基于RTX的舵機(jī)控制系統(tǒng)研制

摘要 設(shè)計并研制了一種基于RTX實時擴(kuò)展模塊的2．4 m風(fēng)洞虛擬飛行試驗的舵機(jī)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)用于采集天平、陀螺儀、舵機(jī)、光電編碼器信號，為飛機(jī)各主要部件的氣動特性評估提供了重要依據(jù)。文中介紹了RTX實時模塊和硬件設(shè)計、軟件設(shè)計。并通過實際應(yīng)用表明，該系統(tǒng)具有實時性強(qiáng)、算法可靠、精度高、用戶操作簡單等優(yōu)點。
關(guān)鍵詞 RTX；驅(qū)動程序；PXI；舵控仿真

舵機(jī)控制是虛擬飛行實驗中的關(guān)鍵技術(shù)，為滿足測試的實時性要求，文中設(shè)計了一套基于Windows RTX環(huán)境下的舵機(jī)控制系統(tǒng)，通過采集天平、陀螺儀、舵機(jī)、光電編碼器信號，分析飛機(jī)各主要部件的氣動特性。該控制系統(tǒng)的主要功能包括：舵機(jī)控制軟件可以自動完成對舵機(jī)的上電及解鎖操作；舵機(jī)響應(yīng)可根據(jù)實際需要作出相應(yīng)的模式選擇和參數(shù)設(shè)置；采集到的數(shù)據(jù)可做到實時界面顯示，用于現(xiàn)場實驗分析。

1 RTX實時模塊
在工業(yè)控制、航空航天等領(lǐng)域，對系統(tǒng)實時性有很高的要求。系統(tǒng)的事件響應(yīng)如果不確定或超時，就可能會導(dǎo)致系統(tǒng)出錯，甚至崩潰，Windows系統(tǒng)很難滿足實時性的要求。RTX正是應(yīng)這一要求，利用Windows平臺提供的豐富的設(shè)備驅(qū)動模型，通過定制硬件抽象層(HAL，Hardw are Abstraction Layer)，對Windows系統(tǒng)進(jìn)行了實時擴(kuò)展。RTX使得系統(tǒng)具有較強(qiáng)的實時性，能在一個事先定義好的時間限制中對外部或內(nèi)部的事件進(jìn)行響應(yīng)和處理RTX是一個嵌入Windows的獨立實時系統(tǒng)，支持在Windows平臺下基于Visual Studio的實時應(yīng)用程序開發(fā)。RTX給開發(fā)者提供了操作系統(tǒng)和實時性的最佳結(jié)合，既可以使用Windows的豐富資源和軟件開發(fā)調(diào)試工具，又可以在一個獨立的控制子系統(tǒng)上實現(xiàn)硬實時。RTX Release7．1支持絕大部分的Microsoft操作系統(tǒng)，同時支持單處理器(Uniprocessor)、多處理器(Multi-processor)、移動處理器(Mobile Processor)、超線程(Hyper-threading-enabled)，以及多核平臺(Multiple-core platform)。
文中基于RTX，在Windows平臺上實現(xiàn)了舵控仿真系統(tǒng)中高確定性和高速反應(yīng)時間的應(yīng)用部件和模塊與其它非實時應(yīng)用部件的正常運行。

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計
該系統(tǒng)的構(gòu)成如圖1所示。硬件系統(tǒng)包括上位機(jī)一工業(yè)控制計算、下位機(jī)-PXI機(jī)箱、位于PXI機(jī)箱中的PXI測試板卡、電源和顯示器構(gòu)成，所有這些部件都組裝在一個雙聯(lián)測試機(jī)柜中。PXI測試板卡包括數(shù)字I／O板卡、A／D轉(zhuǎn)換卡、串口卡、RS422卡和PXI轉(zhuǎn)PCI套件。

3 軟件設(shè)計
為提高Windows下數(shù)據(jù)采集的實時性，又滿足舵機(jī)控制實時性的要求，舵機(jī)控制采用模塊化的設(shè)計，設(shè)計分為上下兩層，兩層之間需要共享內(nèi)存進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。軟件組成的結(jié)構(gòu)體系如圖2所示。

RTX程序開發(fā)平臺選擇VC6．0+Ardence RTX，RTX將開發(fā)環(huán)境直接嵌入到用戶熟悉的VC6．0中，用RTX提供的向?qū)Ъ纯缮蒖TX環(huán)境下的設(shè)備驅(qū)動和應(yīng)用程序，大大縮短了開發(fā)周期。RTX和Windows運行在一臺計算機(jī)上，也節(jié)省了系統(tǒng)的硬件成本，提高了系統(tǒng)可靠性。