某型飞行控制计算机故障检测和余度管理技术研究

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1、中图分类号：V249论文编号：102870318-SX183学科分类号：081105硕士学位论文某型飞行控制计算机故障检测和余度管理技术研究研究生姓名王双双学科、专业导航、制导与控制研究方向先进飞行控制技术指导教师陈欣研究员南京航空航天大学研究生院自动化学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringResearchonFaultDetectionandR

2、edundancyManagementforFlightControlComputerAThesisinNavigation,GuidanceandControlbyWangShuangshuangAdvisedbyProf.ChenXinSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特

3、别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要无人机因性价比高、适用范围广、无人员安全问题等独特的优势，近年来得到了快速的发展，在很多不适合有人机的应用场合发挥了巨大的作用。无人机执行任务的特殊性

4、以及工作环境的复杂性，使得对其任务可靠性和安全性的要求越来越高。为了满足这些要求，余度技术被应用到多种无人机设计的各个方面。高性能飞行控制计算机作为无人机飞行控制系统的核心部件，在硬件结构设计中运用了余度技术。根据飞行控制计算机硬件余度配置的特点，从软件层面对余度飞行控制计算机的故障检测算法和余度管理策略进行研究具有重要意义和实用价值。本文首先对某型余度飞行控制系统的结构特点和余度资源配置进行综合研究，深入分析了传感器子系统、执行机构（舵回路）子系统和飞行控制计算机三部分的余度设计思想和实现技术。在此基础上

5、，开展了对余度飞行控制计算机可靠性的定量分析，研究了对应的硬件资源和软件运行环境需求，为故障检测方法和余度管理策略研究提供支撑条件。其次，开展余度飞行控制计算机的故障检测算法设计研究。分别完成了控制单元、接口单元、FlexRay总线故障模式分析和故障特征提取的研究。针对控制单元、接口单元、FlexRay总线等不同的故障提出了基于两级检测周期的心跳检测、基于任务状态的自检测、基于状态反馈、基于专家系统以及基于请求/应答握手机制等故障检测算法。再者，开展余度飞行控制计算机的余度管理策略设计研究。通过对“比较”和

6、“协同”工作方式进行对比分析，确定了余度飞行控制计算机采用“协同”的工作方式。根据FlexRay总线上的数据流，对控制单元、接口单元的发送和接收时隙进行了分配设计，并完成了控制单元和接口单元重构与恢复设计，包括基于“优先级轮转”重构逻辑设计，前向恢复和后向恢复关键数据筛选和流程设计。最后，开发完成了综合故障检测算法和余度管理策略的余度飞行控制软件。根据对余度飞行控制软件的需求分析结果，设计开发了可在μC/OS-II实时操作系统环境下运行的具有余度管理功能的余度飞行控制软件。为了验证余度飞行控制软件的功能与性

7、能，开发了故障注入软件，搭建了余度飞行控制仿真环境试验平台，对飞行控制和余度管理功能与性能进行测试。测试结果表明：余度飞行控制软件能够实现飞行控制和余度管理功能，具备实时故障检测并实现系统重构和恢复的能力，满足设计要求。关键词：飞行控制计算机，故障检测，重构，恢复，μC/OS-II，余度飞行控制软件i某型飞行控制计算机故障检测和余度管理技术研究ABSTRACTWiththeadvantageofnocasualties,broadapplicationandhighcost-efficiency,Unman

8、nedAerialVehicle(UAV)hasbeendevelopedrapidlyfortheapplicationsunfriendlytomannedaircraft.SinceUAVisdeployedinspecialandcomplexenvironment,therequirementforitsreliabilityishigh.Tosatisfytherequirement,redundan