专利名称：基于fpga的片内分布式航空发动机电子控制器及控制方法
技术领域：
本发明涉及一种嵌入式电子控制器，具体的说一种基于FPGA的片内分布式航空 发动机电子控制器及控制方法。 随着科学技术的进步，尤其是电子技术的迅速发展和现代控制理论的日趋完善， 航空发动机的控制系统也产生了根本变化，从传统的机械液压控制系统发展到部分电子控 制系统直到目前的全权限数字电子式控制(FADEC)。采用FADEC带来的效益是明显的，例 如控制范围变大、控制精度提高、能够实现复杂的控制规律、提高了系统的可靠性，同时控 制系统的体积减小、重量减轻。当前航空发动机的FADEC系统普遍使用的是集中式双通道 冗余架构，其特点是系统软、硬件高度定制，传感器信号采集、处理、冗余管理、控制算法、 控制信号输出、故障诊断、隔离等任务都由单一的CPU完成，这种集中式控制系统的缺点如
下 (1)、数据采集、处理、控制算法等所有任务都有单一的CPU完成，该CPU的计算任
务相当繁重、软件复杂度急剧增加，软件系统的可靠性验证变得非常困难。 (2)、在单一CPU内运行的数据采集、处理、冗余管理、控制算法、故障诊断等软件
程序之间是高度关联的，设计定型后，任意局部的软件修改都可能导致很大一部分系统软
件的重新验证，这使得系统后期的升级、维护成本急剧增加。 (3)、所有的软件程序都是针对特定的发动机定制的，可重用性差，在设计新的发 动机控制系统时，所有的程序模块必须重新编写、验证，这降低了开发效率，增加了开发成 本。 目前航空发动机控制正朝着多变量、自适应、智能化、综合化、分布式、高可靠性等 方向发展。为了降低开发成本、提高开发效率，要求软、硬件具有高度的模块化和可重用 性，分布式控制系统正是为了满足这种需求而提出的，例如Bhal Tulpule等人在第43届 AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference&Exhibit上的论文"Vision for Next
Generation Modular Adaptive Generic Integrated Controls(MAGIC)For Military,
Commercial Turbine Engines"和黄金泉等人在《航空动力学报》第18巻第5期上的论文 "航空发动机分布式控制系统结构分析"都给出了航空发动机分布式控制系统的实现方案。 相对于集中式控制系统，分布式控制系统的软、硬件具有高度的模块化和重用性，这将极大 的提高开发效率，降低开发、维护成本。但是Bhal Tulpule和黄金泉给出的航发动机分布 式控制系统限于高温电子元器件、高可靠总线等关键技术的发展水平，目前还不具备实施 基于现场可编程门阵列FPGA (Field Programmable Gate Array)的可编程片上系 统SOPC(System On Programmable Chip)，或者说是基于大规模FPGA的单片系统代表了当 代嵌入式系统的发展方向。S0PC的设计技术是现代计算机辅助设计技术、EDA技术和大规
背景技术：
的条件。
4模集成电路技术高度发展的产物。SOPC技术的目标就是试图将尽可能大而完整的电子系 统，包括嵌入式处理器系统、接口系统、硬件协处理器或加速器系统、DSP系统、数字通信系 统、存储电路以及普通数字系统等，在单一FPGA中实现，使得所设计的电路系统在规模、可 靠性、体积、功耗、功能、性能指标、上市周期、开发成本、产品维护及其硬件升级等多方面实 现最优化。因此，基于FPGA的SOPC技术为航空发动机电子控制器的设计提供了一种高效、 高性能的解决方案。
发明内容
发明目的 本发明的目的是解决集中式航空发动机电子控制器设计时的软件高度定制、复杂 度大、可重用性差、并行实时任务开发困难、开发效率低等问题，提供一种基于FPGA的片内
分布式航空发动机电子控制器及控制方法。
技术方案 本发明为实现上述发明目的采用以下技术方案 本发明的基于FPGA的片内分布式航空发动机电子控制器，由输入信号接口电路、 FPGA芯片、输出信号接口电路依次连接组成，所述FPGA芯片内部包括同步串行总线DB、同 步时钟线CLK、同步控制线SC及通过这三根线互联的n个处理器模块、用于实时测量航空发 动机转速的超转保护逻辑模块、用于控制FPGA内部各个模块同步工作的同步控制逻辑模 块、用于转换FPGA内部同步串行总线和外部总线协议的总线协议转换逻辑模块，其中n代 表发动机传感器和执行机构的数量，n是自然数，3 < n < 20。 本发明的基于FPGA的片内分布式航空发动机电子控制器，FPGA内部嵌入的n个 处理器是独立运行的，每个处理器都有单独的程序空间ROM和数据空间RAM。这n个处理器 分别独立执行油门杆指令采集与处理、温度信号采集与处理、压力信号采集与处理、核心控 制算法、主燃油量小闭环控制、加力燃油量小闭环控制、尾喷管面积小闭环控制等任务。
本发明的基于FPGA的片内分布式航空发动机电子控制器，所述超转保护逻辑模 块用于实时测量航空发动机转速，当转速超过安全限制时，按照预定的安全模式控制发动 机转速远离安全边界。 本发明的基于FPGA的片内分布式航空发动机电子控制器，所述FPGA芯片内部的 同步控制逻辑模块是一个可以配置的高精度定制器，通过同步控制线SC控制FPGA芯片内 部的n个处理器模块、超转保护逻辑模块、总线协议转换逻辑模块按照预定的时间间隔Tl， 即主回路控制步长同步运行。 本发明的的基于FPGA的片内分布式航空发动机电子控制器，所述FPGA芯片内部 的总线协议转换逻辑模块用于FPGA芯片内部同步串行总线和外部总线之间的协议转换， 外部总线用于和发动机冗余控制器通道、飞行控制系统进行通信。 本发明的基于FPGA的片内分布式航空发动机电子控制器，所述n个处理器中用于 主燃油量小闭环控制、加力燃油量小闭环控制、尾喷管面积小闭环控制任务的处理器内部 还包含一个高精度定制器，其定时间隔T2是同步控制逻辑模块定时间隔Tl的1/4。
此外，本发明还提供一种基于FPGA的片内分布式航空发动机电子控制器的控制 方法，每当同步控制信号SC有效时，所述FPGA内部的n个处理器模块、超转保护逻辑模块、同步控制逻辑模块和总线协议转换逻辑模块按照以下的步骤完成对航空发动机的控制任 务，包括以下步骤 a)同步控制逻辑按照预设的时间间隔Tl重复产生有效的同步控制信号SC ;
b)检测到有效的同步控制信号SC后，各个处理器分别完成油门杆信号的采集与 处理； c)检测到有效的同步控制信号SC后，各个处理器分别完成温度、压力信号的采 集、线性化、量纲转换、故障诊断与隔离等任务； d)检测到有效的同步控制信号SC后，超转保护逻辑模块测量当前发动机转速；
e)检测到有效的同步控制信号SC后，总线协议转换逻辑从飞行控制系统获得大 气数据信息； f)上述采集到的油门杆、压力、温度、转速、大气数据信息依次通过同步串行总线 DB发送到负责核心控制算法的核心处理。 g)核心处理器根据当前发动机的转速、温度、压力、大气数据信息及油门杆参考指 令，按照预定的控制模式核计算发动机的主燃油量、加力燃油量和尾喷口面积等输出控制 量，并将这些输出控制量发送到同步串行总线DB上； h)用于小闭环控制的各个处理器通过同步串行总线DB接收核心处理器输出的控 制量，按照预定的控制模式分别完成对主燃油流量、加力燃油流量、尾喷管面积的小闭环控 制任务。 有益效果 (1)、在集中式控制器中由单个处理器完成的数据采集、控制算法、小闭环控制等 复杂任务，采用本发明后由多个处理器共同完成，这将降低控制软件的复杂度、简化了并行 实时软件任务的开发，并使软件验证变得相对容易。 (2)、本发明对系统控制软件按照数据采集、控制算法、小闭环控制等功能进行了 分解，分别由独立的处理器完成，而这几部分是相对独立的软件模块，这些软件模块的开发 可以由多个软件开发人员同时进行，提高了开发效率。 (3)、本发明对系统控制软件按照数据采集、控制算法、小闭环控制等功能进行了 分解，分别由独立的处理器执行，对任意一个软件模块的修改并不影响其他软件模块，这将 降低使用过程中的软件维护、升级费用。 (4)、本发明的数据采集、小闭环控制等软件模块是在独立的处理器上运行的，并 且和发动机相关性不大。在设计新的发动机控制系统时，这些原先设计的、经过验证的软件 模块可以重复使用，提高了新系统的开发效率、降低了开发成本。
附图1是基于FPGA的片内分布式航空发动机电子控制器结构示意图。 附图2是基于本发明的双轴涡喷发动机数字控制系统原理图。 附图3是同步串行总线终端结构框图。 附图4是同步串行总线的数据帧结构图。 附图5是总线协议转换逻辑结构框图。 附图6是基于FPGA的片内分布式航空发动机电子控制器的控制流程图。
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具体实施例方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明 对照附图1所示的本发明结构框图，包括输入接口电路2、一片FPGA1和输出接口 电路3，其中输入信号接口电路2和输出号接口电路3的设计方法是控制系统技术人员熟知 的技术领域，本实施例仅给出FPGA内部的分布式处理结构的设计过程及该控制器的控制 方法，下面给出本发明的实现步骤。 —种基于FPGA的片内分布式航空发动机电子控制器，其完成是包括以下步骤
(1)、在一片FPGA内部嵌入n个独立运行的处理器，并在FPGA内部为每个处理器 分别定制程序存储空间ROM和程序运行空间RAM,每个处理器都具有和同步串行总线DB、同 步时钟CLK的接口，可根据需求为处理器添加P丽输出、定时器、通用1/0等外设。
(2)、在处理器1中采用C语言实现发动机进口温度的信号采集、线性化、量纲转 换、故障诊断与隔离等功能；在处理器2中采用C语言实现低压涡轮出口温度信号的采集、 线性化、量纲转换、故障诊断与隔离等功能；在处理器3中采用C语言实现高压涡轮出口压 力信号的采集、线性化、量纲转换、故障诊断与隔离等功能；在处理器4中采用C语言编程将 油门杆参考信号转换为发动机的参考状态；在处理器5中采用C语言实现核心控制算法和 一些简单的开关量输入、输出功能；在处理器6中采用C语言实现主燃油量小闭环控制；在 处理器7中采用C语言实现加力燃油量小闭环控制；在处理器8中采用C语言实现尾喷管 面积小闭环控制；上述处理器6、7、8中都内置一个定时间隔为T2(小闭环的控制步长)的 高精度定制器。不同类型的发动机和控制模式对传感器、执行机构的要求各不相同，需要定 制的处理器核的数目也就各不相同，需根据实际情况确定。 (3)、同步串行总线由双向数据线DB和同步时钟线CLK组成，其中CLK信号由总线 协议转换逻辑产生，周期为T3可以由用户配置。总线空闲时DB默认状态是高电平"1"，任 何模块发送数据前首先将DB线拉为低电平"0"，并持续时间T4(T4〉二 10*T3)作为总线请 求信号，同时告知其它模块总线将要传输数据。同步串行总线在任意时刻只能接受一个模 块的数据发送请求，而其它未发送数据的模块都可以接收总线上的数据，总线上各个模块 发送数据的顺序需预先设定。 (4)、采用硬件描述语言VHDL/Verilog，在FPGA内部实现超转保护逻辑。该逻辑实 时监测发动机的高压压气机转速，当转速超过安全限制时，该逻辑模块按照预设的安全保 护模式控制发动机远离安全转速边界。 (5)、采用硬件描述语言VHDL/Verilog，在FPGA内部实现同步控制逻辑，该逻辑是 一个可以配置的高精度定制器，通过同步控制信号线SC控制FPGA内部的n个处理器、超转 保护逻辑，总线协议转换逻辑按照预定的时间间隔Tl (主回路控制步长)同步运行。
(6)、采用硬件描述语言VHDL/Verilog在FPGA、内部实现总线协议转换逻辑，该逻 辑主要实现FPGA内部的串行同步总线DB和外部总线的协议转换，外部总线与发动机冗余 控制通道、飞行控制系统通信。 (7)、在FPGA内部将上述定制的n个处理器模块、同步控制逻辑模块、超转保护逻 辑模块和总线协议转换逻辑模块通过同步串行总线DB和同步时钟CLK互联，并为每个模块 分配唯一的总线地址。
实施例一 本实施例以某型涡喷发动机数字控制系统为例，附图2为系统框图，包括传感器、 基于FPGA的片内分布式航空发动机电子控制器、执行机构、供油装置、油泵及作为被控对 象的双轴涡轮喷气发动机。该发动机数字控制系统的输入参数包括压气机进口温度T2、 压力P2，低压压气机转速Nl，低压压气机出口压力P2. 5，高压压气机转速Nh，高压压气机出 口压力P3，低压涡轮出口温度T5、压力P5，尾喷管液压作动筒位移Lpl，反映主燃油流量的 位置信号Lp2，反映加力燃油流量的位置信号Lp3，油门杆位置输入。输出参数包括主燃油 量控制信号qmf，加力燃油量控制信号qm， faf，尾喷口面积控制信号A8。
附图2中的基于FPGA的片内分布式航空发动机电子控制器的详细结构如附图1 所示，包括输入信号接口电路2、一片基于SRAM架构的FPGA及配套外围电路、输入信号接 口电路3。其中输入信号接口电路2、输出信号接口电路3的设计方法，及发动机的控制模 式、软件编程等都是控制系统技术人员熟知的技术领域，本实施例仅给出FPGA内部的分布 式处理结构的设计过程及该控制器的控制方法。 —种基于FPGA的片内分布式航空发动机电子控制器，其实施是包括以下步骤
(1)、在FPGA内部嵌入n个处理器。 本实施例选用的FPGA为Altera公司的基于SRAM架构的Cyclone II系列的 EP2C35F672C6。基于该公司的FPGA的开发软件Quartus II和S0PC开发平台SOPCBulider， 根据本实施例的双轴涡轮喷气发动机的控制系统需求，在EP2C35F672C6中嵌入了 11个 NI0S II处理器。NI0S II是一种嵌入式软核处理器，分为快速型、经济性和标准型。快速 型追求最高的性能，经济型具有最低的资源占用，而标准型在性能和资源占用之间做了一 个平衡。本实施例选用1个快速型的NI0S 1I作为核心处理器运行核心控制算法，3个标准
型的nios n用于小闭环控制，7个经济型的Nios n用于油门杆、压力、温度信号的采集与
处理。这些处理器的功能分别是 经济型处理器1 :该处理器执行压气机进口温度T2的信号采集、线性化、故障诊 断、隔离、量纲转换等任务，并将采集到的有效数据通过同步串行总线DB发送到运行核心 控制算法的核心处理器8。 经济型处理器2 :该处理器执行压气机进口压力P2的信号采集、线性化、故障诊 断、隔离、量纲转换等任务，并将采集到的有效数据通过同步串行总线DB发送到运行核心 控制算法的核心处理器8。 经济型处理器3 :该处理器执行低压压气机出口压力P2. 5的信号采集、线性化、故 障诊断、隔离、量纲转换等任务，并将采集到的有效数据通过同步串行总线DB发送到运行 核心控制算法的核心处理器8。 经济型处理器4 :该处理器执行高压压气机出口压力P3的信号采集、线性化、故障 诊断、隔离、量纲转换等任务，并将采集到的有效数据通过同步串行总线DB发送到运行核 心控制算法的核心处理器8。 经济型处理器5 :该处理器执行低压涡轮出口温度T5的信号采集、线性化、故障诊 断、隔离、量纲转换等任务，并将采集到的有效数据通过同步串行总线DB发送到运行核心 控制算法的核心处理器8。 经济型处理器6 :该处理器执行低压涡轮出口压力P5的信号采集、线性化、故障诊
8断、隔离、量纲转换等任务，并将采集到的有效数据通过同步串行总线DB发送到运行核心 控制算法的核心处理器8。 经济型处理器7:该处理器执行油门杆信号采集与转换等任务，并将采集到的有
效数据通过同步串行总线DB发送到运行核心控制算法的核心处理器8。 核心处理器8 :核心处理器8是一个快速型的NI0S II处理器，该处理器通过同步
串行总线DB接收发动机温度、压力、转速信号(由附图1中的超转保护逻辑测量)和油门
杆指令，按照预定的控制模式(PID控制算法、控制步长为20ms)计算输出主燃油量qm,f，加
力燃油量qm,faf，尾喷口面积A8，并将这些数据发送到同步串行总线DB上。 标准型处理器9 :该处理器在同步串行总线DB上接收由核心处理器8发出的主
燃油流量指令qm, f作为参考输入，并采集表征主燃油泵流量的位移Lp2形成局部闭环控制
(PID控制算法，控制步长为5ms)，提高系统稳定性和动态品质。 标准型处理器10 :该处理器在同步串行总线DB上接收由核心处理器8发出的加 力燃油流量指令qm,faf作为参考输入，并采集表征加力燃油泵流量的位移Lp3形成局部闭环 控制(PID控制算法，控制步长为5ms)，提高系统稳定性和动态品质。 标准型处理器11 :该处理器在同步串行总线DB上接收由核心处理器8发出的尾 喷口面积控制指令A8作为参考输入，并采表征尾喷口面积的位移量Lpl形成局部闭环控制 (PID控制算法，控制步长为5ms)，提高系统稳定性和动态品质。
(2)、定制同步串行总线接口 如附图3所示的同步串行总线接口框图，包括总线终端控制器、接收FIF0、发送 FIFO，两个FIFO的宽度为16位，深度为8。发送数据的帧格式附图4所示，数据校验采用简 单的求和校验。总线终端控制器在发送数据时读取发送FIFO缓存的数据，并进行并/串转 换、时钟信号边沿检测，在时钟信号CLK的下降沿将数据发送到总线DB上。总线终端控制 器在接收数据时检测时钟信号CLK的边沿，并在CLK的上升沿读取数据总线DB上的数据， 进行串/并转换后放入接收缓存FIFO。本模块采用硬件描述语言Verilog设计，设计过程 是嵌入式系统技术人员熟知的技术领域，这里不做详细介绍。
(3)、定制超转保护逻辑 超转保护逻辑用于监测发动机的低压转子、高压转子转速Nl和Nh，其原理是采用 系统高频时钟(50Mhz)对转速传感器发出的转速脉冲信号进行边沿检测，并测量两个相同 边沿的之间的时间间隔，进而得到发动机转速。当该模块发现高压转子转速Nh超过预设的 安全限制时，按照预定的安全模式控制发动机远离转速安全边界。本模块采用硬件描述语 言Verilog设计，设计过程是嵌入式系统技术人员熟知的技术领域，这里不做详细介绍。
(4)、定制同步控制逻辑 同步控制逻辑是一个可以通过同步串行总线(DB)配置的高精度定时器，该逻辑 对系统时钟(50Mhz)进行分频，得到控制系统的控制步长20ms。每隔20ms同步控制逻辑通 过同步控制信号线SC向11个处理器模块、超转保护逻辑模块、总线协议转换逻辑模块发送 一个同步脉冲信号控制各个模块的同步工作。本模块采用硬件描述语言Verilog设计，设 计过程是嵌入式系统技术人员熟知的技术领域，这里不做详细介绍。
(5)、定制总线转换逻辑 如附图5所示的总线协议转换逻辑模块的结构框图，该模块实现内部串行同步总
9线到外部总线UART的协议转换。本模块采用硬件描述语言Verilog设计，设计过程是嵌入
式系统技术人员熟知的技术领域，这里不做详细介绍。 (6)、片内系统互连 最后，将上述定制的11个处理器模块、超转保护逻辑模块、同步控制逻辑模块、总 线协议转换逻辑模块通过同步串行总线DB和同步时钟CLK互联，并为每个模块分配唯一的 总线地址，确定各个模块在总线上发送数据的顺序，依次是处理器1， 2， 3， 4， 5， 6， 7，超转 保护逻辑发送转速信息，总线协议转换逻辑发送大气数据信息，处理器8发送控制量。
—种基于FPGA的片内分布式航空发动机电子控制器的控制方法，对照附图6，其 实施是包括以下步骤 (1)同步控制逻辑按照预设的时间间隔20ms重复产生有效的同步控制信号SC ;
(2)检测到有效的同步控制信号SC后，经济型处理器7完成油门杆信号的采集与 处理任务； (3)检测到有效的同步控制信号SC后，经济型处理器1、2、3、4、5、6分别完成发动
机各个截面温度、压力信号的采集、线性化、量纲转换、故障诊断与隔离等任务； (4)检测到有效的同步控制信号SC后，超转保护逻辑模块测量当前发动机转速； (5)检测到有效的同步控制信号SC后，总线协议转换逻辑从飞行控制系统获得大
气数据信； (6)上述采集到的油门杆、压力、温度、转速、大气数据信息按照预设的顺序通过同 步串行总线DB发送到负责核心控制算法的核心型处理器8。 (7)核心型处理器8根据当前发动机的转速、温度、压力、大气数据信息及油门杆
参考指令，按照预定的控制模式核计算发动机的主燃油量、加力燃油量和尾喷口面积等输 出控制量，并将这些输出控制量发送到同步串行总线DB上； (8)用于小闭环控制的标准型处理器9、10、11通过同步串行总线DB接收核心处理 器8输出的控制量，按照预定的控制模式分别完成对主燃油流量、加力燃油流量、尾喷管面 积的小闭环控制任务。 上述的1、2、3、4、5、6、7、8是一个完整控制步长的控制步骤，每当同步控制信号SC 有效时，控制器都按照1 、 2 、 3 、 4、 5 、 6 、 7 、 8描述的步骤完成控制任务。
权利要求
一种基于FPGA的片内分布式航空发动机电子控制器，由输入信号接口电路(2)、FPGA芯片(1)、输出信号接口电路(3)依次连接组成，其特征在于所述FPGA芯片内部包括同步串行总线(DB)、同步时钟线(CLK)、同步控制线(SC)及通过这三根线互联的n个处理器模块、用于实时测量航空发动机转速的超转保护逻辑模块、用于控制FPGA内部各个模块同步工作的同步控制逻辑模块、用于转换FPGA内部同步串行总线和外部总线协议的总线协议转换逻辑模块；其中，n是自然数，3＜n＜20。
2. 根据权利要求1所述的基于FPGA的片内分布式航空发动机电子控制器，其特征在 于FPGA内部嵌入的n个处理器是独立运行的，每个处理器都有单独的程序空间ROM和数 据空间RAM ;所述n个处理器分别独立执行油门杆指令采集与处理、温度信号采集与处理、 压力信号采集与处理、核心控制算法、主燃油量小闭环控制、加力燃油量小闭环控制、尾喷 管面积小闭环控制等任务。
3 根据权利要求1所述的基于FPGA的片内分布式航空发动机电子控制器，其特征在 于所述超转保护逻辑模块用于实时测量航空发动机转速，当转速超过安全限制时，按照预 定的安全模式控制发动机转速远离安全边界。
4 根据权利要求1所述的基于FPGA的片内分布式航空发动机电子控制器，其特征在 于所述FPGA芯片内部的同步控制逻辑模块是一个可以配置的高精度定制器，通过同步控 制线(SC)控制FPGA芯片内部的n个处理器模块、超转保护逻辑模块、总线协议转换逻辑模 块按照预定的时间间隔Tl，即主回路控制步长同步运行。
5. 根据权利要求1所述的基于FPGA的片内分布式航空发动机电子控制器，其特征在 于所述FPGA芯片内部的总线协议转换逻辑模块用于FPGA芯片内部同步串行总线和外部 总线之间的协议转换，外部总线用于和发动机冗余控制器通道、飞行控制系统进行通信。
6. 根据权利要求2所述的基于FPGA的片内分布式航空发动机电子控制器，其特征在 于所述n个处理器中用于主燃油量小闭环控制、加力燃油量小闭环控制、尾喷管面积小闭 环控制任务的处理器内部还包含一个高精度定制器，其定时间隔T2是同步控制逻辑模块 定时间隔T1的1/4。
7. —种基于权利要求1至6任一权利要求所述的基于FPGA的片内分布式航空发动机 电子控制器的控制方法，其特征在于每当同步控制信号SC有效时，所述FPGA内部的n个 处理器模块、超转保护逻辑模块、同步控制逻辑模块和总线协议转换逻辑模块按照以下的 步骤完成对航空发动机的控制任务a) 同步控制逻辑按照预设的时间间隔Tl重复产生有效的同步控制信号SC ;b) 检测到有效的同步控制信号SC后，各个处理器分别完成油门杆信号的采集与处理；c) 检测到有效的同步控制信号SC后，各个处理器分别完成温度、压力信号的采集、线 性化、量纲转换、故障诊断与隔离等任务；d) 检测到有效的同步控制信号SC后，超转保护逻辑模块测量当前发动机转速；e) 检测到有效的同步控制信号SC后，总线协议转换逻辑从飞行控制系统获得大气数 据信息；f) 上述采集到的油门杆信号、压力信号、温度信号、发动机转速、大气数据信息依次通 过同步串行总线DB发送到负责核心控制算法的处理器；g) 核心处理器根据当前发动机的转速、温度、压力、大气数据信息及油门杆参考指令，按照预定的控制模式核计算发动机的主燃油量、加力燃油量和尾喷口面积等输出控制量，并将这些输出控制量发送到同步串行总线DB上；h)用于小闭环控制的各个处理器通过同步串行总线DB接收核心处理器输出的控制量，按照预定的控制模式分别完成对主燃油流量、加力燃油流量、尾喷管面积的小闭环控制任务。
全文摘要
本发明提供一种基于FPGA的片内分布式航空发动机电子控制器及控制方法，属于发动机控制技术领域。本发明包括输入信号接口电路(2)、FPGA芯片(1)、输出信号接口电路(3)，FPGA芯片内部包括同步串行总线DB、同步时钟线CLK、同步控制线SC及通过这三根线互联的具有独立的数据空间RAM和程序空间ROM的n个处理器模块、用于控制FPGA内部各个模块同步工作的同步控制逻辑模块、用于发动机转速监测的超转保护逻辑模块、用于转换FPGA内部同步串行总线和外部总线协议的总线协议转换逻辑模块。本发明由FPGA内部的n个处理器和多个逻辑模块共同完成对航空发动机的控制，解决了基于传统处理器的电子控制器软件高度定制、可重用性差、并行实时任务开发困难的问题。
文档编号F02C9/00GK101705872SQ20091021307
公开日2010年5月12日 申请日期2009年11月10日 优先权日2009年11月10日
发明者于兵, 刘冬冬, 张天宏, 陈建, 黄向华 申请人:南京航空航天大学