AXIe接口燃机油门执行器模拟器研制

摘要

燃机油门控制器是燃机油门控制系统的重要组成部分，燃机油门控制器的性能将直接对燃机油门执行器的执行结果产生影响。为了满足燃机油门控制器的调试需求，保证燃机油门控制器工作的可靠性，本文开展了AXIe接口燃机油门执行器模拟器的研制工作。
　　本文在分析燃机油门执行器的结构组成与步进电机工作原理的基础上，提出了使用步进电机对燃机油门执行器进行功率等效，通过对控制信号采样分析实现对燃机油门执行器进行功能模拟与故障检测的设计方法。在分析功能需求与技术指标的基础上，确定了软硬件相结合的总体设计方案。
　　硬件电路设计方面，选用FPGA作为主控芯片，围绕FPGA进行了AXIe接口设计与模拟器硬件电路设计。在AXIe接口方面，首先介绍了AXIe仪器模块的组成及各部分功能，之后围绕各部分功能进行了数据传输接口、电源接口与触发管理接口的设计；数据传输接口是AXIe接口的主要部分，重点进行了PCI Express总线接口设计。功能卡方面，围绕步进电机进行了模拟器硬件电路的设计，通过采样分析控制信号的方法实现对燃机油门执行器功能的模拟，设计了采样电路对控制信号进行获取与预处理。
　　逻辑方面，在FPGA内进行了AXIe接口与执行器模拟器各模块的逻辑设计。模拟器方面，设计了相应的方法分别对当前控制信号下燃机油门执行器对应的位置、运动方向、运动速度进行检测；AXIe接口方面，调用PCI Express硬核进行了PCI Express接口的设计，根据触发管理要求开发了触发管理IP核。为提高设计的重用性，使用IP Integrator搭建了以执行器模拟器用户IP核为核心的嵌入式系统，配合外围硬件电路实现对燃机油门执行器进行功能模拟与同AXIe接口计算机模块通信的功能。软件方面，使用LabWindows CVI完成上位机应用程序的设计，并借助Agilent VISA完成PCI Express接口驱动的开发。
　　本文最后对AXIe接口燃机油门执行器模拟器进行了功能验证。设计实验对FPGA最小系统的基本功能、AXIe通讯与触发功能、燃机油门执行器模拟器的基本功能进行了测试。测试结果显示，设计研制的仪器模块功能健全，性能稳定，满足设计要求。

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第1章 绪 论

1.1课题背景及研究的目的和意义

1.2国内外研究现状分析

1.3本文的主要研究内容与结构

第2章 总体设计方案

2.1 AXIe接口燃机油门执行器模拟器需求分析

2.2燃机油门执行器分析

2.3燃机油门执行器模拟器实现方法

2.4总体方案设计

2.5本章小结

第3章 硬件电路设计

3.1硬件电路总体设计方案

3.2 FPGA芯片选型

3.3 FPGA最小系统设计

3.4 AXIe接口电路设计

3.5执行器模拟器硬件电路设计

3.6本章小结

第4章 逻辑与软件设计

4.1执行器模拟器用户IP核设计

4.2 AXIe接口逻辑设计

4.3片上系统的搭建

4.4软件设计

4.5本章小结

第5章 模块功能测试与验证

5.1测试平台的搭建

5.2 FPGA最小系统功能测试

5.3燃机油门执行器模拟器功能测试

5.4触发管理接口功能测试

5.5本章小结

结论

参考文献

附录 系统实物图

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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