三余度飞控计算机架构及其可靠性研究

余度架构设计是解决飞控计算机可靠性问题的有效途径。为了满足高可靠性飞控计算机系统对可靠性和容错性的特殊要求的目的,提出一种新型三余度飞控计算机的余度架构方案,描述飞控计算机冗余设计方法,设计余度计算机软硬件的总体框架,采用马尔可夫方法对该方案进行了可靠性分析,获得了故障覆盖率和失效率对飞控计算机整体可靠性的影响结果,得到所设计余度架构方案可行的结论。     

飞控计算机的三余度架构及可靠性研究

余度架构设计是解决飞控计算机可靠性问题的有效途径。基于高可靠性飞控计算机系统对可靠性和容错性的特殊要求,提出一种新型三余度飞控计算机的余度架构方案,简要描述飞控计算机冗余设计方法,给出软硬件的总体框架设计,最后利用马尔可夫方法对该方案进行可靠性分析,通过观察故障覆盖率和失效率对飞控计算机整体可靠性的影响,验证了此余度架构方案的可行性。     

TTP总线在分布式飞控计算机系统中的应用

TTP总线具有高确定性、低时延、容错支持等优点,在构建有硬实时需求的安全关键分布式容错系统中有较大优势。文章简要总结了飞控计算机系统对系统总线的需求,介绍了TTP总线分布式时钟同步与确定性通信技术,分析了TTP总线容错特性与安全性,设计了基于TTP总线的三余度分布式飞控计算机系统,测试验证了系统中的TTP总线同步精度、通信延迟与抖动、TTP总线对飞控功能的支持等,能够满足飞控计算机系统的通信需求。     

无人机双余度MPC5554飞控计算机

为了提高无人机飞控计算机的可靠性,结合工程实践,设计了一种双余度飞行控制计算机系统。该系统在以MPC5554处理器为核心的飞控计算机基础上,加入一套硬件相同且功能相同的飞控计算机并添加少量硬件及软件模块,以较小成本大大提高飞控计算机的可靠性。该方法实施简单、成本低、易移植,较工程化,具有较好的通用性。     

基于PowerPC和X86的二余度非相似飞控计算机系统设计与实现

为了抑制共模故障和提高飞控计算机系统的可靠性,设计实现了一种二余度非相似的飞控计算机原型系统。首先,给出了该系统的硬件结构和原理,硬件结构包括基于PowerPC和X86处理器构成的主副通道、用于交叉通信的双口RAM、基于FPGA的仲裁模块等部分;其次,系统中的余度控制软件部分主要给出了任务同步和仲裁处理软件模块的软件实现流程图,这是非相似余度的关键问题;最后,在实现实物系统的基础上,开展了一系列的仿真实验,验证了该设计系统的可行性。     

双—双余度飞控计算机架构及其可靠性分析

飞控计算机是自动飞行控制系统数据处理、控制和综合的核心,其可靠性直接影响着飞机的飞行安全,余度架构设计是解决飞控计算机高可靠性问题的有效途径。针对自动飞行控制系统的可靠性要求,文章提出一种新型双-双余度飞控计算机的架构方案,概括描述了其体系结构设计和工作原理,并利用马尔可夫模型进行了可靠性分析。数据结果表明,双—双余度飞控计算机架构满足容错要求,提高了自动飞行控制系统的可靠性,可作为设计高可靠性长航时飞控计算机的参考方案。     

四余度飞控计算机设计及基于马尔可夫模型的可靠性分析

飞控计算机是面向飞行控制应用的计算机,主要完成控制律计算和余度管理等工作,是安全关键部件。因此,设计高安全、高可靠性的飞控计算机系统对于提高飞机的飞行安全有着至关重要的影响。文章提出一种同构型四余度飞控计算机设计方案,描述其硬件架构和软件工作方式,并利用马尔可夫模型对其可靠性进行建模分析。研究结果表明,四余度同构型飞控计算机结构设计满足飞控系统对可靠性的要求,可作为高可靠性长航时飞控计算机设计的参考方案。     

主从式双余度飞控计算机容错策略研究

针对样例主从式双余度飞控计算机体系架构,提出一种容错管理策略,设计了系统故障检测与诊断、系统资源管理、故障恢复等算法。在无人机半物理仿真平台下进行了容错策略算法测试,结果表明,该容错策略正确,算法功能和性能满足工程应用需求。     

波音777电传飞控系统的容错设计浅析

电传飞控系统必须满足极其严苛的功能完整性和可用性要求,其核心在于相关硬件资源的容错设计。在波音777上,与飞行控制相关的硬件系统,如飞控计算机,ARINC629总线等,都具备三余度的余度结构。多余度系统的设计还需要包含部件隔离和功能隔离以解决共模故障的问题。     

光传飞行控制交叉通道数据链路接口技术研究

交叉通道数据链路是实现三余度飞控计算机之间信息交换的枢纽,以往开发的三余度光传操纵系统大都采用了串口(RS232)协议来实现,其传输速率较低,达不到现代飞控计算机之间数据传输的高要求。为此,设计了一套以PCI总线控制器PLX9054和FPGA为核心的双向高速数据光纤传输接口卡,设计了该数据传输卡的基本结构和单元组成;详细阐述了PCI总线接口软硬件设计方法、时序及注意事项,并深入分析了FPGA的功能逻辑模块和光电转换模块的实现方案;最后开发了基于DriverStudio的设备驱动程序,并进行了系统测试。结果表明本接口卡可以满足飞控计算机之间余度数据交换的要求。     

飞行控制计算机余度管理策略研究

为满足系统可靠性指标的要求,采用了余度技术,研制了双通道余度飞行控制计算机.在该研究对象的基础上,进行了一种硬件冗余和软件管理的余度管理策略的研究和设计,提出了多余度信号监控表决算法、基于CAN总线的故障检测机制和系统重构与恢复的方法.故障注入实验表明,样例余度飞行控制计算机在遇到故障时能够实时检测出故障,诊断故障类型,并对故障进行处理,完成系统重构,提高了飞行控制系统的任务可靠性,保证无人机的飞行安全.     

四余度容错管理算法的设计与实现

利用余度技术可以很好地提高控制系统的任务可靠性。余度设计的关键技术就是余度管理策略和方法,系统的容错能力主要是通过余度管理来实现的。文章详细描述了四余度容错计算机实现余度管理算法的设计思路。采用这样的设计使得系统结构紧凑,在保证实时性的同时提高了系统任务可靠性和安全性。     

基于桥联模型的高可靠计算机设计

机载计算机的任务可靠性对飞机飞行安全至关重要,而提高任务可靠性的一个有效途径就是进行余度设计。文章从研究两种常用的双余度容错模型出发,将桥联模型应用于机载计算机的双余度设计。通过对工作模型的故障容错机制的分析,证明该双余度设计可有效提高机载计算机的任务可靠性,具备一定的工程实用价值。     

飞控计算机的抗干扰性设计

分析了基于DSP技术开发设计的无人机飞控计算机系统可能存在的电磁干扰问题,探讨了在硬件和软件2个方面进行抗干扰性设计的常用措施,采用的硬件抗干扰技术包括:滤波技术、屏蔽技术、隔离技术和良好的接地技术及PCB设计时的必要措施;采用的软件抗干扰技术有:数字滤波、重复检测与输出、软件陷阱、指令冗余及软硬件结合的“看门狗”技术。最后结合系统现场调试过程中遇到的干扰现象,给出了一种快速分析排查由干扰引起的故障的方法,使系统各项设计更加合理,更易于工程实现。     

小型无人机飞控计算机设计

为了解决小型无人机对飞控计算机小型化和高精度要求的问题,设计以DSP为核心的主控模块,采用大规模逻辑器件CPLD进行地址译码,完成逻辑处理及隔离、驱动功能,配合接口芯片28C94和AD／DA转换芯片设计接口模块、数据采集模块及舵机驱动模块。基于模块化设计的机载飞控计算机具有体积小,功耗低,精度高的特点。系统集成试验和共计15h的验证飞行试验表明,该计算机处理数据的实时性满足5ms数据采集、20ms控制律解算的要求,其输出精度满足控制系统舵机驱动0．01V的要求,总体性能满足验证无人机系统的要求。     

隧道窑模糊控制系统的研制

介绍了一种陶瓷工业隧道窑模糊控制系统的设计方法，包括用解析式表达的模糊控制规则、系统硬件总体配置及软件的主要功能。该系统分析两级：第一级以ＰＣ机为上位机，实现对生产过程的监督和管理；第二级以ＳＴＤ总线的工控机为下位机，以多功能通用智能模糊控制器为冗余机，实现对过程的实时控制，用电炉模拟陶瓷窑的实验表明，该系统的设计基本满足了控制和调节的要求，实现了实时控制的目的。     

A mid-value select voter

Hardware redundancy may be used in a variety of manners to achieve fault tolerance. One of the most popular techniques is a triple modular redundancy (TMR) scheme. Such a scheme has also been referred to as masking redundancy because failures those affect only if one of the three modules is masked by the majority of the nonfailed modules. Most of the published works on TMR make one crucial assumption: In fault-free operation the outputs are equal. However it is well known that the output of redundant sensor elements in fault-tolerant data acquisition systems cannot be guaranteed to match even in fault-free operation. They are usually handled by a median-select or similar selection rule, so that redundant voter can pick a common value for processing by the rest of the system. This paper presents a VLSI fault-tolerant voter, with redundancy designed into the internal chip architecture. Instead of three we propose installation of four sensor elements. In order to insure that the voted value represents a correct consensus, we propose a mid-value hardware voting technique thanks to which we solve the problem of dissemination of each sensor element value to other ones. Finally, the effect of fault-tolerance on voter performance is discussed.     

双余度飞行显示控制计算机的设计与实现

飞行显示控制计算机是飞行员高效、直观地获取所需信息或发送控制命令的操作平台,其任务可靠性对飞机飞行安全至关重要,一旦失效将会造成系统部分或全部功能丧失,尽管不会直接危及飞行员人机安全,但会严重影响飞行和作战任务的完成。因而本设计采用了双余度设计方法,有效提高了任务可靠性、降低了失效风险,具备一定的工程实用价值。