三余度飞行控制计算机余度管理技术研究

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1、中图分类号：V249论文编号：102870318-SX127学科分类号：081101硕士学位论文三余度飞行控制计算机余度管理技术研究研究生姓名吴腾飞学科、专业控制理论与控制工程研究方向先进飞行控制技术指导教师李秀娟副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NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringResearchonRedundancyManagementforTriplexRedundantFlightC

2、ontrolComputerAThesisinControlTheoryandControlEngineeringbyWuTengfeiAdvisedbyLiXiujuanSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,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它教育机构的学位

3、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近年来，随着无人机行业的蓬勃发展，无论是军用无人机还是民用无人机，其核心系统飞行控制计算机的可靠性显得越来越重要。特别对于高空长航时无人机，如何保证系统可靠、持久的运行，始终是制约其快速发展的技术难题。余度技术的应用使得大幅度提高飞行控制计算机的可靠性成为可能。本文针对现有飞行控制计算机可靠性与容错能力不足的问题，构建了CP

4、U单元的三模冗余架构，并在此基础上对余度管理策略进行了设计。针对分布式飞行控制计算机各CPU单元间时钟偏差随时间累积的问题，设计了时钟同步算法，通过时标信息的交换和本地逻辑时钟的调整，实现了CPU单元间的时间与信息同步。为了避免CPU单元局部故障造成的影响，针对不同信号的数据特征，设计了大数表决与投票表决两种封装表决算法，选举并输出最优结果，提高了系统对故障的容忍能力。此外，对于CPU单元和总线节点的故障，设计了重组与重构方案，通过对故障源的切除、恢复及重构操作，完成了故障资源的恢复重利用，使系统具备了一定的自修复能力，提高了系统的可靠性。最后，通过外部故障注

5、入的方式模拟不同的故障情况，对余度管理方案中同步、表决和重构功能进行了测试，并通过闭环仿真验证了三余度飞行控制计算机飞行控制与管理功能。试验结果表明，余度管理方案设计合理有效，系统性能满足设计指标要求。关键词：飞行控制计算机，CPU单元，余度管理，同步，表决，重组与重构i三余度飞行控制计算机余度管理技术研究ABSTRACTRecentyearshavebeenseeingtheunprecedenteddevelopmentofvariousunmannedaerialvehicles(UAVs)andtheirgrowingapplicationsinbot

6、hmilitaryandciviliandomains.Asthecoreoftheflightcontrolsystem,thereliabilityoftheflightcontrolcomputerhasbecomemoreandmoreimportant,especiallyforhigh-altitudelong-enduranceUAVs,whichrequiretheflightcontrolcomputertoworkreliablyforlongperiodsoftime.Theapplicationofredundancytechnolog

7、ymakesitpossibletosignificantlyimprovethereliabilityofflightcontrolcomputer.Aimingattheproblemofinsufficientreliabilityandlackingfaulttolerantabilityoftheexistingflightcontrolcomputer,thepaperconstructsathree-moduleredundancyarchitectureofcentralprocessingunit(CPU),andonthebasisofwh

8、ich,theredundancyma