一种基于时间容错的同步机制分析

表决逻辑结构在多通道余度系统的研究和应用中起着核心作用,针对该问题,设计了一个具有动态同步表决控制的逻辑结构,该逻辑结构用来控制表决时间并监测表决数据。理论分析和实验表明,该表决算法在最大限度保证表决正确性的前提下,其表决控制逻辑结构还可以大幅度地提高多通道系统的可靠性。     

多交叉通道模型中瞬时故障的后向恢复

在多交叉通道余度系统中,最大限度恢复个别通道出现的输出错误,是表决结果正确性的前提,也是余度系统中的基本问题。在一个指令周期中,多交叉通道针对任务在时间分配上存在一定冗余,对当前表决面之前时间的冗余进行汇总,并假设之后阶段不出现瞬时故障,进行后期冗余时间的估计;累计这两部分冗余,构造一个较大的时间窗口,利用该窗口,在故障时增加回卷深度,实现瞬时故障的最大恢复。基于上述思想,提出了多通道交叉余度模型中的动态时间序列,针对该序列,进行时间回卷深度分析,由此设计了支持后向恢复的算法和具有后向恢复能力的故障监测逻辑。理论分析和实验表明,提出的方法对于提高多通道系统的故障恢复率、减少失步次数等方面十分有效:与静态回卷相比,4通道和6通道下恢复成功率分别提高了47.49%和72.35%,失步次数分别下降了58%和85%,进而较大幅度促进了系统可靠性的提高,尤其是表决面数目较大时效果更为明显。     

多通道余度模型中高可靠表决结构和算法

在多通道余度系统的研究和应用中,表决逻辑的结构成为影响整个系统的"瓶颈"。针对此问题,设计了一个具有级联功能的表决结构,由此实现完全意义上的多通道余度模型。提供了级联表决控制方法,实现在表决结构中出现故障时的执行策略;根据故障发生情况,提出了基于大数一致算法的可降阶表决算法。理论分析和实验表明,在表决算法最大限度保证表决正确性的前提下,级联表决结构大幅度提高了系统的可靠性。     

三余度飞控计算机关键技术研究及工程实现

针对小型飞行器飞控计算机可靠性指标要求,介绍了运用余度技术提高其可靠性与容错能力的方法,提出了采用三余度技术保证飞控计算机可靠性的设计方案,通过选择合适的冗余模式,建立了三余度飞控计算机的架构模型,经过详细分析与研究各模块结构,给出了余度策略、同步算法、表决面选取等关键技术工程实现的硬件电路与软件流程,仿真验证与试验结果表明,该方案设计合理,不仅较好地完成了飞控计算机的余度管理任务,而且有效地保证了系统的可靠性与容错能力。     

基于RFM的机载余度计算机软件快速测试平台

为了提升飞控计算机的可靠性,目前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,由于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;文章提出了一种基于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。     

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。     

一种2×2架构容错计算机的设计与实现

飞行控制系统对飞行控制品质和飞行安全有着重要作用,飞控计算机作为飞行控制系统的核心部件,对安全性和可靠性提出了很高的需求,容错计算机通过管理余度资源完成控制任务,有效解决了系统故障时安全模式的策略问题。设计的容错计算机采用2×2余度架构,主控计算机通过安全指示电路向热备份计算机输出状态信号,用以标明释放控制输出权,单台计算机内主控通道和监控通道的功能不完全对等,每个通道基于3个硬件功能区和2个软件配置项完成计算机的基本功能。测试结果表明,该架构的容错计算机较好地完成了预期目标。     

容错飞控系统中关键技术设计及工程实现

容错技术能够提高飞行控制系统的可靠性及安全性,介绍飞行控制系统三大组成部分(机载计算机、传感器、伺服机构)的容错技术;描述机载计算机的余度的架构、通道同步及交叉链路传输技术、故障检测、仲裁技术,双余度传感器数据选取及伺服机构重构容错;给出了关键技术的硬件电路与软件流程,经过大量的测试及半实物仿真试验,结果表明该飞行控制系统容错方案设计合理可行,在满足航电系统方案的前提下有效地保证了控制系统的可靠性与容错能力.     

双机容错计算机系统的设计与实现

容错计算机系统可实现高任务可靠性,广泛应用于飞控系统。该文对双机容错计算机进行分析,基于心跳线、交叉通道链路实现系统级设计,基于使能、环路器实现了模块级设计。竞争型主从机身份确认算法用于系统启动时的主从机认定,表决算法用于判断数据的有效性并分析系统是否存在故障,同步任务用于在分机间实现状态、任务、时钟     

民机飞控计算机余度设计及可靠性分析

为了确保飞行控制系统的任务可靠性和安全可靠性,国外先进民机飞行控制计算机均采用余度技术。非相似余度技术采用完全不同的硬件和软件组成余度通道,产生和监控飞行控制信号,可避免多通道余度系统共性故障的产生,达到较高的可靠性。文中针对非相似余度设计技术,深入研究波音和空客飞机飞控计算机的余度技术,分析其飞控系统的可靠性,再根据我国的技术实力和研发能力,提出了我国民机飞控计算机余度设计的一种方案,并且用可靠性理论进行了验证。     

航空发动机数控系统余度管理方法研究

传感器作为测量元件在航空发动机控制系统中具有举足轻重的作用,传感器信号的准确性直接影响到航空发动机控制系统的安全稳定工作。因此,应建立航空发动机控制系统传感器故障检测、隔离和重构系统,从而提高发动机控制系统的可靠性。对航空发动机控制系统的传感器解析余度算法进行了深入研究,提出了平均值表决算法、权重法表决算法、大值表决算法和小值表决算法共4类解析余度算法。其中,平均值表决算法和权重法表决算法最接近真实值,大值表决算法可确保安全,小值表决算法因无法确保安全故应用较少。根据项目实际需要,将这4类算法应用于数控系统余度管理方面,结果表明这4类算法均有效,并在各自领域发挥了重要作用。在MATLAB下的Simulink建立了相关装置的数学模型并进行了数字仿真,所设计的余度管理算法已经应用于实际项目中,对保证发动机的安全性和可靠性具有重要意义。     

基于多变体的控制软件异构冗余与动态重构技术研究

针对控制软件的防篡改问题,从工控安全角度出发,提出了一种利用多变体技术和虚拟化技术构建控制软件动态目标防御体系的新方法;通过多变体的异构冗余、动态重构和多模表决实现了软件层面的主动防御和安全态势感知,通过虚拟化技术实现了多变体执行环境的快速构建;着重介绍了技术路线、系统架构、动态重构策略、表决算法和同步机制;研究结果表明,该技术在提高控制系统可靠性的同时,使其具备了较强的主动安全防御能力。     

Helenic fault tolerance for robots

In robot applications where the consequences of system failure are unbearable, fault tolerance is mandatory. Fault tolerant robots continue to function correctly despite component failures. Fault tolerant robots can be designed using the Helenic architecture. This architecture uses non-homogeneous functional modular redundancy and a democratic dynamic weighted voting algorithm for redundancy management to achieve fault tolerance. The benefits offered are increased reliability, maintainability, common mode failure resistance, and significant cost reductions. To demonstrate the fault tolerance capabilities of this system architecture, a 5 wheel omnidirectional mobile robot with sensors, computing elements and actuators was designed and simulated. Simulation results verify the robot's ability to continue ‘correct’ operation despite internal subsystem failures.     

入侵容忍数据库的选举算法和同步方案设计

基于冗余的入侵容忍数据库是由多个异构数据库服务器组成的,通过增加冗余单元实现数据库的可生存性和可用性,但是冗余会引起系统性能下降.为提高系统性能,必须解决选举和数据库同步问题,这需要有效的算法及复杂周密的同步协议来实现.给出了多种可行的选举算法和一种动态同步方案,能够很好地解决数据库之间的选举和同步问题.     

基于PC机群的多通道视景仿真技术研究

使用PC机群实现多通道视景仿真,可以在给用户带来强烈的沉浸感和较大的视野的同时得到很高的性能价格比。讨论了包含用户交互控制下的静态场景和独立数据驱动下的动态实体的的多通道视景仿真系统的体系结构,提出了在该结构下的视景同步方法和动态实体的运动平滑算法。实验结果表明两种技术实现了基于PC机群的大规模场景、多运动实体的视景仿真中多通道视景的同步和运动实体的平滑,在保持画面流畅的同时满足了用户的交互要求。     

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。     

NMR及NVP系统中表决算法分析与研究*

在N模冗余（NMR）及N版本编程技术（NVP）系统中,通过对冗余模块的输出执行表决可以屏蔽子系统或部件产生的错误,处理分布式计算系统中出现的Byzantine故障、同步多个计算进程以及维护数据复制品一致性等;表决算法还可以用做某些容忍入侵应用的触发策略,发现故障并触发故障部件的状态恢复。在经过对大量的表决算法分析与研究后,对其进行归类,并对每种类型中具有代表性的算法进行了描述,指出它们的应用领域,同时从复杂度及可靠性等方面对这些算法进行横向比较。