一種飛行控制系統(tǒng)數(shù)字化設(shè)計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及飛行控制設(shè)計領(lǐng)域，更具體地說，本發(fā)明涉及一種飛行控制系統(tǒng)數(shù)字化設(shè)計方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的飛行控制系統(tǒng)(Flight Control System，F(xiàn)CS)設(shè)計是一種基于文檔的設(shè)計方法，該方法將飛行控制系統(tǒng)的五個組成部分分別進行設(shè)計，直到所有部分全部設(shè)計完成之后進行閉環(huán)驗證，設(shè)計流程包括飛行器動力學(xué)模型建模、控制律設(shè)計與仿真、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計、軟硬件集成調(diào)試五個步驟，其的特點是設(shè)計過程中各階段的設(shè)計成果是以文檔形式表達，并且各階段之間也以文檔為傳遞模型。由于文檔具有二義性和不能執(zhí)行性，這就造成設(shè)計過程中的信息歧義和不能跨領(lǐng)域、跨階段仿真驗證等缺點，導(dǎo)致飛行控制系統(tǒng)設(shè)計周期長、研制成本高、設(shè)計效率低。
[0003]隨著CAD/CAM/CAE技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)前飛行控制系統(tǒng)設(shè)計方法轉(zhuǎn)變?yōu)榛谖臋n和CAD模型混合的設(shè)計方法，但其本質(zhì)上還是文檔驅(qū)動式的設(shè)計方法。文檔驅(qū)動式的設(shè)計方法主要有兩種表現(xiàn)方式，一是各階段的設(shè)計成果以文字、圖表等文檔的形式呈現(xiàn)，二是在各階段之間傳遞的信息也是各種文檔。該方法存在諸如設(shè)計方案表達不充分、信息表達的二義性、領(lǐng)域設(shè)計之間存在鴻溝、文檔的不可執(zhí)行性以及軟件測試工作量大等缺點和不足。
[0004]傳統(tǒng)的飛行控制系統(tǒng)設(shè)計方法在系統(tǒng)頂層設(shè)計階段給出的設(shè)計方案是文檔形式且該階段設(shè)計工作缺乏必要的系統(tǒng)級輔助設(shè)計及仿真驗證手段，因此設(shè)計人員無法保證總體設(shè)計方案運行正確且滿足用戶需求。而一旦總體設(shè)計方案中存在歧義和錯誤，那么這些歧義和錯誤會在后續(xù)設(shè)計階段甚至硬軟件聯(lián)調(diào)階段得到放大和蔓延，等到發(fā)現(xiàn)時再進行修改，其代價是巨大的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在上述缺陷，提供一種能夠提高飛行控制系統(tǒng)質(zhì)量和性能、降低研制成本、縮短研制周期、提高研制效率的飛行控制系統(tǒng)數(shù)字化設(shè)計方法。
[0006]為了實現(xiàn)上述技術(shù)目的，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種飛行控制系統(tǒng)數(shù)字化設(shè)計方法，包括:
[0007]第一步驟:利用基于模型的系統(tǒng)工程方法對飛行控制系統(tǒng)進行頂層設(shè)計，執(zhí)行頂層建模以分解出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并確定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的功能、行為和結(jié)構(gòu)滿足設(shè)計要求；
[0008]第二步驟:依據(jù)頂層建模時分解好的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對各個子系統(tǒng)繼續(xù)進行分解，直至將各個子系統(tǒng)分解到模型能夠在單個學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)表達，然后針對頂層的系統(tǒng)模塊進行領(lǐng)域模型建模；
[0009]第三步驟:按照子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對子系統(tǒng)的所有領(lǐng)域模型進行封裝以形成虛擬部件模型，其中虛擬部件模型對外僅暴露特定的接口，而隱藏其內(nèi)部信息；
[0010]第四步驟:進行飛行控制系統(tǒng)整體數(shù)字化模型的集成處理，其中將封裝后的領(lǐng)域模型組件依據(jù)頂層建模時各個模塊的連接方式進行耦合連接，并按照頂層建模時的調(diào)度機制進行完整的飛行控制系統(tǒng)數(shù)字化模型的協(xié)同仿真運行。
[0011]優(yōu)選地，第一步驟包括:抽象出飛行控制系統(tǒng)涉及的機械領(lǐng)域、液壓領(lǐng)域、電氣領(lǐng)域、熱力學(xué)領(lǐng)域的模型共性，將飛行控制系統(tǒng)的各個模塊用原子模型或耦合模型表示。
[0012]優(yōu)選地，第一步驟還包括:根據(jù)不同領(lǐng)域的模型共性，對SysML進行擴展，并且利用擴展的SysML對飛行控制系統(tǒng)進行頂層設(shè)計。
[0013]優(yōu)選地，第一步驟包括:在Rhapsody軟件中利用SysML ProfiIe進行StateChartprofiIeNSIMULINK ProfiIe、Hybrid Behav1r profile、Control profiIe、Dynamicprofile和Port profile共六種擴展元素，以滿足飛行控制系統(tǒng)的飛控計算機模型、傳感器模型、舵機模型以及飛行器動力學(xué)模型的多領(lǐng)域統(tǒng)一設(shè)計。
[0014]優(yōu)選地，第三步驟包括:將CATIA設(shè)計的UAV機械結(jié)構(gòu)模型、ADAMS設(shè)計的動力學(xué)模型和MATLAB設(shè)計的算法模型進行封裝得到UAV的Dynami c Mod I e模塊。
[0015]優(yōu)選地，第三步驟包括:設(shè)計SysML與SMULINK之間的適配器，以實現(xiàn)離散系統(tǒng)和連續(xù)系統(tǒng)之間的模型集成。
[0016]優(yōu)選地，所述協(xié)同仿真包括頂層模型和領(lǐng)域模型之間的跨層次模型協(xié)同仿真。
[0017]本發(fā)明以模型、過程和資源為核心，以數(shù)字化設(shè)計過程中標準規(guī)范為保障，通過研制過程信息及關(guān)聯(lián)的數(shù)字化描述、集成和共享實現(xiàn)FCS快速研制的一種應(yīng)用技術(shù)，是提高FCS質(zhì)量和性能、降低研制成本、縮短研制周期、提高研制效率的重要途徑和手段。FCS數(shù)字化設(shè)計主要是模型、過程和資源的數(shù)字化:①設(shè)計模型的數(shù)字化，即FCS各個設(shè)計階段、各個領(lǐng)域的模型都以數(shù)字化方式存在，稱為數(shù)字化模型；②設(shè)計過程數(shù)字化，即設(shè)計過程的管理，子系統(tǒng)任務(wù)、功能的確定和劃分均采用數(shù)字化方式;③設(shè)計資源的數(shù)字化，即各領(lǐng)域子系統(tǒng)設(shè)計小組內(nèi)部以及跨領(lǐng)域設(shè)計小組之間的信息交流都以數(shù)字化方式進行。
【附圖說明】
[0018]結(jié)合附圖，并通過參考下面的詳細描述，將會更容易地對本發(fā)明有更完整的理解并且更容易地理解其伴隨的優(yōu)點和特征，其中:
[0019]圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的飛行控制系統(tǒng)數(shù)字化設(shè)計跨層次、多領(lǐng)域模型集成框架。
[0020]圖2示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的FCS頂層靜態(tài)結(jié)構(gòu)模型。
[0021]圖3示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的FCS多領(lǐng)域模型集成示意。
[0022]圖4示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的RHAPSODY模型與SniULINK模型的集成不意。
[0023]圖5示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的完整的FCS數(shù)字化模型示例。
[0024]需要說明的是，附圖用于說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。注意，表示結(jié)構(gòu)的附圖可能并非按比例繪制。并且，附圖中，相同或者類似的元件標有相同或者類似的標號。
【具體實施方式】
[0025]為了使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚和易懂，下面結(jié)合具體實施例和附圖對本發(fā)明的內(nèi)容進行詳細描述。
[0026]飛行控制系統(tǒng)(FCS)數(shù)字化設(shè)計是解決傳統(tǒng)文檔驅(qū)動式設(shè)計方法不足的一把利劍。其技術(shù)內(nèi)涵是通過在工程物理樣機制造之前先構(gòu)造FCS數(shù)字化模型并進行仿真驗證的方式來消除設(shè)計方案及決策的歧義和錯誤，避免后期工程物理樣機研制出現(xiàn)反復(fù)。
[0027]本發(fā)明公開了一種飛行控制系統(tǒng)數(shù)字化設(shè)計方法。本發(fā)明的FCS數(shù)字化設(shè)計分為頂層設(shè)計和多領(lǐng)域模型集成設(shè)計兩部分，頂層設(shè)計從功能、行為和結(jié)構(gòu)方面對FCS進行設(shè)計，保證前期方案設(shè)計的正確性和準確性;多領(lǐng)域模型集成設(shè)計是將FCS涉及到的機械、控制、液壓、動力學(xué)等多種學(xué)科領(lǐng)域的模型均表示為數(shù)字化模型并將其集成起來。本發(fā)明在FCS物理樣機實現(xiàn)之前，利用數(shù)字化模型對FCS提前進行仿真驗證，是提高FCS設(shè)計質(zhì)量和性能、降低研制成本、縮短研制周期、提高研制效率的重要途徑和手段。
[0028]例如，根據(jù)本發(fā)明的飛行控制系統(tǒng)數(shù)字化設(shè)計方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0029]步驟1、抽象出飛行控制系統(tǒng)涉及到的機械、電子、控制、液壓等不同學(xué)科領(lǐng)域的模型共性；
[0030]步驟2、根據(jù)不同學(xué)科領(lǐng)域的模型共性，對SysML進行擴展，使其適合飛行控制系統(tǒng)頂層設(shè)計要求；