【摘 要】
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航空发动机分布式控制系统的通信总线对控制系统重量、成本、可靠性和控制性能等具有至关重要的影响。本文以航空发动机分布式控制系统通信总线为研究对象,开展时间触发通信
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航空发动机分布式控制系统的通信总线对控制系统重量、成本、可靠性和控制性能等具有至关重要的影响。本文以航空发动机分布式控制系统通信总线为研究对象,开展时间触发通信总线TTCAN和TTP/C协议研究和控制器的设计,以期为发动机分布式控制系统通信总线研究提供有益参考。基于FPGA设计TTCAN总线level2总线控制器,搭建通信系统实验平台,开展TTCAN总线时延分析,讨论了传输时延、队列时延、特殊时延,并给出了时延计算数学模型。分析了基本错误情况下的时延,基于此,修正了时延计算模型。通过发动机工作环境模拟实验,研究了温度变化对总线时延的影响。在通信总线研究的基础之上,针对TTCAN总线的调度算法展开研究。设计了TTCAN总线同步相和异步相调度算法。采用FFI的装箱算法和遗传算法优化同步相调度,引入容错窗实现调度容错;异步相调度中采用优先级提升算法处理事件性消息。将所设计的调度算法应用于航空发动机分布式控制系统总线调度表设计。面向未来发动机分布式控制系统更高带宽和容错性要求,开展TTP/C通信总线的研究。从原理上详细分析了TTP/C总线的基本特征、设计原则、总线型拓扑结构、TDMA介质访问方式和帧格式。基于TTP/C总线协议,结合航空发动机分布式控制系统,给出总线控制器的总体设计方案,并对协议进行分层。结合航空发动机分布式控制系统的通信性能需求,探讨了总线控制器的特性参数和关键技术。基于FPGA设计了TTP/C总线控制器。设计了TTP/C总线的数据链路层、协议服务层、CNI和跳转逻辑状态机。给出了数据链路层中总线收发器、BG模块、MEDL列表模块的具体设计方法;给出了协议服务层中成员关系容错算法和全局同步容错时钟的设计方法;给出了CNI和跳转逻辑状态机的设计方法。通过设计综合通信仿真实验验证总线控制器的正确性。
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