飛行控制系統(tǒng)數(shù)字化設(shè)計(jì)頂層建模與模型集成技術(shù)研究.pdf

1、“飛行控制系統(tǒng)數(shù)字化設(shè)計(jì)”是“飛機(jī)數(shù)字化工程”的重要組成部分，其目標(biāo)是提出一種飛控系統(tǒng)數(shù)字化設(shè)計(jì)方法，以提高飛控系統(tǒng)設(shè)計(jì)效率、設(shè)計(jì)質(zhì)量并降低設(shè)計(jì)成本。針對(duì)上述目標(biāo)，本文對(duì)飛控系統(tǒng)數(shù)字化設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)環(huán)境構(gòu)建、頂層建模方法和多領(lǐng)域模型集成方法三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)開展深入研究。
　　論文首先闡述了飛控系統(tǒng)數(shù)字化設(shè)計(jì)的概念和內(nèi)涵。提出了包含頂層建模、領(lǐng)域建模與模型封裝、多領(lǐng)域模型集成以及跨層次模型調(diào)度的飛控系統(tǒng)數(shù)字化設(shè)計(jì)方法。并根據(jù)數(shù)字化設(shè)計(jì)方法

2、，確立了包含需求分析、頂層建模、領(lǐng)域模型設(shè)計(jì)、領(lǐng)域模型封裝、多領(lǐng)域模型集成、虛擬樣機(jī)集成和虛擬樣機(jī)交付七個(gè)步驟的數(shù)字化開發(fā)流程。
　　深入研究飛控系統(tǒng)數(shù)字化設(shè)計(jì)頂層建模方法。為了在方案論證階段就對(duì)飛控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字建模與仿真分析驗(yàn)證，提出了模塊—功能—行為—結(jié)構(gòu)框架下基于SysML Profile的飛控系統(tǒng)頂層建模方法。其次，在抽象出多種領(lǐng)域模型共性的基礎(chǔ)上，研究了基于SysML“l(fā)ight-weight”擴(kuò)展機(jī)制的原子模型和耦合模

3、型構(gòu)建方法，并對(duì)原子模型和耦合模型進(jìn)行形式化定義。然后，依據(jù)建立的原子模型和耦合模型，研究了飛控系統(tǒng)頂層靜態(tài)結(jié)構(gòu)建模方法和動(dòng)態(tài)行為建模方法。最后研究了通過事件流和數(shù)據(jù)信息流對(duì)頂層模型中的原子模型和耦合模型進(jìn)行層次化調(diào)度的方法。頂層建模方法可以在系統(tǒng)方案論證消除設(shè)計(jì)中的邏輯錯(cuò)誤，避免到設(shè)計(jì)后期才發(fā)現(xiàn)由于邏輯錯(cuò)誤而造成循環(huán)設(shè)計(jì)。
　　深入研究飛行控制系統(tǒng)領(lǐng)域?qū)拥亩囝I(lǐng)域模型集成方法。首先針對(duì)飛控系統(tǒng)數(shù)字化設(shè)計(jì)中不同領(lǐng)域模型異構(gòu)的特點(diǎn)，提

4、出了基于元對(duì)象機(jī)制和適配器的多領(lǐng)域模型集成方法。其次，研究了機(jī)械結(jié)構(gòu)CATIA模型與動(dòng)力學(xué)ADAMS模型的集成方法、動(dòng)力學(xué)ADAMS模型與控制系統(tǒng)SIMULINK模型的集成方法、控制系統(tǒng)SIMULINK模型與制導(dǎo)、導(dǎo)航RHAPSODY模型的集成方法。然后研究了由頂層模型、機(jī)械結(jié)構(gòu)模型、動(dòng)力學(xué)模型、控制系統(tǒng)模型以及制導(dǎo)、導(dǎo)航模型集成的飛控系統(tǒng)虛擬樣機(jī)協(xié)同仿真方法。
　　研究了飛控系統(tǒng)數(shù)字化設(shè)計(jì)環(huán)境。針對(duì)飛控系統(tǒng)特點(diǎn)和數(shù)字化設(shè)計(jì)的概念

5、、內(nèi)涵和目標(biāo)，分析了數(shù)字化設(shè)計(jì)環(huán)境所必須具備的特征，并基于商用貨架技術(shù)構(gòu)建了一種四層次結(jié)構(gòu)（元素模型設(shè)計(jì)層、原子模型設(shè)計(jì)層、虛擬部件設(shè)計(jì)層和虛擬樣機(jī)集成層）的飛控系統(tǒng)數(shù)字化設(shè)計(jì)環(huán)境，為快速設(shè)計(jì)飛控系統(tǒng)虛擬樣機(jī)奠定基礎(chǔ)。
　　最后，以某型微型飛行器的飛控系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例，驗(yàn)證本文數(shù)字化設(shè)計(jì)方法的可行性。首先進(jìn)行飛控系統(tǒng)需求分析，依據(jù)需求模型進(jìn)行飛控系統(tǒng)頂層建模。然后基于頂層模型中各個(gè)原子模型對(duì)應(yīng)的飛控系統(tǒng)子系統(tǒng)進(jìn)行領(lǐng)域模型建模和多領(lǐng)域模