RTOS在涡喷发动机控制系统中的应用分析

相铁武

Summary：本文介绍了RTOS在微型涡轮喷气发动机控制系统当中所发挥出的作用。这项控制系统在对事物的处理过程中呈现出比较复杂，能够当下反应出问题，提供给了人们的依靠性能更强的系统，通过对这一内容的使用能够有效地提升开发的工作效率。

Key：RTOS 涡喷发动机;控制系统;应用分析

0  引言

通过这几年的发展情况看来，微型涡轮喷气发动机在无人机和航模工作过程中发挥着越来越重大的作用。与之前所采用的活塞发动机相比较，能够发挥出更大的推动能力，使得它们的运行速度得到提升。因此，研制的微型涡轮发动机在各种领域都有着深远的意义。从当前的整体情况看来，美国、丹麦等一些发达国家都已经有着非常成熟的发动机系统，已经应用到了航模和无人机的操作上。但是，从国内的发展情况看来，对于发动机本身以及其它的控制系统的研究时间都比较短，对于我国来说都是一种新型的领域内容，因此，需要加强对这方面内容的研究，促进我国这项内容当中的发展。

针对我国国内自主研发的微型涡轮发动机，设计出了一套完整的控制系统。这项控制系统以处理器作为核心的内容，将各种处理器集合在一个系统结构当中，所形成的整个系统具有着体积较小，整个设备重量较轻的特征，能够为整个主控系统和在地面的设备检测口进行相连接，具有着完善的功能结构。

控制技术接受的内容是来自遥控接收机所接受到的信息，经过一系列形式的处理，驱动整个发动机完成发动任务，并通过信息处理来控制状态指示灯的关闭或开启，以此来确定发动机的状态。这项系统能够有效地帮助调整发动基本上性能，将发动机工作过程中所呈现的性能发送到显示器当中，能够根据现场的内容观察到发动机的状态。

结合以上所说的内容，控制器需要处理多方面的内容，各种事物之间所存在的关系比较紧密，对于发动机的状态能够进行实时的了解，在工作过程中，具有一定的可靠性，因此，使用这种内核能够有效的提升工作过程中的效率。

1  RTOS在51上的移植

RTOS这项内容是针对于中低档单片机而设计的，它能够有效地嵌入到操作系统当中。它包含有三种可同时操作的调整策略，对于任务的管理性能能够很好的完成。同时它还具有定时性，延时性等服务，支持信号之间的转换和保护，提供多种信号同步对象，支持中断管理机制。

由于51单片机内核上所具有的问题，51编译器为了能够优化代码的结构采用了一些独特的方式，与普通的变异体具有很大的差别。所以与其他硬件进行比较，在对其进行移植是需要进行多次更改。主要包含如下几点内容：

51编译器不仅具有对数据进行处理的类型，还具有保存的功能，所以增添了一种修饰内容。

51编译器还能根据默认情况装备能进行分配的内容进行临时的分配策略，所以有些系统当中的函数内容不能进入到该硬件，需要添加一些必要的函数来强迫整个编译器进行工作。

除了一些基本的进栈退栈任务之外，51编译器在软件上已经完成了模拟栈的情况，所以需要增加一层对模拟栈的保护。

一般对RTOS进行使用时都需要根据具体的应用内容来设定相应的内核条件。在这一系统当中，我们你优先级的抢占方式来完成对整个系统的调配，发挥了多种信息库的内容，采用了更多的函数系统来完成整个系统的配置。

2  硬件结构

对于转速的测量模块是利用红外线对管来完成的。发动机上有一个通孔，在安装时会将接受发送的装置通过这一孔洞。发动机发生旋转时，每转动一周，会出现有两次的接收管导通。由于这一状态会发生改变，并且由于红外线管开关的速度较低，在发动机进行高速的运转时，会使整个接收管输出的脉冲发生很小的变化，导致单机片不能进行准确的辨别，需要对其进行整理才能够更好的完成这项任务。

对于温度进行测量的版块是通过对尾喷管的温度进行测量来表示发动机工作温度的。经过相关的测试，尾喷管的温度最高可以到达900摄氏度。通过对测量温度范围等内容进行的考虑，我们选取了一些热电偶作为测量温度的元件。因为对温度测量的精度要求并不高，所以利用热敏电阻来完成对温度的补偿工作。

采用PWM的驱动方式来完成对中气阀的控制，相关的装备来完成对电机的伺服。在启动电机的过程当中，所通过的电流会比较大，所以应该应用电阻较小的导体。这个系统当中所采取的是两片肖特基二极管并联驱动的方式来完成的。

3  应用程序的设计

整个系统所要处理的内容基本上分为三类。

首先是控制类，在一定的工作阶段需要设定出一定的工作流程，在满足基本条件下，还要满足对特定条件的控制，同时还要控制各个机构服从该内容。当系统出现超温超速等特殊情况时，需要进行自我的保护，防止出现内核信息控制系统的错误。

其次是人机接口类，控制状态指示灯关闭或者开启状态时，要能正确显示系统的整个工作状态，防止出现错误报告的情况。当手持终端接入设备以后，要进行对相关按键的响应，使得整个系统工作过程中的参数内容显示在显示器当中。

最后是通讯系统，这项内容能够有效的完成自我的通讯任务。在对此系统进行设置的过程中，要遵从相关的通讯 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 。一方面，要以20毫秒为间隔时间，讲整个的工作状态数据显示在终端，方便工作人员的监控。其次，要做到从输入的数据当中，寻找出正确的命令，将其传递给人机接口完成任务的处理工作。

这些内容当中控制任务说出的地位最高，任務量较大，人机接口所接收的主任务量较少。

3.1 人机接口的主要任务

为了使整个系统加工作过程中具有一定的可靠性，人机接口的主要任务包含有测试和正常工作两个部分，在开机时，只要开启特定的按键或者因为系统自己检测过程中出现失败时，就会进入到测试模式当中。这一内容当中包含有对系统参数的测定和对各种服务机构的权限检测。这个过程当中不会对控制任务发生激活，就是整个操作过程当中发动机不能处于开启状态。正常的操作模式之下，主要的工作任务是将各种基本设备进行检查，但通过自我检查过程时，整个控制任务才能够被激活，这些内容能够有效地提升系统的可靠性。

通过按键输入和液晶显示的方式都是进行周期性的操作，RTOS能够提供给系统一个周期性的定时服务，人机借口主任务会通过一个设定时间的程序来设置一个50毫秒的键盘扫描仪，在时间间隔为100毫秒的情況下会完成显示器的刷新，但定时所出现的时间到达时，会给任务发送出相关启动系统。在接收到启动任务之后，会利用键盘处理相关的函数，来完成信息的接收工作。

当通讯任务的工作完成之后，要以消息的方式来通知主任务系统，其中的内容么通过共享内存的方式来完成传递过程。

3.2 控制任务

发动机运行的状态可以分为几个阶段，这些任务当中任何一个阶段出现问题，都会使整个任务状态出现停止。

首先是待命阶段，当发动机的状态满足于运行的要求时，就会等待输入的启动命令，来完成相应的任务。

其次是点火阶段，电机转速在设定的范围之内，相关的气阀会打开，向发动机内输入相关的燃料，开启发动机，当今发动机点燃后所喷射出来的尾气温度达到相应 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 时，就认为发动机点燃成功。

着车阶段，这一阶段油泵开始运作，供给发动机的燃油量越来越多，点火器等相关发动装置会相互关闭，发动机的转速开始增加。当温度和速度达到一定标准时认为着车成功。

热车阶段。发动机成功坐车之后，不能立刻进行任务工作，需要在慢车的状态下持续一段时间。

正常运行阶段。需要利用相关的控制系统来完成相关任务操作。

停车阶段。这一时间段，油泵开始停止运作，电机的工作状态会随着温度的变化进行间歇性的工作，能够有效帮助发动机散出相关的热量，节省更多的能源。

整个控制任务都比较简单，利用周期性的定时装置来进行相关的计算工作。同时要求其他的工作状态都需要满足设置的特定条件，对条件的判断进行延时查询的方式进行。

3.3 通讯任务

这项任务与一定的串口进行关联。为了能够减小在软件购买过程中的开销，对于数据接收和发送过程所采用的都是缓冲的方式，因此设立了两个缓冲区域。

相关的窗口冲段程序通过对整个控制对象的处理来完成整个通讯的任务，当发送出来的缓冲区域，并不是空白条件时，整个任务会因为由于等待空白的事件而停止运行。当中段的程序发送完相关的数据之后，空白时间才能够被再次激活，才能进行正常的通讯任务状态，为了能够有效的保证整个状态能够同步到显示端时，就会是整个数据采用未发生阻塞的方式进行。

将状态的数据写入到缓冲区域时，会由于状态的情况改变整体的变量，其他的任务和中断的程序中会出现一些冲突，所以在这些中断的情况下，会将这些数据携入到缓冲区当中。

与发送包装好的报文进行比较，从接收到的数据当中识别出正确的命令会比直接接收报文上的数据更加复杂一些，通过对相关的协议进行解析，采用进行限制能够更加顺利的完成任务。这一软件当中就采用了这项内容。

4  结束语

在对这项系统调试的最初阶段，由于我们对发动机本身的特点并没有做到全部的了解，所以对于控制流程要进行多次修改。同时由于操作系统本身的特点，只需要对控制任务进行更改，不需要考虑其他事物的影响。同时在整个测试的过程当中，没有出现软件发生故障的情况。我们还发现热插拔手持终端与人机系统之间的任务发生冲突时，整个系统仍能较好地完成整个工作。这些内容能够有效地展示出该内容所具有的优势。

与之前我们所应用的传统开发模式进行比较，也实际操作为基础的开发模式能够有效的解决事务处理过程当中的各种问题，能够有效的提升工作效率。当其中一个任务不能及时完成时，其他任务也能正常的进行下去，所以会使整个系统的可靠性增强。使用这种控制较为复杂的软件，一定会成为之后控制系统发展的趋势。

Reference：

[1]王录征.微型涡喷发动机控制器设计及RTOS技术研究[D].南京航空航天大学，2015.

[2]郑玉全，陈杰，沈为群，宋子善.基于RTOS的涡喷发动机数字控制系统[J].电子技术应用，2005（06）：34-37.

[3]郑玉全，陈杰，沈为群，宋子善.RTOS在涡喷发动机控制系统中的应用[J].微计算机信息，2005（15）：11-13.

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