔日的“填鴨式”教學已逐步被更能激發(fā)學生“自主學習”能力的“啟發(fā)式”、“案例式”教學所取代。在《自動控制原理》的教學中，如果只是講授一般的數(shù)學公式和物理定理，而與實際工程割裂開來的話，很可能出現(xiàn)的后果就是學生學習后不知道用在什么地方，更不知道如何用，更糟糕的情況是學生在考試后就把所學的東西全忘掉了。為了避免這一狀況的發(fā)生，有必要將專業(yè)案例、授課教師的科研項目融入日常的教學工作中去，讓科研帶動教學、教學促進科研。

如在第一章講授自動控制系統(tǒng)定義和基本組成的時候，通用的教材是舉一些工業(yè)上常見的例子，像室溫調節(jié)系統(tǒng)和水位調節(jié)系統(tǒng)來引入自動控制的專業(yè)術語和反饋的概念。這種講授方法是很好的，有利于學生建立對控制系統(tǒng)組成的直觀概念，并認識到自動控制的核心思想所在。對于航空航天類專業(yè)的學生來說，在講述通用案例的同時，還可以結合航空航天領域的應用案例，如引入圖1所示的導彈攻擊飛機的案例。在這個案例中，導彈根據(jù)自己探測到的目標機動特性，依據(jù)一定的制導律生成最佳攻擊曲線，當彈上的測試設備探測到實際飛行路線和預定飛行路線出現(xiàn)偏差的時候，彈載計算機會依據(jù)一定的法則生成控制指令，氣動舵機來執(zhí)行這一控制指令，從而達到控制導彈回到預定飛行路線的目的。按照這一描述可以畫出它的系統(tǒng)方塊圖，如圖2所示，和基本的負反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)（如圖3所示）對應起來，預定飛行路線對應給定輸入、彈載計算機對應控制器、氣動舵機對應執(zhí)行機構、導彈就是被控對象、實際飛行路線即是實際輸出、彈載測試設備即對應測量輸出的傳感器。這樣講授下來，由于比較貼近專業(yè)方向，同學們就很容易理解控制系統(tǒng)的結構，并對輸入、輸出、被控對象、執(zhí)行機構、控制器的作用及反饋的概念有了更為直觀和深刻的認識。

在講述控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)性能的時候，大量引入航空航天的專業(yè)案例，尤其是一些因為控制系統(tǒng)設計失誤或控制系統(tǒng)未能正常工作產生重大損失的失敗案例，對引發(fā)學生的學習興趣頗有幫助。從教學的效果看，這些案例的引入，不僅加深了學生對《自動控制原理》重要性的認識，激發(fā)了他們學習的熱情，同時，還培養(yǎng)了他們對所學專業(yè)的興趣。在此基礎上，可以注意吸收一些對自動控制理論或應用感興趣的學生提前進入實驗室，并挑選與任課教師負責項目相關或者處于航空航天控制前沿的研究方向，如臨近空間飛行器的制導與控制技術，讓他們自由發(fā)揮，思考和創(chuàng)新，切實培養(yǎng)他們的動手能力。

此外，授課教師要非常注重“基于書本、超越書本”。比如香農（Shannon）采樣定理認為：對于一個連續(xù)信號來說，當采樣角頻率是該連續(xù)信號所含最高次諧波頻率兩倍以上的話，即能做到一個周期內采樣兩次以上的話，那么經采樣后所得到的脈沖序列，就包含了原連續(xù)信號的全部信息，可通過理想濾波器把原信號毫無失真地恢復出來。這一表述在數(shù)學理論上是沒有任何問題的，但在實際工程項目中往往是行不通的，比如一個正弦曲線的測試，一個周期里只采樣兩三個點的情況下，幾乎沒有可能復現(xiàn)原信號。類似于這樣的問題，授課教師需要在授課過程中向學生特別強調。

2.4計算機輔助教學

由于《自動控制原理》在授課過程中涉及到的數(shù)學公式、圖形（結構圖、框圖、根軌跡圖、伯德圖等）比較多，非常不方便在課堂上進行直接板書，一旦板書不清楚會直接影響學生的學習效果。而這些公式和圖形是非常適合以幻燈片（PPT）的形式來進行表述的，學生也更樂意看到這種方式。北京理工大學授課教師同樣采用了以PPT為主的授課模式，配以適當?shù)膭赢?，給學生一個更為直觀的展示。如在講授動態(tài)性能指標的時候，延遲時間、上升時間、峰值時間、超調量、調節(jié)時間等名詞的定義并不是那么容易理解，但通過動畫的形式就可以很清楚、明了地向同學們展示這些概念的不同，學生反映良好。再比如在講授不同阻尼比情況下二階系統(tǒng)單位階躍響應特性的時候，只靠文字表述“隨著阻尼比的增大，系統(tǒng)的響應越快，但超調量越大”的話，大部分學生是比較茫然的。如果換成通過PPT展示給同學們如圖4所示的響應曲線時，就會一目了然，同時，還有助于同學們掌握零阻尼、欠阻尼、臨界阻尼、過阻尼等情況下單位階躍響應特性的不同。

MATLAB是學習《自動控制原理》的學生必須掌握的一個計算機輔助分析工具。實際上，一個令人引以為傲的事實是，北京理工大學航空航天類專業(yè)本科生的MATLAB基礎知識都是在《自動控制原理》的課堂上學到的。由于年輕學生對新鮮事物天生的好奇感，當他們看到教材上一幅幅精美的圖片是通過MATLAB展示在自己面前的時候，不但會加深他們對所學知識的理解，更會激發(fā)他們學習這門課的熱情。比如講二階欠阻尼系統(tǒng)階躍響應的時候，可以首先引導學生思考一個問題：“既然阻尼比越小，系統(tǒng)響應越快，超調量越大，那怎么來選擇合適的阻尼比呢？”然后再用教學計算機上裝載的MATLAB畫出圖5，這是阻尼比位于[0.10.9]之間，以上升時間為橫坐標、超調量為縱坐標的Pareto圖，同時在圖中標示阻尼比分別為0.4、0.707和0.8所對應的點。以這個直觀的示意圖做基礎，同學們就很容易理解為什么工程上一般要求阻尼比在[0.4 0.8]范圍內了，再告訴同學們阻尼比為0.707時控制系統(tǒng)效果最佳，他們也就明白了因果來源。如果更進一步畫出阻尼比分別為0.6、0.707和0.8時候的單位階躍響應曲線來，如圖6所示，同學們就會有一個更加明確和直觀的印象。此外，授課教師還可以通過課下作業(yè)的形式，引導學生利用課堂所學知識編程實現(xiàn)更復雜的響應曲線，使學生可以親身感受到響應曲線隨不同參數(shù)變化的規(guī)律，不但可以加深學生所學的理論知識，還有助于學生掌握輔助軟件的用法。

用MATLAB輔助教學可能會帶來的一個副作用就是，同學們可能覺得只要掌握MATLAB就可以了，而忽略了自動控制本身的基本原理和定性的分析方法。這是授課教師在教學過程中需要重點留意并刻意避免的問題之一，北京理工大學授課教師在每次用MATLAB輔助教學時，都會強調基本原理的重要性，同時會刻意用所學的定性分析方法來評估MATLAB結果的正確與否，并一再強調，MATLAB只是一個輔助大家進行控制系統(tǒng)分析的工具，不能取代大家所學的基本原理和分析方法本身，考試中也不會考這方面的內容。

2.5注重前后串聯(lián)，建立系統(tǒng)概念

《自動控制原理》本身的講授內容多、跨度時間長，而且學生同時還在修習其它課程，所以用在《自動控制原理》這一門課上的時間是極其有限的。而且一般教材也更傾向于將每個章節(jié)的內容獨立出來，如僅僅在第二章講述控制系統(tǒng)模型的建立方法，在以后的學習中就直接拿現(xiàn)成的傳遞函數(shù)來用；再如第三章講述時域分析法之后，在后續(xù)章節(jié)的講述中幾乎不會再涉及。很可能造成的一個后果就是學習過程中常常不清楚各個知識點之間的相互聯(lián)系，也無法真正的做到融會貫通，在遇到實際的工程問題時就會顯得束手無策、不知如何下手。這需要授課教師幫助同學們理清線索，弄清楚各個章節(jié)之間的因果關系。

北京理工大學授課教師在每個章節(jié)開始和結束的時候都會向學生展示圖7，告訴大家正在學習的內容在圖中什么位置，在整個自動控制原理的框架中起到什么作用，它以哪幾個章節(jié)為基礎、又可以為哪幾個章節(jié)提供幫助。在課程結束的時候，還會精心選取幾個航空航天專業(yè)的典型案例，讓同學們以小組為單位形成一個大作業(yè)，這個大作業(yè)涉及到《自動控制原理》所講授的全部核心內容，從系統(tǒng)建模到系統(tǒng)性能分析，并發(fā)揮他們自己的獨立思維進行系統(tǒng)的二次設計，從學生的反響及實際的教學效果看，這種做法十分可取。

航空航天測控技術范文第4篇

關鍵詞：軟件測試控制系統(tǒng)嵌入式

中圖分類號:TP311.52 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416(2012)05-0151-01

1、嵌入式系統(tǒng)的特點以及實現(xiàn)方法

嵌入式系統(tǒng)的主要特點如下：嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件的緊密結合，具有很強的依賴性之間的軟件和硬件，嵌入式系統(tǒng)的功能和性能通過軟件和硬件來實現(xiàn)。因此，在硬件平臺上的嵌入式軟件系統(tǒng)的測試。在硬件，嵌入式軟件系統(tǒng)測試。這是一個不同的主機平臺上的軟件，只能在電腦平臺的主機平臺軟件系統(tǒng)測試，不需要專門的硬件平臺測試。嵌入式系統(tǒng)的要求非常苛刻的時間。嵌入式系統(tǒng)，實時控制系統(tǒng)，為要求苛刻的實時場合。嵌入式系統(tǒng)的硬件資源有限，存儲容量和速度的嵌入式CPU和應用環(huán)境的制約。

軟件測試的方法可以分為黑盒測試和白盒測試兩大類：黑盒測試是一種基于需求的測試，以驗證測試軟件是否滿足軟件的需求。白盒是基于結構的測試，軟件控制流測試包括語句覆蓋，分支覆蓋，等等和數(shù)據(jù)流測試。覆蓋測試原理是：測試軟件，測試工具的使用靜態(tài)分析，以確定代碼中的分支點，并統(tǒng)一編號，分配給每個分支點。計劃執(zhí)行的歷史信息和路徑，你可以從這份文件中，為了計算的代碼覆蓋率。嵌入式軟件與主機平臺上的軟件有不同的特點，所以從主機平臺軟件測試，測試也明顯不同。

2、嵌入式系統(tǒng)的應用

嵌入式系統(tǒng)為中心，基于計算機技術，利用可定制的功能性，可靠性，成本，體積，功耗嚴格要求，設備專用計算機系統(tǒng)111硬件和軟件。它一般由嵌入式微處理器，硬件設備，嵌入式操作系統(tǒng)和用戶應用程序，控制其他設備，監(jiān)事或管理由四部分。最典型的嵌入式系統(tǒng)的特點是與人民生活密切相關的，任何一個普通的人可能有各種使用嵌入式微處理器技術的電子產品，MP3，PDA等數(shù)字設備，數(shù)字家電，智能家電，地理信息系統(tǒng)的車輛。事實上，新的嵌入式設備的數(shù)量遠遠超過通用計算機。其硬件系統(tǒng)表現(xiàn)如右：

嵌入式操作系統(tǒng)和通用操作系統(tǒng)有許多功能，如可靠性，可削減，可擴展性，實時等。前三嵌入式應用環(huán)境的要求?！皩崟r”，以滿足系統(tǒng)內容的實時性要求。通常在一些嵌入式操作系統(tǒng)，通常被稱為“實時操作系統(tǒng)，但它是操作系統(tǒng)的性能有一個更好的實時能力。在一個特定的嵌入式應用系統(tǒng)中，沒有實時的結論。不同的嵌入式操作系統(tǒng)，可以有不同的實時能力。嵌入式操作系統(tǒng)應符合設計實時任務調度，運行速度快，實時性能的內容嵌入式操作系統(tǒng)的能力，可以更容易地實現(xiàn)實時的應用程序。

3、應用航天業(yè)的條件和發(fā)展

今天的軟件和硬件技術的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)被廣泛用于航空航天，國防，軍工，電子通訊等行業(yè)，其中軟件變得越來越復雜。應用嵌入式系統(tǒng)的特點，這些地區(qū)往往是高安全性，關鍵任務系統(tǒng)，軟件，小缺陷可能會嚴重威脅生命和國家安全的，巨大的天文財產損失。這使得它保證嵌入式軟件的質量和可靠性變得至關重要。

4、航天業(yè)的應用條件

嵌入式系統(tǒng)的任務有一定量的時間限制。據(jù)截止時間，實時系統(tǒng)，實時被分為“硬實時時間”和“軟實時”。可以完全滿足硬實時應用的需求，否則，導致發(fā)生重大安全事故，甚至造成了生命和生態(tài)破壞。

可預見性是一個系統(tǒng)，能夠實時執(zhí)行任務的時間來判斷，以確定它是否能滿足任務的期限。在航空航天工業(yè)實時系統(tǒng)需要嚴格的時間限制，稱為實時系統(tǒng)的可預測性是一個重要的性能要求也至關重要。除了硬件延遲的可預見性，也需要軟件系統(tǒng)的可預測性，包括應用程序的可預測性的響應時間可預測的，也就是說，在有限的時間內完成必要的工作;和操作系統(tǒng)，即實際運行時的開銷時間原語，調度功能應范圍內，以確保應用程序的執(zhí)行時間為界。

5、與外部環(huán)境的相互作用

航天業(yè)需要的外部環(huán)境是獨一無二的，這樣的外部環(huán)境是一個實時系統(tǒng)不可或缺的組成部分?？臻g計算機子系統(tǒng)控制系統(tǒng)，它必須在規(guī)定時間內作出回應外部請求。外部物理環(huán)境經常指責子系統(tǒng)，兩個互動，以形成一個完整的實時系統(tǒng)。為此，該系統(tǒng)需要一個靜態(tài)的分析，并保留資源和冗余配置，系統(tǒng)可以工作在最壞的情況下，或避免損失?？煽啃砸殉蔀楹娇蘸教旃I(yè)的實時系統(tǒng)性能不可缺少的一個重要指標來衡量。

6、結語

隨著嵌入式系統(tǒng)的廣泛使用，其實時性已經吸引了越來越多的關注。實時嵌入式系統(tǒng)是一個綜合性的問題，應考慮在嵌入式系統(tǒng)設計，硬件不僅是軟件的選擇也應注意。在這些領域的嵌入式系統(tǒng)應用的特點，往往是高安全性，關鍵任務系統(tǒng)，軟件，小缺陷可能會嚴重威脅生命和國家安全的一個巨大的天文數(shù)字的財產損失。這使得它變得至關重要，以確保嵌入式軟件的質量和可靠性。

參考文獻

[1]謝東,李昌禧.基于LabVIEW的嵌入式軟件黑盒測試系統(tǒng)的研究[J].工業(yè)控制計算機,2005年12期.

[2]楊順昆,劉斌,陸民燕.WindowsNT下幾種定時器的實現(xiàn)原理及性能比較[J].測控技術,2002年12期.

[3]崔小樂,劉斌,鐘德明,阮鐮,高小鵬.實時嵌入式軟件仿真測試平臺的體系結構設計[J].測控技術,2003年07期.

[4]崔小樂,劉斌,楊順昆,阮鐮.嵌入式軟件仿真測試平臺的建模環(huán)境設計[J].測控技術,2004年02期.

航空航天測控技術范文第5篇

關鍵詞：航空發(fā)動機；Pxi測試系統(tǒng)；應用；分析

在我國社會經濟迅速發(fā)展的環(huán)境形勢下，航空行業(yè)的整體發(fā)展勢頭也非常迅猛。在航空事業(yè)的發(fā)展過程中，其自身的質量以及安全穩(wěn)定性能非常重要，不僅對行業(yè)事業(yè)整體發(fā)展有非常重要的影響，而且對人們的出行安全也提供了良好的保障。航空發(fā)動機作為飛行器的心臟，亦是其最主要的部分，其性能能夠直接對飛行器的品質起到決定性作用。地面試車臺進行的航空發(fā)動機性能、功能試驗的準確性、可靠性，是保障發(fā)動機安全穩(wěn)定性的有力基礎。

1 Pxi測試系統(tǒng)

1987年，VXI誕生，其IEEE1014-1987在當時可以說是非常先進的PC總線，在某種程度上，加速了全球PC工業(yè)的整體發(fā)展。在當前社會經濟不斷快速發(fā)展的形勢下，各個領域都取得了良好的成效，PC工業(yè)的發(fā)展也同樣取得了進步。在實際操作過程中，可以看出，在PC插卡的基礎上，這種數(shù)據(jù)采集板形勢在經過不斷的發(fā)展和改革創(chuàng)新形勢下，已經發(fā)展為PCI總線的模塊化自動測試設備系統(tǒng)，成為一種全新的測試平臺標準。這種儀器系統(tǒng)在實際操作過程中，可以說是PCI擴展的一種通用性測試系統(tǒng)總線，不僅能夠保證自動化系統(tǒng)在日常操作過程中的穩(wěn)定性和堅固性，而且能夠減少成本。

經過一段時期的發(fā)展，Pxi技術逐漸成為自動化測試以及控制的主流平臺之一，Pxi測試技術不僅擁有高通道數(shù)據(jù)采集，而且能夠將測試信號進行切實有效的混合，這樣不僅能夠從根本上保證試驗效果的準確性和有效性，而且能夠將其自身的應用效果充分發(fā)揮出來[1]。Pxi技術可以說是國防以及航空航天測控應用當中非常重要的主導技術之一。對各類測控設備的數(shù)字化、智能化以及綜合化等科技水平的高要求，無形當中加速了高性能Pxi測控產品以及系統(tǒng)級的整體方案的創(chuàng)新。將計算機PCI總線擴展到儀器作為Pxi技術的整體發(fā)展思路，將PC以及與其相關的各個硬件自身的優(yōu)勢特點充分發(fā)揮出來。這樣不僅能夠滿足航空航天在實際操作過程中的任何測試或者是系統(tǒng)的測量，而且能夠實現(xiàn)未來自動化工業(yè)測試的發(fā)展趨勢[2]。

2 Pxi技術在實際應用過程中的優(yōu)勢特點

2.1 機械性能良好

Pxi技術在實際應用過程中，為了將其自身的作用盡可能發(fā)揮出來，在實際操作過程中，將PC技術、儀器技術以及歐卡機械規(guī)范進行有效的結合，這樣不僅能夠具備軟件的整體運行標準，而且能夠保證數(shù)據(jù)在傳輸過程中的速度和效率，盡可能保證系統(tǒng)開發(fā)的時間被有效縮短。Pxi測試系統(tǒng)在實際應用過程中，能夠從根本上有利于系統(tǒng)升級的模塊化設計和處理，在無形當中增加了特殊冷卻以及相對應的環(huán)境要求，提供了兩種與標準PCI系統(tǒng)相互操作的方法。這樣不僅能夠保證其自身在實際操作過程中的穩(wěn)定性和有效性，而且能夠盡可能集中冷卻和電磁兼容性能[3]。另外，Pxi測試系統(tǒng)在自身的操作過程中，其自身所需要投入的成本比較低，有利于集成，其自身的靈活性也比較良好，所以優(yōu)勢特點比較多，有利于維護系統(tǒng)工作壽命期限內的成本。

2.2 電氣性能良好

Pxi測試系統(tǒng)實際應用過程中，可以說是保持了基本上PCI總線的所有優(yōu)點，同時增加了一個100MHz差分系統(tǒng)時鐘、差分信號和差分星形觸發(fā)，來滿足高級定時和同步的需要。在實際操作過程中，其自身具有一定的公共觸發(fā)線、星形觸發(fā)總線、以及本地總線等等，這些總線不僅能夠在實際操作過程中，對其起到良好的輔作用，而且能夠促使其自身的電氣性能達到良好的標準。另外，高性能的I/O曹位很多，具有即插即用儀器的驅動程序在實際應用過程中，能夠盡可能滿足定時的準確性和有效性，并且能夠實現(xiàn)同步旁帶通訊的整體需求。不僅能夠從根本上符合工業(yè)環(huán)境應用的整體堅固設計要求，而且能夠將其自身的影響和作用充分發(fā)揮出來[4]。

3 Pxi測試系統(tǒng)在航空發(fā)動機試驗中的應用

3.1 航空發(fā)動機試驗測試參數(shù)

在航空發(fā)動機試驗的過程中，將Pxi測試系統(tǒng)應用其中，不僅能夠從根本上提高測試結果的有效性，而且能夠保證對其進行科學合理的測試。航空發(fā)動機試驗測試參數(shù)主要包括穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)兩個方面。首先，對直流電壓與交流電壓之間的有效值信號進行測試，比如直流為正負極10V，變流為36V，交流就是115V。其次，對電阻值參數(shù)進行測試，比如利用電纜來對電阻進行識別，對電阻的絕緣性、導通性等等，就要詳細分析和研究。另外，對于頻率信號也要進行相對應的試驗測試，比如交流電源自身的頻率、基準信號等等，這些都是在試驗測試過程中非常重要的參數(shù)，能夠直接對航空發(fā)動機試驗起到一定的影響和作用。時序信號也是試驗測試參數(shù)當中必不可少的一項重要部分，比如一些起動信號、停車時間等等，這些都能夠提供非常重要的參數(shù)作為依據(jù)。

3.2 Pxi模塊

溫度采集：溫度參數(shù)采集一般選用采用SCXI1503（16通道采集輸出，用于普通熱電阻溫度采集）以及SCXI1112（8通道采集輸出，用于熱電偶溫度采集）采集。

轉速采集：一般采用SCXI1126（8通道采集輸出）進行采集。

壓力采集：壓力參數(shù)一般采用SCXI-1102B（32通道模擬量采集變換）配合壓力變送器使用。

電壓、電流采集： SCXI-1102B（32通道模擬量擬量采集輸出）配合電量、電壓變送器使用。

配置windows操作系統(tǒng)的嵌入式Pxi控制器專為滿足測試、測量和控制系統(tǒng)的苛刻要求而設計。它們配備的最新處理器選件被安放在專門設計的堅固結構中，適合在寬廣溫度范圍以及高沖擊和振動環(huán)境中運作。最佳CPU性能、堅固結構、高可靠性和長期可用性的結合讓Pxi嵌入式控制器成為適合Pxi系統(tǒng)的理想控制選件。通過SCXI信號調理對結合Pxi采集器對頻率信號進行測量。

4 結束語

綜上所述，在對航空發(fā)動機進行試驗分析和研究的時候，將Pxi測試系統(tǒng)科學合理的應用其中，不僅能夠從根本上對其進行科學合理的測試分析，而且能夠保證測試結果的有效性和準確性，并能夠保證測試系統(tǒng)的高可靠性及長期可用性。

參考文獻

[1]安冬冬，劉文怡.基于PCI9054從模式的數(shù)據(jù)采集卡設計與應用[J].計算機測量與控制，2010（10）.

[2]謝曦鵬，張明勇，高慧中.基于Pxi總線自動測試系統(tǒng)的設計[J].西安航空技術高等?？茖W校學報，2012（01）.

[3]張路路.基于PCI總線集成電路測試儀接口設計[J].現(xiàn)代電子技術，2012（12）.