基于RTX的舵机控制系统研制

摘要 设计并研制了一种基于RTX实时扩展模块的2．4 m风洞虚拟飞行试验的舵机控制系统。该系统用于采集天平、陀螺仪、舵机、光电编码器信号，为飞机各主要部件的气动特性评估提供了重要依据。文中介绍了RTX实时模块和硬件设计、软件设计。并通过实际应用表明，该系统具有实时性强、算法可靠、精度高、用户操作简单等优点。
关键词 RTX；驱动程序；PXI；舵控仿真

舵机控制是虚拟飞行实验中的关键技术，为满足测试的实时性要求，文中设计了一套基于Windows RTX环境下的舵机控制系统，通过采集天平、陀螺仪、舵机、光电编码器信号，分析飞机各主要部件的气动特性。该控制系统的主要功能包括：舵机控制软件可以自动完成对舵机的上电及解锁操作；舵机响应可根据实际需要作出相应的模式选择和参数设置；采集到的数据可做到实时界面显示，用于现场实验分析。

1 RTX实时模块
在工业控制、航空航天等领域，对系统实时性有很高的要求。系统的事件响应如果不确定或超时，就可能会导致系统出错，甚至崩溃，Windows系统很难满足实时性的要求。RTX正是应这一要求，利用Windows平台提供的丰富的设备驱动模型，通过定制硬件抽象层(HAL，Hardw are Abstraction Layer)，对Windows系统进行了实时扩展。RTX使得系统具有较强的实时性，能在一个事先定义好的时间限制中对外部或内部的事件进行响应和处理RTX是一个嵌入Windows的独立实时系统，支持在Windows平台下基于Visual Studio的实时应用程序开发。RTX给开发者提供了操作系统和实时性的最佳结合，既可以使用Windows的丰富资源和软件开发调试工具，又可以在一个独立的控制子系统上实现硬实时。RTX Release7．1支持绝大部分的Microsoft操作系统，同时支持单处理器(Uniprocessor)、多处理器(Multi-processor)、移动处理器(Mobile Processor)、超线程(Hyper-threading-enabled)，以及多核平台(Multiple-core platform)。
文中基于RTX，在Windows平台上实现了舵控仿真系统中高确定性和高速反应时间的应用部件和模块与其它非实时应用部件的正常运行。

2 系统的硬件设计
该系统的构成如图1所示。硬件系统包括上位机一工业控制计算、下位机-PXI机箱、位于PXI机箱中的PXI测试板卡、电源和显示器构成，所有这些部件都组装在一个双联测试机柜中。PXI测试板卡包括数字I／O板卡、A／D转换卡、串口卡、RS422卡和PXI转PCI套件。

3 软件设计
为提高Windows下数据采集的实时性，又满足舵机控制实时性的要求，舵机控制采用模块化的设计，设计分为上下两层，两层之间需要共享内存进行数据通信。软件组成的结构体系如图2所示。

RTX程序开发平台选择VC6．0+Ardence RTX，RTX将开发环境直接嵌入到用户熟悉的VC6．0中，用RTX提供的向导即可生成RTX环境下的设备驱动和应用程序，大大缩短了开发周期。RTX和Windows运行在一台计算机上，也节省了系统的硬件成本，提高了系统可靠性。