基于RFM的机载余度计算机软件快速测试平台

现代飞机普遍采用电传飞行控制系统,飞行控制计算机是该系统的核心。为了提升飞控计算机的可靠性,普遍采用余度技术构建余度飞控计算机,该计算机由多个通道构成,每个通道有一个CPU,互相构成备份。但是,这给飞控计算机的软件调试和测试带来的巨大的困难,因为各个通道的机载软件之间相互同步、通信和交叉监控,必须并行调试和测试,这就造成了机载软件调试和测试的滞后,必须等待真实的飞控计算机开发出来之后才能开展工作。本文提出了一种基于RFM(反射内存)的余度计算机快速原型测试平台设计方法。该平台使用商用货架产品构成余度计算机的多个冗余通道,使用RFM模拟多通道间的通信、同步过程,通过对底层驱动封装实现硬件故障模拟和余度功能模拟,方便实现软件调试和从性能、功能测试,大大提高了开发效率,减少了研制周期。     

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。     

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。     

飞行控制系统故障诊断与重构技术研究

对于高空长航时无人机高性能要求,提出一种多等级余度飞行控制系统。结合飞行控制系统各组成部分的结构特点,给出了传感器信号的余度信号管理技术,机载计算机通道故障诊断与仲裁技术;伺服子系统故障隔离和控制分配重构技术。试验结果表明该飞行控制系统故障诊断与重构方案设计合理可行,不仅较好地完成了飞行控制系统的余度管理任务,而且有效提高了故障检测率抑制了虚警,保证了系统的可靠性与容错能力。     

三余度飞控系统余度管理算法设计与研究

为了提高无人机飞行控制系统的可靠性,针对样例飞行控制计算机分布式架构的特点设计了余度管理策略。针对多CPU同步困难及同步后的积累性时漂误差问题,通过任务同步算法和简化版的TPSN同步算法相结合实现了各CPU之间的时间同步,有效地降低了时漂带来的影响,同步精度可达到0.1毫秒以内。采用基于“距离”的封装表决算法完成三余度决策输出功能,降低了开发的难度,减少了传统方式的代码冗余。采用系统重构策略对故障CPU进行管理,通过系统降级与故障恢复提高系统可靠度。最后对关键环节进行了功能测试,测试结果表明各环节可达到功能和指标要求,验证了所提出的余度管理策略的合理性和有效性。     

基于DSP+CPLD的无人机双余度全电刹车系统设计与实现

为了提高无人机现有刹车系统的刹车性能和刹车效率,文章针对无人机双余度全电刹车系统进行设计,介绍了双余度全电刹车系统的原理及结构特点,特别对无人机双余度全电刹车系统的关键技术即半物理防滑控制盒和驱动控制器的设计进行了详细分析;设计了以DSP+CPLD为控制核心的28 V低压刹车驱动控制器,通过半物理实验表明刹车过程压力平稳均衡,系统工作高效可靠,控制性能能够满足无人机全电刹车系统的要求。      

基于586-Driver的无人机飞控计算机智能检测系统研制

传统飞控计算机检测方法以人工操作为主,存在一定的主观性且效率低下的缺点。采用信号门限检测技术,设计了飞控计算机一键式全功能检测方案。以586-Driver板卡为核心,设计了智能检测系统,实现了在全程无人干预情况下对飞控计算机按预设时序逻辑的自动检测。通过系统测试表明：满足某型飞控计算机的检测需求,提高了飞控计算机检测效率,具有实际工程应用价值。     

基于1553B总线三冗余飞行控制系统设计与可靠性研究

对系统可靠性的探讨一直是航天飞行器设计过程中的首要议题，飞行控制系统作为核心系统，一旦出现故障会导致整个飞行任务的失败。以提升飞行可靠性需求为出发点，提出了一种基于1553B总线的飞行控制计算机三冗余设计方案，给出了冗余飞控系统的架构设计、控制板硬件构成、三模块同步方案和表决算法等设计方法，完成了飞行控制系统的冗余设计策略研究。为适应飞控系统的国产化、小型化、轻质化设计趋势，采用了基于国产SoC芯片的SiP模块以实现工程化。为研究三冗余系统方案可靠性，分析其工作状态建立了Markov模型。最后以Simulink图形化建模方法完成了相关仿真，通过对系统进行典型故障注入验证了冗余管理算法，仿真结果表明提高系统故障检测覆盖率有利于增强系统可靠性。     

基于波段开关的信号控制与BIT电路设计

为了提高飞控计算机导通检查和绝缘测试时的安全性和可靠性;通过研究一刀多掷波段开关的特点和电路控制规律,以及飞控计算机导通检查和绝缘测试需求,提出一种基于波段开关组合使用实现多测量通道信号转换控制的电路设计方案,同时提出一种结合波段开关特点的机内测试（BIT）电路设计方法;采用上述方案制作了具体的实体电路,经实验室测试：（1）该电路设计可通过两个波段开关同时实现信号分配和“自检”,提高了自检效率;（2）电路简洁,操作方便,（3）自检操作和测试操作基本一致,操作过程直观性强,（4）从一定意义上讲,实现了“在线”自检;经实际应用验证,该电路设计方案可显著提高系统的测试和诊断能力,具有较好的实际应用价值。     

机载位移传感器故障检测与信号重构

为了避免机载系统故障诊断与重构中单纯增加余度数目所带来的问题,针对电传飞控系统中应用较多的位移传感器,提出了一种基于特征的检测电路、检测方法以及信号重构方案。方案基于位移传感器工作时两次级线圈回路电压和值恒定的特征,实现了对初级、次级回路的一次断线检测,在检测到次级线圈一次断线时,又利用正常工作特征并根据另一次级线圈所获得的信息对断线信号进行重构。分析和测试表明,所提出的位移传感器故障检测以及重构算法仅需增加极少的硬件电路,且检测及重构方法实时性高,在不增加传感器余度数目的条件下,能大大提高系统的可靠性。