基于RTW和VxWorks的飞控系统仿真实验平台研究

陈怀民+吴凯+程鹏飞+段晓军

摘 要： 采用高效快速的仿真实验平台构建方法可以大大提高仿真试验效率，利用Real?Time Workshop的自动代码生成功能和外部调试模式，可将Simulink环境下的飞机动力学仿真模型和利用[S]函数功能封装的控制率模型自动转换为在嵌入式操作系统中运行的仿真代码，利用该研究方法可在较短时间内完成对仿真实验平台的构建。采用本平台使整个研制过程难度和工作量大大地降低，并且具有在线调参和数据监控功能。与传统仿真实验方法相比，仿真实时性更接近真实飞行下的状态。

关键词： RTW； VxWorks； 飞控系统； 实时仿真； 在线调参

中图分类号： TN964?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）13?0105?03

Research on RTW and VxWorks based simulation experiment

platform for flight control system

CHEN Huai?min， WU Kai， CHENG Peng?fei， DUAN Xiao?jun

（Laboratory of UAV Science and Technology， Northwestern Polytechnical University， Xian 710065， China）

Abstract： A new real?time simulation method based on Matlab/RTW （real?time workshop） and VxWorks real?time operation system is introduced in this paper. The aircraft dynamics simulation model in Simulink environment and control rate model packaged with S function can be automatically converted to the simulation code running in embedded operation system by means of the code auto?generating function and external debugging mode. With this method， the simulation experiment platform can be constructed in a short time. The platform can reduce the difficulty and workload in the whole development process significantly. It has the functions of on?line parameter debugging and data monitoring. Compared with traditional method， the simulation real?time performance of this way is much closer to the real state of airplane. The reliability of this platform was demonstrated by comparing simulation data with real flight data.

Keywords： RTW； VxWorks； flight control system； real?time simulation； on?line parameter debugging

0 引 言

飞控系统仿真工作是飞控系统设计工作的重要辅助手段。在系统设计初期进行数学仿真研究，对飞机运动特性需要进行详细分析，建立飞机的数学仿真模型，检验飞控系统的功能是否符合要求。数字仿真的目的是方便快速地得到初步设计结果，能够很好地指导系统设计工作的进行。

由于对飞控系统仿真实验的实时性要求很高，单纯在Matlab/Simulink下进行的仿真不能够完全满足仿真实时性的要求，本实验平台采用VxWorks操作系统作为软件代码运行环境，完全可以满足系统对仿真实时性的要求，采用RTW自动代码生成功能可以大大减少仿真软件的开发工作量，避免手工编码引入的错误，缩短仿真试验平台的开发周期[1?3]。

1 基于RTW和VxWorks的仿真实验

RTW是Matlab图形建模和仿真环境Simulink的一个重要补充功能模块，它是一个基于Simulink的代码自动生成环境，它能够直接从Simulink的模型中产生优化的、可移植的和个性化的代码，并根据目标配置自动生成多种环境下的程序，利用它可以加速仿真过程，生成可以在不同的快速原型化实时目标下运行的程序。RTW十分适合用于加速仿真过程、快速原型化、形成完善的实时仿真解决途径和生成产品级嵌入式实时应用程序，使用RTW进行实时硬件的设计测试，用户可以缩短开发周期，降低成本[4]。

VxWorks是专门为实时嵌入式系统设计开发的操作系统软件，为程序员提供了高效的实时任务调度、中断管理、实时的系统资源以及实时的任务间通信[5]。VxWorks从1983年设计成功以来，已经经过广泛的验证，成功地应用在航空、航天、舰船、通信、医疗等关键领域。该操作系统具有良好的持续发展能力、高性能内核以及友好的用户开发环境使其在嵌入式实时操作系统领域处于领先地位。

Tornado集成开发环境是嵌入式实时领域中最新一代的开发调试环境，是实现嵌入式应用程序的完整的软件开发平台，是开发调试VxWorks系统不可缺少的组成部分[5]。它是集成了编辑器、编译器、调试器于一体的窗口环境，给嵌入式系统开发人员提供了一个不受目标机限制的开发调试界面。它使用Target Server?Agent模式来建立主机和目标机之间的交叉开发环境，解决了交叉开发环境中诸如有限的调试通信信道，有限的目标机资源等问题。这种模式使所有主机工具可以用于目标机，而不必考虑目标机的资源和通信机制。