飛行控制系統(tǒng)數字化設計頂層建模與模型集成技術研究.pdf

1、“飛行控制系統(tǒng)數字化設計”是“飛機數字化工程”的重要組成部分，其目標是提出一種飛控系統(tǒng)數字化設計方法，以提高飛控系統(tǒng)設計效率、設計質量并降低設計成本。針對上述目標，本文對飛控系統(tǒng)數字化設計中的設計環(huán)境構建、頂層建模方法和多領域模型集成方法三項關鍵技術開展深入研究。
　　論文首先闡述了飛控系統(tǒng)數字化設計的概念和內涵。提出了包含頂層建模、領域建模與模型封裝、多領域模型集成以及跨層次模型調度的飛控系統(tǒng)數字化設計方法。并根據數字化設計方法

2、，確立了包含需求分析、頂層建模、領域模型設計、領域模型封裝、多領域模型集成、虛擬樣機集成和虛擬樣機交付七個步驟的數字化開發(fā)流程。
　　深入研究飛控系統(tǒng)數字化設計頂層建模方法。為了在方案論證階段就對飛控系統(tǒng)進行數字建模與仿真分析驗證，提出了模塊—功能—行為—結構框架下基于SysML Profile的飛控系統(tǒng)頂層建模方法。其次，在抽象出多種領域模型共性的基礎上，研究了基于SysML“l(fā)ight-weight”擴展機制的原子模型和耦合模

3、型構建方法，并對原子模型和耦合模型進行形式化定義。然后，依據建立的原子模型和耦合模型，研究了飛控系統(tǒng)頂層靜態(tài)結構建模方法和動態(tài)行為建模方法。最后研究了通過事件流和數據信息流對頂層模型中的原子模型和耦合模型進行層次化調度的方法。頂層建模方法可以在系統(tǒng)方案論證消除設計中的邏輯錯誤，避免到設計后期才發(fā)現(xiàn)由于邏輯錯誤而造成循環(huán)設計。
　　深入研究飛行控制系統(tǒng)領域層的多領域模型集成方法。首先針對飛控系統(tǒng)數字化設計中不同領域模型異構的特點，提

4、出了基于元對象機制和適配器的多領域模型集成方法。其次，研究了機械結構CATIA模型與動力學ADAMS模型的集成方法、動力學ADAMS模型與控制系統(tǒng)SIMULINK模型的集成方法、控制系統(tǒng)SIMULINK模型與制導、導航RHAPSODY模型的集成方法。然后研究了由頂層模型、機械結構模型、動力學模型、控制系統(tǒng)模型以及制導、導航模型集成的飛控系統(tǒng)虛擬樣機協(xié)同仿真方法。
　　研究了飛控系統(tǒng)數字化設計環(huán)境。針對飛控系統(tǒng)特點和數字化設計的概念

5、、內涵和目標，分析了數字化設計環(huán)境所必須具備的特征，并基于商用貨架技術構建了一種四層次結構（元素模型設計層、原子模型設計層、虛擬部件設計層和虛擬樣機集成層）的飛控系統(tǒng)數字化設計環(huán)境，為快速設計飛控系統(tǒng)虛擬樣機奠定基礎。
　　最后，以某型微型飛行器的飛控系統(tǒng)設計為例，驗證本文數字化設計方法的可行性。首先進行飛控系統(tǒng)需求分析，依據需求模型進行飛控系統(tǒng)頂層建模。然后基于頂層模型中各個原子模型對應的飛控系統(tǒng)子系統(tǒng)進行領域模型建模和多領域模