三余度飞控计算机的关键技术研究-论文.pdf

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1、ACADEMICRESEARCH苎三余度飞控计算机的关键技术研究◆徐宏哲岳峰邵慧摘要：基于自动飞行控制系统对飞控计算机系统的可靠性要求，给出一种改进的三余度飞控计算机硬件设计框架，指出飞控计算机多余度设计需要克服的关键技术：同步和余度管理。在同步技术方面提出并实现二级同步机制，并与传统的DIO同步机制进行比对和分析。对传统的简单余度仲裁机制进行改进，提出基于独立仲裁模块的余度管理方案，并与传统简单余度仲裁机制进行比较，证明了基于独立仲裁模块的余度管理方案可行性。关键词：飞控计算机；冗余技术；同步；

2、余度管理余度管理技术是多余度飞控计算机提高可靠性的基本途二、基于独立仲裁模块的余度管理径。本论文提出的同步和余度管理技术，可满足多余度飞控系统对同步精度和余度管理能力的要求，现已在某型无人通道之间通过交叉通讯链路(CCDL)进行完整的资源机的设计上得以应用。共享及状态信息交互。各飞控通道的状态信息通过RS422以完整状态帧的形式，把该飞控通道的完整自监控状态字发送一、三余度飞控计算机框架设计给仲裁模块。仲裁模块接收三通道飞控状态字，进行综合比三余度飞控计算机由三个独立的控制通道A、B、C及余较和权

3、衡，作出通道使能的选度管理模块组成。每个单独的飞控通道之间利用CCDL交叉余度管理模块(MTM)接收到来自飞控各通道的自检状态数据链路实现数据共享。飞控计算机硬件总体框架如图1所帧之后，将对其故障类型进行分级。按照故障影响的严重程示。度，可将飞控计算机故障分为两类：飞控计算机各功能部件设计如下：一级故障：后果严重，导致飞控该通道完全不能继续持主控模块是飞控独立通道的数据处理和计算工作的核心续工作，必须重启该飞控通道并切换伺服系统控制权。部件p】。10模块是飞控独立通道对外的数据接口模块，负责二级故

4、障：影响在控制范围内，可以通过交叉控制链路采集机载传感器系统的数据。按照采集信号的类型，IO模块的数据加以消除，此时余度管理模块(MTM)需全面考虑另外通可搭载AD／DA／DI／DO／RS422／232／429等各类数据采集芯片。道的状态，才能给出是否切换伺服系统控制权的仲裁指令。余度管理模块接收三个独立飞控计算机的舵机指令，并实时仲裁模块的通道切换动作也不再仅仅以当前控权通道的监控各飞控计算机的状态，经过表决和状态排除算法，选择状态为触发条件，而是综合考虑全系统各通道的具体状态，正确的舵机控制指

5、令作为飞控计算机系统的最终输出。从而决定是否有必要切换当前控制通道。仲裁模块的分级调此外，还有cPCI并行总线、电源、背板和双口RAM作度策略如表2所示。为基础硬件支持。表2仲裁模块分级调度策略序号飞控A飞控B飞控C通道使能GJBI553B总线系统1正常任何任何A机载导航、姿CCDL等传感器数{2二级正常任何B3二级二级正常Clll4二级二级二级AE控A飞控B控C机裁传6二级二级一级A感器系主控模块主控模块主控模块统6二级一级正常C7二级一级二级AcPCIcPCll机体本8二级一级一级A-IllI

6、o模块}J_．10模块10模块9～级正常任何B电i掰i及背扳电源及背板电源及糟板10～级二级正常C1i～级二级二级BI，，I舵服机作伺动12一级二级一级B余度簿现模块系统ii3一级一级正常C舵机控制指令T14一级一级二级C15一级一级一级失效图1三余度飞控计算机硬件架构信息系统工程I2014．8．20131ACADEMICRESEARCH学术研究这种基于独立仲裁模块的余度管理方案，其区别于前文所给出的DIO方案，在于将仲裁判断的工作完全转交给仲裁模块，并通过RS422串口发送足够详细的通道自检状态

7、字供其调用。这种方案的优点是仲裁判断考虑方面更丰富全面，故障分级策略的应用可以减少通道切换的误判和漏判，能够更大程度地多通道控制冗余的能力。但是，较为复杂的调度策略增加了仲裁模块的复杂度，增加了开发难度。三、通道切换的试验验证通道切换功能试验验证的目的是检验该余度管理技术200300400Time／ms方案能够正确地进行通道切换，以及定量地测量通道切换时图4指令信号输出的连续性测试间，因此试验验证工作应分两步进行。同步的前提下，让各通道同步输出等幅等相位的正弦信号指第一步，验证仲裁模块是否能够正确

8、选择输出通道。令，通过手动进行故障注入，观察分析最终输出指令的连续首先控制三个飞控通道分别输出80％，40％和10％的舵面控性，如图4所示。制指令，然后按照表2所示，依次向各飞控通道手动注入故障，观察仲裁模块的最终输出选择，来确定仲裁模块的通道四、结论选择正确性。如图3所示。本文在给定三余度飞控计算机硬件框架的前提下，针对多通道余度管理需要克服的两项关键技术，提出改进设计方案并给出一定的比对分析。本文所提出的余度管理方案已应§等0co—l。1J竹c一一僻c一用于某型自动飞行控制系统