时间触发以太网标准研究

根据航空电子体系结构的发展趋势和要求,说明时间触发以太网（TTE）的发展状况和国内外标准化工作的进展。分析了SAE AS6802时间触发以太网标准的范围与特色,重点说明SAE AS6802标准定义的TTE网络分布式时钟同步机制及其容错方法,并说明利用微秒级精度的全局时钟提高航空电子系统完整性的方法。     

时间触发以太网拜占庭容错方法的形式化验证

对于时间触发以太网的拜占庭容错方法,已有的推理性论证表明网络的分布式时钟同步机制有利于容错过程中实现交互一致性。为对该容错方法的正确性进行严格验证,进一步采用模型检查的形式化分析手段,通过符号分析实验室(SAL)形式化工具,构建了网络节点模型,建立了时间触发体系结构下的拜占庭容错场景,设定了容错操作活性、一致性和有效性等属性的形式化定理。模型检查的结果表明:在三冗余独立路径条件下,该方法可以容忍一个拜占庭故障,且在存在指令/监视对(COM/MON pair)的条件下可以容忍2个高完整性配置节点的"不一致遗漏"故障。与推理论证手段相比,SAL模型检查为时间触发交换式网络在航空航天高安全关键等级系统中的容错配置提供了更规范的依据。     

TTE网络压缩功能计算开销的测量方法

针对通过传递协议控制帧(PCF帧)实现分布式节点之间的时钟同步的时间触发以太网(TTE)的关键参数获取问题,通过剖析TTE时钟同步协议的原理,提出了不用访问同步主控器(SM)或压缩主控器(CM)的底层驱动,仅通过捕获并观测SM和CM之间的PCF帧,得到给定TTE网络压缩功能运行的计算开销的测量和计算方法。采用FPGA硬件实现了相应的捕帧测量装置,从理论分析和实际测试两个方面实现了关键参数计算开销的测量,通过共计13 724次实验得到的计算开销平均值为32 757 ns。     

基于TTE网络的分布式系统分区同步方法

先进分布式综合飞行器管理系统对通信网络的实时性和确定性有严格要求。研究了时间触发以太网(TTE)的同步服务、提出了在符合ARINC653标准的分区操作系统下,基于TTE网络的分布式系统分区同步方法,建立分区同步测试平台,并对分区同步精度进行测试分析。测试结果表明,基于TTE网络的分布式系统分区同步的精度和抖动均可达到μs级,可满足先进分布式综合飞行器管理系统的网络时间同步的要求。     

基于TTE端系统的时钟同步设计与实现

随着航空电子体系架构的日益更新,航空机载总线技术得到了飞速发展.时间触发以太网作为新一代的航空总线适合在分布式综合模块化电子系统中应用.时钟同步机制是该网络的核心技术,通过该技术建立的高精度全局同步时钟是保障TTE的数据通信强实时性和确定性的先决条件.本文在分析研究TTE时钟同步算法的基础上,提出了符合SAE AS6802协议标准的TTE端系统的时钟同步机制的设计方案,并在FPGA硬件上得以实现.     

基于时间触发架构的网络技术研究与设计

随着航空电子系统架构朝着网络化的方向发展,机载电子系统时间关键性和安全关键性的通信应用需求加大,交互的信息量级不断提升,传统的机载总线技术已无法胜任。时间触发以太网(TTE)在引入了高精度时钟同步机制的基础上,采用一致性通信、故障容忍和冗余设计等技术提高了通信的实时性、稳定性和安全性。以TTE和时间触发协议(TTP)为例,综合TTE和TTP的优势,提出跨网段的一体式时间触发网络设计方法,为航空机载电子系统领域提供了基于时间触发架构的统一网络服务。     

TTE通信技术在混合安全关键系统的应用

确定性通信是构建混合安全关键系统的关键技术。分析了混合安全关键系统对网络通信的要求,探讨了时间触发以太网的体系结构、时钟同步机制、数据传输控制机制、余度与故障控制机制等,针对混合安全关键系统的要求,详细分析了时间触发以太网的实时性、确定性、高可靠性等特性。分析表明:时间触发以太网是构建混合安全关键系统的优选通信网络,能有效降低系统集成复杂性和费用。     

TTE网络流量转换策略及其延时性能保障调度算法研究

时间触发以太网（TTE）通过精确的全局时钟同步,使时间触发（TT）消息具有了严格的时间确定性。当系统同步精度降低时,TT消息的实时性也将严重受到影响。利用TTE交换机的流量类型转换功能,提出了一种基于消息时间窗检测的转换策略（TT-TWD）。该策略应用于TT流量向速率限制（RC）流量的转换过程,能够避免在系统同步精度降低时,TT消息出现丢包或不可接受延迟的情况。为保障该策略下网络流量的实时性,设计了一种基于流量转换策略的优先级调度算法（PTCTS）。运用网络演算理论对PTCTS算法的实时性进行了分析,并与先入先出（FIFO）算法结果对比,证明了PTCTS算法有效地减小了由TT流量转换而来的RC流量的延迟上界,同时保证了原始RC流量端到端延迟的确定性。     

时间触发以太网同步及调度机制的研究

说明并分析时间触发以太网（1TrE,Time—Triggered—Ethernet）的时间同步机制,对于采用时间触发机制调度的周期性任务,提出生成周期调度时刻表的方法,利用方法可以根据离线生成的调度时刻表进行调度,也可以动态地将通信任务加入或撤出调度时刻表,调度时刻袁的设计避免时间触发的数据包争用物理链路。构造相应的网络通信场景,通过生成调度时刻表的算例与仿真结果进行了验证。     

基于鲁棒故障观测器的非线性离散系统容错控制设计

针对存在执行器故障以及未知干扰的非线性离散系统,提出了一种鲁棒故障估计与容错控制方法。首先在未知系统干扰作用下,设计鲁棒故障观测器实现系统状态和执行器故障的同步估计;然后根据鲁棒故障观测器得到的系统状态估计和故障估计信息设计容错控制器,进行状态反馈容错控制,同时基于D稳定与H_∞控制理论对鲁棒故障观测器和容错控制器进行设计,实现了多约束条件下的故障估计与容错控制;最后用飞行控制系统模型验证了所提方法的有效性。     

基于状态反馈的执行器故障容错控制

针对线性离散系统的执行器故障,提出了一种基于状态反馈的容错控制方法。该方法在应用自适应卡尔曼滤波进行系统状态和故障同步估计的基础上,通过故障信息和状态估计进行状态反馈,对闭环系统进行极点配置,从而修正执行器故障造成的系统误差,实现容错控制。最后,将该方法应用于飞行控制系统的执行器故障容错控制,仿真结果表明该方法不仅能够准确地进行故障估计,而且能够在故障情况下保证系统输出正常,具有一定的理论意义和实际工程应用价值。     

基于时间触发架构的系统通信设计应用研究

本文详细介绍了基于时间触发架构的应用系统通信模型设计方法：结合某型飞机综合数据管理系统（IDMS）应用功能的通信需求,利用“PDevelopmentCluster系统设计工具,构建基于时间触发协议（TTP）的IDMS通信系统仿真模型。TTP精确的全局时钟同步可以为系统提供精确的时钟和单元之间的精确同步,协议的容错机制为...     

基于随机网络演算的TTE网络时延分析

时间触发以太网(TTE)是一种新颖的混合型时间触发和事件触发的通信网络,通过引入时间触发(TT)流量,增强了航空电子全双工(AFDX)交换式以太网的确定性。虽然TT流量具有完全的时间确定性,但是与AFDX中虚拟链路(VL)兼容的速率约束(RC)流量仍具有一定非确定性。传统用于AFDX网络实时性能分析的方法在考虑TT流量固定分区调度时隙的影响下已不再适用,为了保障RC流量的实时性能,分别提出了基于确定性网络演算和随机网络演算两种延迟分析模型。在确定性网络演算下,通过构造TT流量的聚合到达曲线和RC流量的服务曲线以得到RC的确定性延迟上界;在随机网络演算下,通过切诺夫(Chernoff)边界定理构造RC流量的两状态伯努利分布模型,得到概率保证下的延迟上界。对比实验结果表明:随机网络演算模型可以有效减小确定性网络演算模型对RC流量性能分析的悲观性,同时从一定程度上验证了两种理论分析模型的正确性。     

故障注入器功能设计

对于容错计算机的验证 ,必须模拟在系统运行出现故障的情况下 ,容错计算机对故障的检测、隔离和定位能力。所以 ,需要研究故障注入技术。故障注入是通过一定的方法 ,按照一定的控制 ,改变计算机内部硬件或软件的状态 ,使其出现预先定义的故障状态 ,由此触发容错计算机的故障逻辑 ,验证故障逻辑的功能和性能。     

作动器故障下的无人机容错控制方法

在执行任务过程中,无人机的传感器、作动器等均可能出现故障。文章针对常规布局无人机的作动器故障,提出了 1种反步法和控制分配相结合的容错控制方法。首先,建立无人机数学模型,并对作动器故障进行分类和建模;然后,根据模型设计反步最优控制器和基于控制分配的容错控制器;最后,通过仿真验证表明,所设计的容错控制方法能够实现作动器故障下的姿态快速稳定控制,且稳定性好,基本无侧滑角,各操纵面均在约束范围内,达到容错控制要求。     

武器系统完整性技术和标准的发展及影响

介绍了武器系统完整性技术的起源和标准的发展,简要分析了国内外武器系统完整性相关标准的技术内容,总结了国外武器系统完整性相关标准型号应用情况,在分析对我国武器系统完整性相关标准影响的基础上提出了发展思路和建议.     

基于解耦矢量控制的五相永磁同步电机容错控制策略

针对五相永磁同步电机两相开路故障的运行工况,提出了一种基于解耦矢量控制理论的故障容错控制策略.该策略通过在两相开路故障下的同步旋转坐标系内建立电机的数学模型,构造解耦变换矩阵,将电流控制中id和iq轴解耦,达到两相开路故障下容错运行的目的 .仿真结果表明,在五相永磁同步电机两相开路故障下,基于解耦矢量控制理论的故障容错控制策略能够实现电机驱动系统的高品质运行,具有控制简单、转矩波动小、容错能力强等优点.     

新一代仪器测试总线-LXI

以太网、标准PC和软件技术日益成熟,并在测试行业中得到了广泛使用.同时,随着IEEE1588网络同步标准的实施、网络接口的标准化普及,基于以太网技术的新一代模块化仪器平台标准-LXI将是新一代测试自动化总线技术标准.论文回顾了测量仪器总线的历史,通过分析LXI和VXI、PXI,给出了LXI总线的特点和优势,并对LXI总线的同步和触发进行了详细地介绍,最后阐述了LXI面临的一些问题,展望了LXI总线的应用前景.     

小型涡扇发动机分布式控制系统总线触发机制研究

为分析比较2种总线触发机制(时间触发和事件触发)对航空发动机实时控制的影响,以某小型涡扇发动机为对象,采用智能节点型分布式结构,构建了其分布式控制系统数字仿真平台;利用True Time/Matlab工具箱展开网络实时仿真研究,系统各节点通过CAN总线进行数据通信。以此仿真平台为基础,对2种触发机制下发动机的转速响应以及对应的时延统计结果表明:在事件触发机制下发动机转速超调量比时间触发机制下的大2.32%;在不同网络负载下,在事件触发机制下的时延大小和尖峰数均大于在时间触发机制下的。最终认为时间触发机制更适合于航空发动机分布式控制系统。     

基于重要性抽样的时间触发调度表生成方法

时间触发以太网(TTE)是分布式综合模块化航空电子(DIMA)系统互连中的骨干网络，需要生成无冲突的时间触发(TT)流量调度表。形式化SMT求解可以抽象地表述多种调度约束；但TT流量间，以及TT流量与分区调度之间存在作业链依赖关系，较复杂的约束会降低求解器的效率。将重要性抽样(IS)方法应用于TT调度表的启发式求解，通过统计“尽可能快”(ASAP)求解的尝试偏移量的经验分布，扭转该变量的抽样分布进行迭代寻优；并针对调度的可行性及作业链的及时性，将IS求解分为2个阶段进行。案例研究表明：第1阶段的IS会演化得出易于保证严格周期调度或抖动较小的尝试偏移量分布，第2阶段IS则会进一步根据作业链的最坏总延迟最小准则进行迭代优化，并且对于分区调度与TT流量调度存在或不存在同步关系的场景都具有适用性。