基于dsp+fpga的飞机刹车系统防滑刹车控制盒的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于DSP+FPGA的飞机刹车系统防滑刹车控制盒，用于解决现有基于DSP的飞机防滑刹车控制器控制精度差的技术问题。技术方案是控制盒包括电源板、控制板和监控板三部分。控制板和监控板采用高性能的DSP+FPGA为控制核心，将DSP的复杂控制运算能力与FPGA的高效数据处理能力相结合，减少板子中分立元件的个数，进而减少刹车控制盒中的板子数；提高系统运算速度，控制精度高。实现了飞机防滑刹车控制器的集成化和模块化，系统的可靠性更高。本发明将DSP的复杂控制运算能力与FPGA的高效数据处理能力相结合，提高了系统运算速度和控制精度，控制精度由【背景技术】的1%提高到5‰。
【专利说明】基于DSP+FPGA的飞机刹车系统防滑刹车控制盒
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种飞机刹车系统防滑刹车控制盒，特别是涉及一种基于DSP+FPGA的飞机刹车系统防滑刹车控制盒。
【背景技术】
[0002]机轮刹车系统是飞机中关键的执行机构，是关系到整机安全的核心系统，因此刹车控制系统的性能和可靠性至关重要。针对复杂的刹车系统需要进行完善其功能，以提高其控制精度是至关重要的。
[0003]参照图1。文献“《基于DSP的飞机防滑刹车控制器的研究和设计》西北工业大学硕士学位论文2006年”公开了一种基于DSP的飞机防滑刹车控制器。其控制盒使用单片机或DSP作为控制核心，其优势在于改变原有模拟控制盒体积较大、重量重的缺点，但还是存在板子多，控制精度仅为1%。此种防滑控制盒其单片机或DSP既要做数据采集，又要做控制算法，占用较大内存空间，进而影响采集和控制精度。而且此种单片机或DSP作为控制核心的防滑刹车控制盒，外围需要大量的数字芯片来完成数字处理和逻辑功能，进而板子多，不同型号的板子复用性不高，也就是根据不同型号的功能要求需重新设计刹车控制盒硬件结构，大大降低了产品研制的周期。
[0004]传统的防滑刹车控制单元接收刹车指令传感器的信号、刹车选择开关信号和飞机其它系统的相关信号，用于飞机刹车控制系统的状态判断并进行刹车计算；接收机轮速度传感器的信号进行防滑计算，根据防滑刹车的计算结果，刹车控制单元输出对应的信号给切断阀进行开、关切断阀控制，输出对应的电流信号给控制阀的线圈使其输出必要的刹车压力，从而实现刹车系统的防滑刹车控制。
[0005]而当前先进飞机的发展趋势，对飞机设计提出了系统集成，高可靠性的要求。为满足这些要求，不仅要求采用数字化，而且要求采用集成化更高，模块化，可靠性更强的产品。
【发明内容】
[0006]为了克服现有基于DSP的飞机防滑刹车控制器控制精度差的不足，本发明提供一种基于DSP+FPGA的飞机刹车系统防滑刹车控制盒。该控制盒包括电源板、控制板和监控板三部分。控制板和监控板采用高性能的DSP+FPGA为控制核心，将DSP的复杂控制运算能力与FPGA的高效数据处理能力相结合，减少板子中分立元件的个数，进而减少刹车控制盒中的板子数；提高系统运算速度，控制精度高。实现了飞机防滑刹车控制器的集成化和模块化，系统的可靠性更高。
[0007]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种基于DSP+FPGA的飞机刹车系统防滑刹车控制盒，其特点是包括电源板、控制板和监控板。电源板为控制板和监控板提供+15V、+5V和-15工作电压，为控制芯片FPGA和控制芯片DSP内核提供2.5V、1.8V和3.3V工作电压。监控板由控制芯片DSP和控制芯片FPGA器件组成，控制芯片FPGA将采集的指令传感器信号、轮速传感器故障信号、阀门故障信号、电源故障信号、起落架信号、轮载信号、切断阀故障信号、自动刹车信号和自动刹车线圈故障信号处理后传给控制芯片DSP，控制芯片DSP与控制板通过RS422收发模块通信，获取压力信号和速度频率信号，控制芯片DSP将接收的信号进行综合故障判断后，将故障信息通过RS422收发模块发给控制板。控制板由控制芯片DSP和控制芯片FPGA组成，控制芯片FPGA将采集的压力信号和速度频率信号处理后传给控制芯片DSP，控制芯片DSP通过RS422收发模块通信，获取故障信号，并将接收到的故障信号、压力信号和速度频率信号进行综合后通过经典PID控制算法，输出控制信号给控制芯片FPGA，最终通过控制芯片FPGA完成对切断阀和伺服阀的控制。
[0008]本发明的有益效果是:该控制盒包括电源板、控制板和监控板三部分。控制板和监控板采用高性能的DSP+FPGA为控制核心，将DSP的复杂控制运算能力与FPGA的高效数据处理能力相结合，减少板子中分立元件的个数，进而减少刹车控制盒中的板子数；提高系统运算速度，控制精度高。实现了飞机防滑刹车控制器的集成化和模块化，系统的可靠性更高。本发明把硬件电路转换为用硬件描述语言的软件编程的方法，减少了电路的数量，提高了电路的可靠性，降低成本，提高控制盒的可复用性。实现了飞机防滑刹车控制器的集成化和模块化，可作为一个独立的控制模块集成到飞机飞控辅助控制器中，可进行数字化的防滑刹车控制，且比原有的防滑刹车控制盒显著提升刹车性能，节省了重量和安装空间，具有更高的可靠性安全性。将DSP的复杂控制运算能力与FPGA的高效数据处理能力相结合，提高了系统运算速度和控制精度，控制精度由【背景技术】的1%提高到5%。。
[0009]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作详细说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是【背景技术】基于DSP的飞机防滑刹车控制器的研究和设计的方框图。
[0011]图2是本发明基于DSP+FPGA的飞机刹车系统防滑刹车控制盒电源板的方框图。
[0012]图3是本发明基于DSP+FPGA的飞机刹车系统防滑刹车控制盒控制板的方框图。
[0013]图4是本发明基于DSP+FPGA的飞机刹车系统防滑刹车控制盒监控板的方框图。
【具体实施方式】
[0014]参照图2-4。本发明基于DSP+FPGA的飞机刹车系统防滑刹车控制盒包括电源板、控制板和监控板。电源板为控制板和监控板提供+15V、+5V和-15工作电压，为FPGA和DSP内核提供2.5V、1.8V和3.3V工作电压。
[0015]监控板由控制芯片DSP最小系统与FPGA器件组成，FPGA主要的功能是将采集的信号处理后传给DSP，这些信号包括指令传感器信号、轮速传感器故障信号、阀门故障信号、电源故障信号、起落架信号、轮载信号、切断阀故障信号、自动刹车信号，自动刹车线圈故障信号，并与控制板通过RS422收发模块通信，获取压力信号，速度频率信号，DSP对这些信号进行综合故障判断后，将故障信息通过RS422收发模块发给控制板。FPGA能够在硬件上快速实现上述功能，有效地分担了 DSP的运算压力，为控制算法的执行节省了处理器资源。
[0016]控制板由控制芯片DSP最小系统与FPGA器件组成，FPGA主要的功能是将采集的信号处理后传给DSP，这些信号包括压力信号和速度频率信号的采集，DSP通过RS422收发模块通信，获取故障信号，并将接收到的故障信号和压力信号和速度频率信号进行综合后通过经典PID控制算法，输出控制信号给FPGA，最终通过FPGA完成对切断阀和伺服阀的控制。FPGA能够在硬件上快速实现上述功能，有效地分担了 DSP的运算压力，为控制算法的执行节省了处理器资源。
[0017]本DSP+FPGA的飞机刹车系统的防滑刹车控制盒用在FPGA硬件描述的方法减少原控制盒中的大部分数字芯片(如CPLD，门电路，触发器等)，这种方式减少刹车控制盒中分立元件的个数，进而减少板子数；而且把硬件电路转换为用硬件描述语言的软件编程的方法，减少了电路的数量，提高了电路的可靠性，降低成本，提高控制盒的可复用性。
[0018]实现了飞机防滑刹车控制器的集成化和模块化，可作为一个独立的控制模块集成到飞机飞控辅助控制器中，可进行数字化的防滑刹车控制，且比原有的防滑刹车控制盒显著提升刹车性能，节省了重量和安装空间，具有更高的可靠性安全性。
[0019]将DSP的复杂控制运算能力与FPGA的高效数据处理能力相结合，提高系统运算速度，控制精度高。控制精度由【背景技术】的1%提高到5%。。
【权利要求】
1.一种基于DSP+FPGA的飞机刹车系统防滑刹车控制盒，其特征在于:包括电源板、控制板和监控板；电源板为控制板和监控板提供+15V、+5V和-15工作电压，为控制芯片FPGA和控制芯片DSP内核提供2.5V、1.8V和3.3V工作电压；监控板由控制芯片DSP和控制芯片FPGA器件组成，控制芯片FPGA将采集的指令传感器信号、轮速传感器故障信号、阀门故障信号、电源故障信号、起落架信号、轮载信号、切断阀故障信号、自动刹车信号和自动刹车线圈故障信号处理后传给控制芯片DSP，控制芯片DSP与控制板通过RS422收发模块通信，获取压力信号和速度频率信号，控制芯片DSP将接收的信号进行综合故障判断后，将故障信息通过RS422收发模块发给控制板；控制板由控制芯片DSP和控制芯片FPGA组成，控制芯片FPGA将采集的压力信号和速度频率信号处理后传给控制芯片DSP，控制芯片DSP通过RS422收发模块通信，获取故障信号，并将接收到的故障信号、压力信号和速度频率信号进行综合后通过经典PID控制算法，输出控制信号给控制芯片FPGA，最终通过控制芯片FPGA完成对切断阀和伺服阀的控制。
【文档编号】B64C25/46GK103640693SQ201310644010
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年12月2日 优先权日:2013年12月2日
【发明者】王波, 孙倩, 王红玲, 周宏博, 谷鸣, 刘文亮, 孙周 申请人:西安航空制动科技有限公司