基于多线程的动力驱动装置实时测控系统

基于多线程的动力驱动装置实时测控系统

张智颖,徐文贵,徐斌

南京邮电大学  江苏  南京  210023

摘要：襟缝翼作为飞机增升装置，位于机翼的前缘或后缘。打开襟翼，能够增大翼展面积，使飞机在起飞、降落等低速过程中保持较大的升力，从而缩短滑跑距离。打开缝翼，能够调整气流方向，使机翼保持较大的压力差和足够的升力。襟缝翼的动力驱动装置按照飞行控制系统的工作指令，驱动翼面进行展开和收回，并向飞行控制系统反馈工作状态。动力驱动装置作为襟缝翼控制系统中的重要组成部分，其可靠性决定了飞机的飞行安全。

关键词：多线程；动力驱动装置；实时测控系统；

引言

随着我国航天事业的发展，日益增多的航天发射任务和大量在轨运行的卫星对飞行器测控系统提出了越来越高的要求，特别是随着载人航天技术的发展，空间站、空间运行系统等的探测任务也将逐渐在轨运行，预计未来数年将加速发展，这对测控和数据传输设备提出了更高更新的要求。

1系统总体设计

1.1硬件平台搭建

襟缝翼动力驱动装置的测控系统结构由上位机分系统、襟缝翼动力驱动装置、加载平台、加载控制柜、传感器组、信号调理模块组成。测控系统工作时，上位机向动力驱动装置发送工作指令，动力驱动装置按照接收到的工作指令完成指定动作，并向上位机反馈工作状态。当进行加载实验时，上位机向加载控制柜发送期望力矩指令，加载控制柜根据指令驱动位于加载平台的电机输出要求的力矩。上位机采集动力驱动装置的电源状态信息和加载平台的转矩、转速、位置信息，对采集的数据和动力驱动装置的反馈信息进行分析和处理，将处理后的结果用于控制或显示，并根据用户需求进行存储。上位机分系统由研华工控机、上位机软件和计算机板卡组成，通过发送工作指令控制测控系统工作，并对试验数据进行实时处理和显示。上位机软件提供人机交互界面，实时显示测控系统的工作状态并响应用户的操作。加载平台分系统由动力驱动装置执行机构、加载电机、联轴器、光电编码器、智能传感器与固定装置组成;霍尔电压、电流传感器与频率传感器用于监测设备电源的状态。襟缝翼动力驱动装置由动力驱动装置控制器和执行机构两部分组成。其中控制器用于和襟缝翼飞行控制单元(FSECU)进行通信，并控制与检测执行机构的运动状态。

1.2测控信号IP化网络传输

由于网络特性以及网络传输协议的影响，导致接收的信号时域波形中会出现随机或连续的数据中断、乱序、错误，更进一步地会影响到测距、测速与测角的零值及随机差。基于测控信号在频域上的稀疏特性，可采用快速傅里叶变换得到信号的频谱信息，根据实际信号的频点信息对该频域数据进行提取，得到实际传输的有效信息，从而达到减小传输数据量、充分利用网络带宽的目的。针对利用现有网络传输基带信号波形失真的问题，应该从网络协议入手，提高利用网络传输基带信号的可靠性。

1.3数据存储功能

数据存储功能是对采集到的数据进行分类存储，包括内存存储、WinCC存储和SQL存储。其中内存存储响应效率高，存储速度快，用于即时存储数据；WinCC数据库接收实时采集到的数据进行实时数据服务；SQLServer存储体量大，需要长期存储和进行历史数据分析的数据可以通过WinCC数据库转储到SQLServer服务器中进行历史查询与数据分析。数据存储功能由自动化测控系统的PLC经过接口写入WinCC自定义数据库SQLServer，并转存到SQL数据服务器中，用于永久保存。当调用数据时，通过网络调用SQL服务器中的数据，按照定义模板显示数据报表和视图。

2单线程与多线程的技术特点

线程是在进程内部可独立执行的基本单元，是操作系统对系统资源的基本调度单位。一个进程至少包括一个线程，称为主线程。除主线程外，还可在一个进程中添加多个辅助线程。每个线程独立执行自身的代码指令，线程之间可以相互通信，共享同一个进程内部的全局数据，占用统一的数据资源。多线程机制是指，在一个进程中存在多个线程，不同的线程独立执行不同的任务。多线程机制下，不同的代码能够并行执行，适应多任务同步系统的需要。如图3所示，在单线程机制下，测控系统的全部功能均由主线程实现。用户事件作为一个高级别的中断，将优先得到系统响应，从而打断了其他任务的执行，这将造成实验数据遗漏、通信控制间断，无法保证实验数据的实时性和控制的有效性。引入多线程机制后，应用程序具有多个执行不同功能的线程。在主线程创建、显示与运行用户界面，在次线程中完成数据采集、数据显示等任务。这成功消除了其他功能的运行过程和用户界面之间的相互影响，避免了系统阻塞。多线程机制在应用程序内部实现了多任务扩展，满足了系统的实时性要求。

3测控功能软件化实现

软件解调在实现过程中最为关键的指标是系统的实时性。首先，在软件解调处理流程上将整个软件解调过程分解为若干个功能上互相串接子模块，把各个子模块以流水线式部署在不同的处理器上，实现解调过程的空间并行化处理。其次，依照子模块内部是否可以并行处理，分为如下两种处理方式:将可以进行并行处理的子模块(信号捕获及信道译码操作)部署在加速模块上执行，而将不能并行处理的各种解调环路部署在CPU上执行。将软件解调过程分解为子模块后，还需要保证各个子模块正确分配和使用内存以及数据在各个子模块间进行正确传递。

结束语

多线程技术适用于多任务同步的系统，能够提高对CPU的利用率，消除用户界面操作和程序运行过程的相互影响。满足测控系统实时性要求的关键在于使用了多线程技术，结合测控系统不同功能的特点，分别采用异步定时器技术或线程池技术实现，取得了较好的结果。测控系统工作时，能够快速响应用户操作，有效控制实验过程，完整记录实验数据。本套测控系统的设计与实现，为襟缝翼动力驱动装置的性能验证工作提供了极大的便利。

参考文献

［1］夏潇．三电平异步电机直接转矩控制［J］．机电工程技术，2020，49(2):102－105．

［2］王晶，黄玲娟．基于多线程的航空发动机数据采集系统软件设计［J］．测控技术，2017，36(5):119－123．