飞行模拟器航道罗盘控制系统的设计与实现 - 自然科学版 - 青岛大学.PDF

维普资讯 第 17卷第 4期 青 岛 大 学 学 报 (自然科学版) 2004年 12月 垒 )F INGDAOUNIVERSITY(NaturalScienceEdition) Vo1．17No．4 Dec． 2004 文章舅号 ：1006—1O37(2004)O4—0061—05 飞行模拟器航道罗盘控制系统的设计与实现 孙 鑫 ，刘 胜 ，潘松峰 ，刘 丹 ，孙 建。 (1．青岛大学自动化工程学院，青岛266071；2．哈尔滨工程大学 自动化学院，哈尔滨 150001； 、 3．安丘 市供 电公司 ，安丘 26210O) 摘要 ：研究了基于步进 电机和光电编码器的飞行模拟器航道罗盘控制系统的设计与实现， 给出了系统的硬件及软件设计。航道罗盘带有通信接 口，在仪表控制计算机的指令下可 以实现模拟飞机真实飞行姿态下航道罗盘指示相应飞行参数的功能。解决了仪表控制计 算机与航道罗盘控制器间的串行通信及步进电机的速度控制和加减速控制问题 ，并给出 了具体的软件设计方法，实现了航道罗盘的各项功能。 关键词：航道罗盘 ；步进电机 ；伺服控制 ；DDE；串行通信 中图分类号 ：TP273 文献标识码 ：A 1 系统工作原理 飞行模拟器是模拟飞机在空中和地面运动的大型地面仿真设备。运用现代化的飞行模拟器训练飞行员 已成为当今国际航空界普遍采用的最有效的手段[1]。飞行模拟器航道罗盘 (HorizontalSituationIndicator ， HSI)的主要功能是接收仪表控制计算机给出的飞机航向角、无线电台相对方位角、偏离航向和下滑带的数 据及故障报警信息，然后控制步进电机驱动指针显示相应的参数，从而达到模拟真实飞行状态下航道罗盘指 示相应飞行参数的功能。 2 系统硬件构成 飞行模拟器航道罗盘控制系统主要 由主控制器、步进 电机驱动器、步进 电机、转子位置检测电路、航向杆 控制 电路、故障报警旗控制电路 、串口通信电路组成。航道罗盘的主控制器采用 AT89C52单片机。主控制 器根据接收到的仪表控制计算机发出的实时数据 ，控制步进电机和航向杆的运动，实现高精度伺服控制；当 接收到故障数据后 ，相应的故障报警旗将由直流电机带动 ，在仪表盘 中显示出来 以提醒飞行员注意 ，并在故 障消失后 由电机将故障旗收回。系统硬件结构如图 1所示。 仪表控制计算机与单片机间的通信采用 RS一232串行方式，为实现PC机端标准 RS一232C接 口与单 片机端 TTL电平之间的转换，系统采用了MAX232电平转换电路 。同时为提高串行通信的可靠性，系统采 用高速光耦实现仪表控制计算机与航道罗盘间的完全隔离。 飞机航向角和无线电台相对方位角由单片机控制的步进电机经齿轮减速后驱动指针在航道罗盘表盘上 显示 。步进电机为双轴伸整体式稀土永磁混合式两相步进电机，由专门的步进电机驱动器驱动。混合式步 进电机可以实现小步距运转，有较高的启动和运行频率 ，同时控制功率小、功耗低、输出力矩大、具有定位转 矩 ，特别适用于航天航空领域 。步进电机驱动器是双极性恒流斩波细分驱动器 ，使用同样的电机时可以比其 它驱动方式输出更大的速度和功率 ，其细分功能可以减小低速转矩脉动 ，确保电机不丢步，提高运行平稳性 。 * 收稿 日期 ：2004-6-18 作者简介 ：~ (1979．)，男，山东安丘人 ，青岛大学 自动化工程学院系统理论专业 2002级在读硕士研究生 ，研究方向为复杂控翻理论及 应用。 维普资讯 !! 宣 岛大 学 学 报(自然科学版) 第17卷 为准确测得步进 电机转子位置，系统采用了带记忆位置数据的绝对式编码器 。绝对式编码器对于轴的 每一转角给出一个唯一的编码 ，而与其它位置无关 ，抗干扰能力强、可