余度飞控计算机可靠性分析及其改进

综述了飞控计算机的工作任务、余度结构以及可靠性，结合新一代飞控计算机对高可靠性、实时性的要求，及目前飞控计算机余度构型进行了比较和可靠性分析，并提出了改进的三余度比较监控结构。     

多源冗余容错导航计算系统的设计与实现

常规无人机在余度配置传感器的信号处理、余度管理、故障检测与隔离等环节占用飞控计算机过多运算资源,增加了飞控计算机的整体负荷,致使全系统可靠性降低;与此同时,传统的传感器余度配置方案和导航计算机余度设计在工程中存在方案不完备和实时性较差等局限性。鉴于此,提出一种多源冗余容错导航计算系统的解决方案,给出系统的软硬件设计方法,并基于非相似余度技术设计多源冗余传感器硬件和软件滤波算法,采用双CPU+FPGA的架构设计多源冗余容错导航计算机硬件平台以及模块化软件架构,实现了系统的软硬件的开发。经过实际测试和试验,验证了系统具有通信速率快、可靠性高和稳定性好等特点,满足了高可靠性飞控系统对新型组合惯导的需求。     

余度飞行控制计算机的组成架构分析

从余度技术的概念与设计思想入手,介绍了二余度与三余度的飞控计算机组成架构。设计了三余度飞控计算机的硬件体系,并对其组成部分如CPU的选型、总线的确定进行了论述。余度飞控计算机具有很强的容错能力,使得在飞机发生故障时,余度飞控计算机能够快速准确地检测并隔离故障,采取重构策略,确保飞机能够继续执行任务或安全返航。     

大型民机的非相似余度飞控计算机研究

 对中国自主研制的大型民机的余度飞行控制系统进行基础技术研究,设计了一套适合民机电传(FBW)系统的余度飞控计算机(FCC)新方案。提出了民机余度飞控计算机的2个设计准则：满足系统的可靠性指标和满足FO/FO/FO容错等级。然后根据这2个基本准则,给出了民机余度飞控计算机设计的7个建议,从而确定了民机余度飞行控制系统的余度数和余度结构：新型民机的余度飞行控制系统可采用非相似四余度,每个余度通道由两个支路构成比较监控结构,每个支路运行2套软件,保证软硬件系统的可靠性均衡。还确定了民机余度飞行控制系统的工作方式,使用Petri网分析了新方案的可靠性,并与B777和A320的余度飞控计算机进行了比较。     

非相似余度飞控计算机

从容错的角度介绍了Boeing777和A320的数字飞行控制计算机系统。Boeing777和A320的飞控计算机都采用了非相似的余度技术,能容忍软件和硬件的共态故障,但在每个计算机的功能分配和整个飞控计算机系统的余度结构编排等方面体现了各自的特点。用广义随机Petri网描述了Boeing777余度结构和容错动态过程,并进行了系统的可靠性计算和容错度分析。针对中国"大型飞机"容错飞控系统的设计作了分析和建议。     

直升机飞控系统的计算机冗余设计

本文以某直升机飞控系统为对象，以飞控计算机为中心，围绕系统的余度配置、容错设计原则、中断处理算法、重构、故障检测和灾难性故障的钝化处理等方面的内容，展开讨论。双余度直升机数字飞行控制系统的安会可靠度，是通过硬件和软件实现的容错技术而获得，它根据系统实际需求。采用硬件和软件相似余度设计，最大限度利用飞控计算机自监控和双余度信号比较监控能力；最终使系统达到无故障工作／故障安全。     

某三余度计算机及其接口模块工作模式设计

对于大型无人机系统来说,三余度电传飞控系统具有最合理的性价比。介绍某大型无人机三余度飞控计算机系统的总体设计和实现方案。系统采用相似三余度容错结构,通过高速交叉通道数据链和同步技术保证不同余度之间控制输出的时间和空间一致性。为增强系统处理能力,采用智能接口模块分担主CPU的工作,智能接口模块具有独立的BIT功能,采用双口存储器实现与处理器模块信息交互,硬件接口支持软件动态可配置。     

双余度飞控计算机的设计与实现

双余度飞控计算机，是用于K8教练机变稳系统数字式电传控制系统的核心部件．它是采用两个完全相同构型的通道组成的容错计算机系统，两个通道的计算机同步执行同组一任务，在故障／安全的工作模态下，实现对飞机的飞行控制．     

长航时无人机飞行器管理计算机设计研究

高高空长航时无人驾驶飞机对其任务可靠性和安全性提出了极高的要求,而飞行器管理计算机是保证飞机安全和任务执行的核心部件.飞行器管理计算机采用合适的冗余配置可以有效地提高可靠性和安全性.探讨了一种基于三模冗余(TMR)结构的相似余度容错计算机,描述了计算机的硬件组成以及为满足可靠性要求所采取的任务调度和余度管理算法.在计算机综合化小型化以及调试测试方法方面所进行的创新使计算机具有良好的测试性和维修性并能够适应未来航空电子发展的需求.     

双双余度飞控计算机架构设计及实现研究

飞控计算机的可靠性与安全性是飞机飞行安全的重要一环,通过对余度技术的分析,确定了余度架构设计的方法;对双双余度架构的功能、信息交互等进行设计;基于上述研究,对软件功能进行划分,设计软件执行结构;研究了余度管理的策略。该双双余度架构设计提高了飞控计算机的可靠性与安全性,对飞控计算机的余度设计具有重要参考意义。     

设备运行过程故障容错控制研究

将故障诊断与容错技术相结合,提出了利用检测的故障信息对设备运行中的故障进行容错控制的设计方法,并对几种容错控制方案及其实现进行了分析和讨论,最后给出了一个工程实例。     

故障容错光交叉通道数据链路的可靠性

光交叉通道数据链路(OCCDL)是光传飞行控制系统余度计算机之间进行数据交换的重要途径.为了提高OCCDL系统的可靠性,提出一种新的具有多链路故障容错能力的OCCDL系统.给出了该OCCDL系统的结构配置,分析了系统正常工作和故障工作情况下的工作流程,设计了系统光开关故障、光链路等关键部分的故障容错逻辑,建立了基于马尔...     

综合化飞行器管理计算机技术研究

目前国外新一代飞机的设计中,为进一步提高飞机的性能,同时降低系统费用,采用飞行器管理系统综合管理包括飞行控制、发动机控制、机电公共设备管理等飞机平台的功能.飞行器管理系统核心是飞行器管理计算机,细粒度可配置飞行器管理计算机不同于以往基于通道容错的计算机系统,它是基于模块级容错的计算机系统,细粒度可配置飞行器管理计算机设计利用综合化技术,通过采用通用的、标准的模块,提高系统的可靠性和可用性.它既要具有飞行控制系统的多余度安全,同时又需要满足发动机控制、机电管理等不同系统、不同余度配置的安全要求.另一方面飞行器管理计算机从系统结构、容错技术等方面要适应不断变化的微电子技术和计算机技术的发展,保持飞机平台具有相对的稳定性,更要具有灵活的系统配置能力.主要介绍了细粒度可配置飞行器管理计算机体系结构、软件要求、容错结构的实现.     

Real time recovery of fault tolerant processing elements

A critical problem in the design of ultra-reliable fault tolerant systems is that of how to bring a redundant member back on-line, after a transient fault, without degrading critical real-time functions. Recovery from transients is imperative to maintain necessary system reliability in the face of transient errors which have been estimated to occur at a rate of 5 to 100 times that of permanent failures. Excessive delays associated with recovery become a problem when as much as 1 Mbytes of RAM in the faulty processor must be made congruent with the processing majority while maintaining full functionality of critical, real-time control algorithms. This paper describes a hardware assisted recovery technique which uses memory “tags” to determine which memory segments need to be restored such that recovery can be performed incrementally without affecting real-time operational tasks. Also presented is performance data associated with this technique's application to a Draper Laboratory quad-redundant processor responsible for vehicle control of a manned undersea vehicle     

电力作动器用高可靠性永磁容错电机控制系统的设计及其试验分析

针对电力作动器的高可靠性要求,结合转子磁钢采用离心结构的六相十极永磁容错电机(FTPMM),提出一种基于电流直接控制法的容错控制系统。当电机绕组或功率管发生断路及短路故障时,系统无需硬件故障辨识信号及软件算法切换就可实现系统的强容错功能,即故障后电机输出转速不变,输出功率与发生故障的相数有关,当电机系统出现一相、两相、三相故障时,电机分别可输出100%、80%、60%的额定功率;设计了一台750 W六相十极永磁容错电机的原理样机及其全数字化控制器,证明了该容错控制策略的正确性及整个电机控制系统的强容错性及可行性。     

电力作动器用高可靠性永磁容错电机控制系统的设计及其试验分析

 针对电力作动器的高可靠性要求,结合转子磁钢采用离心结构的六相十极永磁容错电机(FTPMM),提出一种基于电流直接控制法的容错控制系统。当电机绕组或功率管发生断路及短路故障时,系统无需硬件故障辨识信号及软件算法切换就可实现系统的强容错功能,即故障后电机输出转速不变,输出功率与发生故障的相数有关,当电机系统出现一相、两相、三相故障时,电机分别可输出100%、80%、60%的额定功率;设计了一台750 W六相十极永磁容错电机的原理样机及其全数字化控制器,证明了该容错控制策略的正确性及整个电机控制系统的强容错性及可行性。     

综合容错飞行控制系统的设计与仿真

将主动容错控制与被动容错控制相结合,提出了一种综合容错飞行控制系统的设计方法。首先利用基于凸优化的线性二次型控制器构造可靠控制系统,然后通过故障检测滤波器对执行机构进行故障检测分离,并使用伪逆法重构控制律。仿真结果表明,该方法提高了飞行控制系统的可靠性。     

航空发动机内置式永磁容错发电系统的研究

针对内置式航空发电系统高功率密度、高可靠性和高输出性能的要求,提出了基于三相四桥臂的航空用永磁容错发电系统。利用永磁容错电机大电感的特点,改进了传统弱磁控制算法,提出了简单高效的直轴电流I_d解析法弱磁控制,通过实时计算弱磁电流给定实现了宽速范围（3倍额定转速）内的恒压发电控制。同时,根据容错电机磁隔离的特点,以保证故障前后电机定子磁场为圆形旋转磁场为前提,结合电压空间矢量脉宽调制（SVPWM）算法实现了单相断路或短路故障的容错发电控制。通过MATLAB仿真验证了控制算法的正确性。最后,对一套7.5 kW永磁容错发电系统进行了算法验证实验,验证了I_d解析法弱磁控制和容错控制的可行性,为后续的系统性能测试打下基础。     

Fault tolerant attitude control of under-actuated spacecraft: Theory and experiment

This paper investigates fault tolerant attitude control theory and experiment for under-actuated spacecraft with one reaction wheel completely broken and two others suffering actuator faults of partial loss of effectiveness or bias. A non-smooth robust adaptive fault tolerant control law is proposed under the zero-momentum and input saturation conditions. It shows that the available reaction wheels need to produce sufficient control torque for the fault tolerance. Such a new control method is implemented in a semi-physical simulation system of an air-bearing platform. Experimental results show the effectiveness of the proposed method in spacecraft practical engineering.