混合三余度无人机飞控计算机硬件结构设计及可靠性分析

飞控计算机是整个无人机飞控系统的核心部件,其可靠性直接影响着无人机的飞行安全;为了提高飞控计算机的稳定性和可靠性,结合工程实践,提出了一种混合三余度无人机飞控计算机硬件结构设计方案,概括描述了各组成部分的工作原理,并采用马尔科夫模型对该方案进行了可靠性分析;数据结果表明,混合三余度无人机飞控计算机较单机可靠性有了明显提高,满足无人机飞控计算机的可靠性要求,可作为高可靠性长航时无人机飞控计算机设计的参考方案。     

三余度飞行控制计算机FlexRay节点通信设计

飞行控制计算机是飞行控制系统的核心组成部分,为进一步提高中小型无人机的安全可靠性,采用了软、硬件结合的三余度管理技术。首先采用模块化的设计思想,设计了系统三余度飞行控制计算机的硬件架构,包括串口、开关量、模拟量、CAN和FlexRay总线以及外扩SRAM等硬件资源;然后设计余度管理策略,该部分提出了软件表决和硬件仲裁两级余度管理思想;此外,为克服传统CAN总线负载量和通信速率等方面的不足,引入了FlexRay总线通信技术,并详细分析了总线通信数据流,设计了基于FlexRay的总线通信机制;最后进行半物理仿真实验,验证FlexRay总线通信功能,验证结果表明设计方案合理可行。设计的三余度飞行控制计算机硬件集成性高且易扩展升级,FlexRay总线通信功能也满足设计需求,具有很高的应用价值。     

系留气球差压数据的三余度设计

鉴于气囊差压数据对系留气球压力调节的至关重要性,提出了一种差压数据的余度设计方法。在分析差压传感器组成特点的基础上,采用硬件双余度差压传感器配置实现了气囊差压数据的三余度设计,并给出了基于互比监控的故障判定逻辑和故障处置方法,以较低的成本大幅提高了系留气球差压测量的容错能力。     

被动控制装置改进轴流风机失速余度的实验研究

1前言近年来，使用被动控制装置改进风机的失速特性一直引起风机设计和研究人员的重视。例如：在转子前加装可调进口导叶，在转子叶尖区吹气和放气，机匣处理装置（轴向、斜向和周向开缝）等来抑制风机失速的技术已被实际应用。但这些装置仍然存在着一些缺点。例如：降低了风机的最高效率尚2％－4％），改进失速余度的范围小，大约只有20％的流量失速金度的改进．以及装置本身结构复杂，增加了造价。因而一种被称为空气分流器的被动控制技术，首先由NBAHOB；C．K申请了专利川。由于空气分流器在控制轴流风机失速有很好的效果，因而许多…     

双余度发动机状态监测技术的研究与应用

在飞机、舰艇、装甲、汽车电子控制系统中采用双余度发动机状态监测技术,能够有效提高飞机、舰艇、装甲、汽车运行的安全性和可靠性,以某型涡轴发动机为研究对象,对双余度发动机状态监测技术进行了深入研究,研制了双余度发动机状态监测系统,介绍了系统的总体设计、软硬件设计、余度设计,虚拟仪表设计,并在双余度发动机状态监测系统的设计中引入了嵌入式PC/104模块;为了使状态监测系统具有更好的扩展性和适应性,将系统设计成可以在两种方式下工作:机载运行方式和地面试车方式,通过这两种方式对发动机状态进行自动监测,为发动机的状态趋势分析、故障诊断和视情维修提供科学的依据;采用双余度发动机状态监测技术研制的某型涡轴发动机状态实时监测系统经过了大量的地面试验和某型直升机上试飞试验,功能、性能满足要求,目前该系统已在某型直升机上得到应用。     

一种新型飞行器管理计算机的设计和实现

围绕新一代先进航空飞行器,对高度综合化飞行器管理计算机的需求,国内外争相开展新型容错计算机的相关技术研究。ARINC 659背板总线因其强实时性、高带宽、抗干扰和容错能力强而著称,现已成为航空电子设备标准背板总线,也已成为模块化、综合化架构航电系统的关键技术。因此,基于ARINC 659总线容错计算机的研制已逐渐成为高可靠航空电子系统研究的热点和重点。提出了基于ARINC 659总线的新型容错计算机构架设计方案、余度管理以及故障实时诊断与隔离等关键技术。     

带温度补偿的双余度舵机伺服控制算法研究

针对双余度舵机不同控制通道间速度环输出指令存在偏差、电流冲击和输出转矩波动等问题,本文提出了一种带温度补偿的双余度舵机伺服控制算法。首先,采用积分均衡的方法抑制传感器和双通道控制器解算误差引起的速度环输出指令的差异,然后采用电流截止负反馈的方法减小负载扰动和电机过渡过程带来的电流冲击,最后通过对电机进行温度补偿来减小环境温度和本体升温对输出转矩的影响。仿真结果表明,该算法能够有效抑制速度环输出指令误差和减小电流冲击,使电机在不同的工作温度下保持良好的性能。     

基于贝叶斯决策的电传飞控系统状态监测与健康管理

针对飞控系统早期故障信号的微弱性和不易检测性,提出了一种基于贝叶斯决策的飞控系统状态监测和健康管理新算法;采用最大似然估计法对故障特征向量概率密度函数进行参数估计,监测飞控系统故障特征概率密度分布相对于正常状态的偏离,将不易检测的故障信号转化为容易观测到的偏离信息,实现飞控系统状态的健康评估;以某型电液伺服作动器为例,采用上述方法对其进行状态监测和健康管理,仿真结果证明了该方法的可行性和有效性。     

基于FlexRay总线飞行控制计算机串行接口单元设计与研究

根据样例无人机飞行控制计算机对串行接口单元的接口资源和内部通信能力的需求,研究并完成了基于FlexRay总线串行接口单元的硬件设计和软件开发,同时从时间调度、总线余度和非冗余数据传输三方面设计了FlexRay总线的通信协议和余度管理机制。串行接口单元采用FPGA为处理器,通过串行接口实现了外部设备与飞行控制计算机的实时通信,并按照FlexRay总线的通信协议,实现了串行接口单元和CPU单元间信息的可靠传输,总线负载小于20%。测试结果验证了设计的正确性和实用性,符合设计指标,可满足样例无人飞行控制计算机串行数据通信需求。     

一种新型无人机机载计算机同步策略研究

机载计算机是无人机的核心部件,其可靠性高低直接决定了系统的安全。余度技术作为机载计算机可靠性设计的一项重要手段,对提高系统的应变能力,实现故障隐蔽以消除故障,改善系统性能有十分重要的作用。但是在余度技术中不同通道之间会存在一定的时钟误差,如果不进行处理将会使其无法达到无缝切换,从而影响系统的安全。在对机载计算机内部通道间不同步的原因进行详细分析的基础上,提出了一种软、硬件相结合的同步算法,并以三余度机载计算机为例进行了实际测试。测试结果证明该策略实现简单、同步效果好,异步度完全满足系统要求且付出的软、硬件代价小,显著提高了全系统的可靠性及可维护性。     

滑翔弹一体化实时半实物仿真平台设计

针对滑翔弹飞行控制系统半实物仿真平台研制中的两个关键问题—仿真实时性与一体化建模,建立了一套基于Windows操作系统的半实物仿真平台,开展了在较低成本的工业控制计算机上实现高效、实时的飞控系统半实物仿真研究。文中采取了Real Time Extension(RTX)插件扩展系统实时性的方案,既满足了仿真平台1ms精确定时的要求,又大幅降低仿真平台的成本;结合Simulink软件高效、安全的基于模型设计的解决方案,建立了扩展实时Windows系统下自动生成代码与手工代码混合编程的方法,重点解决了一体化建模方案在实时平台中的集成问题,并进行了仿真平台实时性能测试。最后完成了发射高度为海拔4 800 m,初始速度为202 m/s以及不同误差组合条件下的滑翔弹半实物仿真试验,整个飞行过程中侧滑角都稳定在-3度与3度之间,满足飞控系统稳定裕度要求。     

基于PD控制的航天飞行器控制系统的设计与实现

当前的飞行器控制系统在运行过程中容易受到噪声因素的干扰,对飞行器的控制存在滞后性和片面性,无法直观描述飞行器的运行状态,设计并实现了一种抗干扰能力强的航天飞行器控制系统,给出了无刷直流电机、电源电路、无线通信模块以及RS-232接口的硬件设计原理,给出了系统主控中心的人机交互界面组成;通过PD算法运算出不同电机的调整量,按照运算出的调整量控制电机的PCA模块,进而控制飞行器电机的转速,调整飞行器的姿态,克服干扰;实验结果说明,该种系统可对飞行器的各种飞行攻角进行准确的控制,该种系统的控制效率参数优于传统系统。     

飞控系统故障告警实时监控软件的设计与实现

为了对某型直升机电传飞行控制系统故障进行实时安全监控,降低试飞风险,分析了该系统的故障告警类型、故障判断方法和故障告警形式,根据飞行控制系统在飞行试验过程中的监控需求,以Labview为软件开发平台,开发了故障告警实时监控软件,以故障灯和文本信息显示的方式实现了对飞行控制系统各类型故障分等级实时监控与预警,并对软件实现方法进行了详细说明。在实际的飞行试验任务中,此软件能准确、可靠地实时监控到故障告警信息,完全满足飞行试验对飞控系统故障实时安全监控的需求。     

飞行模拟机操纵负荷系统力加载性能研究

在飞行模拟机操纵负荷系统中,力加载系统的性能对系统力跟踪精度与快速性有很大影响。为了有效抑制系统多余力,提高力加载系统动态性能,选用永磁同步电机作为系统执行机构,使用前馈校正+串联校正复合控制策略对飞行模拟机操纵负荷系统进行改进。在MATLAB/SIMULINK中对系统进行建模与仿真,实验结果表明以永磁同步电机为执行机构并使用串联校正+前馈补偿复合控制策略的电动力伺服加载系统可以有效提高操纵负荷系统力跟踪精度及快速性。     

三模冗余计算机系统在深潜救生艇舵机控制中的应用研究

随着海洋技术的发展,潜艇的应用越来越广泛,在深海下潜艇一旦出事故很难像陆地上一样进行救援,因此深潜救生艇的应用必不可少;而深潜救生艇在水下航行中难免会发生故障,针对舵机可能发生的故障,设计了一种应用于深潜救生艇控制系统的TMR(triple modular redundancy)运动控制计算机系统;该系统以研究能满足于高可靠性系统的冗余技术为立足点,采用故障检测算法和表决算法,研究适用于它的冗余管理方案,以最大限度的提高冗余系统的故障容错能力;最后为验证设计方案的可行性,设计了故障模拟实验,将设计的TMR运动控制计算机系统应用于深潜救生艇的舵机控制中,用于验证冗余设计方案以及故障检测算法和表决算法的可行性;通过仿真结果证明了该控制系统对深潜救生艇舵机控制的有效性。     

航天卫星遥测数据管理与应用系统设计过程控制方法研究

过程控制技术应用于航天器地面系统开发过程已成为航天领域研究的热点问题。本文基于航天卫星遥测数据管理与应用系统的设计过程,研究了航天卫星遥测数据管理与应用系统设计过程的基本框架,分析了系统结构,以模块化化设计的理念,搭建了遥测数据管理系统的设计过程,给出了各模块系统的定义和功能结构,分析了系统模块的通信协议,最后对系统设计过程的基线确定和基线变更给出了统一的管理过程设计。     

自抑制神经元控制系统的参数设计方法及特性分析

在分析神经元控制模型的基础上,从控制理论角度,构建了自抑制神经元控制系统的方框图,推导了系统参数(T、τ、b、k)的设计条件,给出了参数设计曲线及取值表,推导了控制系统的单位响应函数、峰值时间tp、峰值和稳态值Mp。通过软件进行了仿真验证,并分析了各参数对系统性能的影响,结果发现,tp与τ呈现近似正相关的线性关系,与kb呈现出负相关的关系,Mp与T、kb呈现近似正相关的线性变化关系。完善了神经元模型设计理论和方法,对神经元控制系统设计具有指导意义。     

飞行器模飞综合测试系统设计

为解决飞行器传统模拟飞行测试中所配套的测试设备种类繁多、测试现场工作繁杂、安全性和可靠性较低的问题,在某新型飞行器模飞试验测试过程中,提出一种基于PXI总线的模飞综合测试系统设计思路,在PXI高性能虚拟仪器设备总线的基础上搭建硬件平台,再通过模块化软件架构设计和多线程软件设计技术,完成飞行器模飞综合测试系统设计,并结合某飞行器的模飞测试需求进行具体开发,实践表明该系统能够保证飞行器模飞现场测试工作简洁、方便、快捷、安全。     

飞行模拟器用投射系统设计

研究了一种瞄准镜用飞行模拟器投射镜头的设计,并给出了模拟器投射镜头的设计实例。模拟器由显示系统、屏幕、投射系统、反射镜组成,模拟图像信号送入模拟器的显示系统,显示系统将视景仿真模拟图像信号投射到屏幕上,屏幕位于投射系统的焦平面上,瞄准镜对由模拟器进入的光线成像实现成像模拟。投射系统由周边系统、中心系统共9路光学镜头组成,投射系统周边系统、中心系统对应于瞄准镜的中心系统与周边系统,中心系统与周边系统的物面位置重合即共物面;中心系统采用摄远物镜镜形式缩短了镜头长度结构更加紧凑。周边系统焦距为f=263．02mm,视场角为2ω=17°,全视场畸边〈0．4％,在屏幕的Nyquist频率处全视场的MTF〉0．9,系统长度330mm;中心系统焦距为f=295．00mm,视场角为2ω=17°,全视场畸变〈0．37％,在屏幕的Nyquist频率处全视场的MTF〉0．9,系统长度283．2mm。投射系统采用全口径出光,同时系统通光口径略大于敏感器的通光口径,降低了系统装配的精度。