基于RTX的舵機控制系統研制

摘要 設計并研制了一種基于RTX實(shí)時(shí)擴展模塊的2．4 m風(fēng)洞虛擬飛行試驗的舵機控制系統。該系統用于采集天平、陀螺儀、舵機、光電編碼器信號，為飛機各主要部件的氣動(dòng)特性評估提供了重要依據。文中介紹了RTX實(shí)時(shí)模塊和硬件設計、軟件設計。并通過(guò)實(shí)際應用表明，該系統具有實(shí)時(shí)性強、算法可靠、精度高、用戶(hù)操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞 RTX；驅動(dòng)程序；PXI；舵控仿真

舵機控制是虛擬飛行實(shí)驗中的關(guān)鍵技術(shù)，為滿(mǎn)足測試的實(shí)時(shí)性要求，文中設計了一套基于Windows RTX環(huán)境下的舵機控制系統，通過(guò)采集天平、陀螺儀、舵機、光電編碼器信號，分析飛機各主要部件的氣動(dòng)特性。該控制系統的主要功能包括：舵機控制軟件可以自動(dòng)完成對舵機的上電及解鎖操作；舵機響應可根據實(shí)際需要作出相應的模式選擇和參數設置；采集到的數據可做到實(shí)時(shí)界面顯示，用于現場(chǎng)實(shí)驗分析。

1 RTX實(shí)時(shí)模塊
在工業(yè)控制、航空航天等領(lǐng)域，對系統實(shí)時(shí)性有很高的要求。系統的事件響應如果不確定或超時(shí)，就可能會(huì )導致系統出錯，甚至崩潰，Windows系統很難滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性的要求。RTX正是應這一要求，利用Windows平臺提供的豐富的設備驅動(dòng)模型，通過(guò)定制硬件抽象層(HAL，Hardw are Abstraction Layer)，對Windows系統進(jìn)行了實(shí)時(shí)擴展。RTX使得系統具有較強的實(shí)時(shí)性，能在一個(gè)事先定義好的時(shí)間限制中對外部或內部的事件進(jìn)行響應和處理RTX是一個(gè)嵌入Windows的獨立實(shí)時(shí)系統，支持在Windows平臺下基于Visual Studio的實(shí)時(shí)應用程序開(kāi)發(fā)。RTX給開(kāi)發(fā)者提供了操作系統和實(shí)時(shí)性的最佳結合，既可以使用Windows的豐富資源和軟件開(kāi)發(fā)調試工具，又可以在一個(gè)獨立的控制子系統上實(shí)現硬實(shí)時(shí)。RTX Release7．1支持絕大部分的Microsoft操作系統，同時(shí)支持單處理器(Uniprocessor)、多處理器(Multi-processor)、移動(dòng)處理器(Mobile Processor)、超線(xiàn)程(Hyper-threading-enabled)，以及多核平臺(Multiple-core platform)。
文中基于RTX，在Windows平臺上實(shí)現了舵控仿真系統中高確定性和高速反應時(shí)間的應用部件和模塊與其它非實(shí)時(shí)應用部件的正常運行。

2 系統的硬件設計
該系統的構成如圖1所示。硬件系統包括上位機一工業(yè)控制計算、下位機-PXI機箱、位于PXI機箱中的PXI測試板卡、電源和顯示器構成，所有這些部件都組裝在一個(gè)雙聯(lián)測試機柜中。PXI測試板卡包括數字I／O板卡、A／D轉換卡、串口卡、RS422卡和PXI轉PCI套件。

3 軟件設計
為提高Windows下數據采集的實(shí)時(shí)性，又滿(mǎn)足舵機控制實(shí)時(shí)性的要求，舵機控制采用模塊化的設計，設計分為上下兩層，兩層之間需要共享內存進(jìn)行數據通信。軟件組成的結構體系如圖2所示。

RTX程序開(kāi)發(fā)平臺選擇VC6．0+Ardence RTX，RTX將開(kāi)發(fā)環(huán)境直接嵌入到用戶(hù)熟悉的VC6．0中，用RTX提供的向導即可生成RTX環(huán)境下的設備驅動(dòng)和應用程序，大大縮短了開(kāi)發(fā)周期。RTX和Windows運行在一臺計算機上，也節省了系統的硬件成本，提高了系統可靠性。