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高空风筝发电机控制系统软件设计-控制系
统论文-工程论文
——文章均为WORD文档,下载后可直接编辑使用亦可打印——
摘要:风筝发电是应用风筝在空中飞行采集风能,通过柔性联动
地面机械系统将风能转化为电能。作为资源丰富的可再生清洁能源之
一,高空风能可为偏远、高海拔等条件恶劣环境中的军事设备设施提
供不间断能源供给,具有广阔的应用前景,也将为人类开发清洁可再
生能源提供一条重要渠道。为了利用高风能,系绳风筝的计算机自动
控制是成功的关键。在本文中,详细介绍了控制系统组件,以及所遇
到的挑战,并解释了如何通过软件工程技术解决这些问题。
关键词:高空风能;风筝发电;控制系统
1概述
开发用于高空风能发电的控制系统软件是一项复杂的任务,特别
是如果风筝由机载舵吊舱控制器控制的话。除了风筝的操纵吊舱之外,
整个系统的自动化还包括地面站上的多个传感器和执行器,用于操控
绳索和执行启动与恢复,一个数据记录系统以及用户界面。为此,我
们设计了控制风筝发电机系统的软件设计思路。
2控制系统
控制吊舱为小批量生产的,它嵌入了两个专用的优化控制板:飞
行控制计算机板和用于风筝执行器的运动控制板。驱动执行器的能量
以及到机载部件的通信数据必须通过牵引绳由船向风筝传递。为与电
缆导线的固有电阻相适应,使用了120伏的非标准电动机供电电压。
因此,考虑到成本和重量两方面因素,将电源管理和数据调制解调器
电路集成到传感器数据采集和控制计算机平台中非常有益。通过平衡
硬件和软件的鲁棒性需求,嵌入式控制器解决方案需递归地开发。为
了提高电子电路的稳定性,所有的信号处理被限制在所需的带宽上。
适用于在48MHz时钟频率下工作的微处理器。结果,只有那些需要
自动放风筝的算法在控制舱中进行处理,包括导航、数据融合和运动
控制算法。为了降低生产成本并简化维修技师的要求,飞行计算机板
与运动控制板分离,以适应不同风筝尺寸的平台策略。其结果是,仅
需要改变功率分量以适应风筝尺寸。使用CAN总线将现在和以后的
吊舱组件连接在一起,解决软件体系结构的这个挑战。CAN总线能够
进行确定性定时和自仲裁,在属性上确保了高优先级消息的传输。因
此,在系统的未来扩展中,没有先前验证的定时或运动控制属性丢失。
当将额外的传感器或数据记录器结合到生产等级系统中用于研究和
开发时,这是有价值的。为了最大限度地利用这些属性,我们选择了
pod内通信数据的可变抽象,如图1所示。变量由PodVariable类表
示,并且可以附加到CAN传输层,该传输层能够立即将消息排入微
控制器的传出CAN缓存中。因此,只要总线可用,就会在CAN总线
上广播变量。易用的获取器和设置器实现了不同数据的表示,并且通
过中央消息id文件完成对CAN传输层的注册。这允许在编译时检测
和消除死连接,并且软件程序员团队成员可以共享中心电报文档。因
为传感器的信息可能是当前活动的,也可能过时,操作控制算法的鲁
棒性关键取决于这些信息特征。因此,变量的一个重要属性是TTL特
征,它表示变量的生存时间。计算如下:在每个SET()变量的访问
中,生存时间被重置为默认值。每个控制循环调用通过一个计数递减
值。当TTL值耗尽时,意味着变量过时,它具有的意义是,算法可以
采取相应的行动针对变量是否过时,例如切换到回收方案。计算机在
内部循环启动的同时在CAN总线上放置一个循环启动报文。这允许
所有总线通信参与者同步其内部控制回路。不需要进一步的机制来保
证实时操作和确定性的CAN总线访问。模块集成模式如下。模块使
用输入向量pod变量,operation()调用和输出变量的向量。输入和
输出变量通过引用传递。这允许统一的模块文档并简化软件单元测试
[6,12]的开发,因为将调度实现与任务实现分离。按照这个规范,静
态测试[5,11]以及大量运行时测试可以在台式计算机上执行,而不是
在目标系统上执行,这加快了开发的速度。目标系统中的定时验证可
以通过使用消息嗅探器直接在CAN总线上进行。控制算法的配置参
数由相同的变量抽象表示,并且从中央数据处理计算机上传到低带宽
信道上,并作为低优先级消息在CAN总线上转发。利用这些技术,
嵌入式软件组件变得适应性强,并可得到轻松的质量保证。
3发射回收系统
发射和回收处理的系统由拖曳绞车、可倾斜的伸缩桅杆和附加绞
车组成。这个额外的绞盘控制着一根线,该线负责在着陆过程中引导
风筝,并在风筝放走之前对风筝进行
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