冗余设计技术在运载火箭飞行控制系统中的应用(二)

冗余容错技术是提高运载火箭飞行控制系统可靠性的重要手段。本文针对飞行控制系统的应用特点 ,对冗余技术在工程应用中需要解决的四个方面的内容 :冗余结构 ,判别准则 ,检测方法和无共因失效设计进行了论述。     

飞行容错控制系统中的关键技术

在航空航天飞行器设计中，随着主动控制技术、随控布局及电传操纵系统的普遍采用，飞行控制系统的地位变得更为重要。系统容错、冗余技术是为飞行控制系统的高可靠性要求而被提出来的。本文就飞行控制系统的三大组成部分（飞控计算机、伺服机构、传感器）中容错、冗余技术应用的一系列关键问题进行了探讨，提出了飞控系统的冗余配置方案，一种解决冗余系统同步问题的新方法、消除系统交联隅合的措施以及冗余系统中各通道间信息传输的     

运载火箭制导系统冗余设计技术研究

针对提高运载火箭飞行控制系统可靠性问题，从制导系统角度给出了两种系统级冗余方案，对其冗余配置、可靠性、冗余管理、故障检测和隔离、系统同步问题进行了讨论。     

运载火箭飞行控制软件的多任务设计方法

为适应新一代运载火箭电气设备数字化、智能化的发展，提出了基于嵌入式实时操作系统的飞行控制软件多任务设计方法。设计了飞行控制、数据管理、精确关机等任务，根据实时性要求设置了相应任务的优先级；设计了飞行控制任务在三冗余处理器中一致性运算的机制；提出了控制周期内多任务共用临界资源的约束性要求作为冗余同步运行的余量指标。本文设计的多任务已在新一代中型运载火箭飞行试验中得到验证。     

雷神自动化系统故障处理及分析

雷神自动化处理系统由许多服务器和工作站组成，包括双冗余的RDPS、FDPS和DRA服务器，能同时接收多部雷达数据和飞行计划数据，通过冗余的以太网连接各个操作席位(SDD、FDD、CMD)即客户机，管制员观察屏幕上的飞行数据指挥飞行。     

双捷联冗余技术在长征二号丁运载火箭上的研发与实践

介绍了双捷联冗余技术在长征二号丁(CZ-2D)运载火箭上的研发与实践。阐述了采用双八表惯组和光纤惯组的必要性,以及激光/光纤双捷联惯组的优势。给出了基于采用主从冗余设计的激光/光纤双捷联控制系统的组成,以及突破的故障诊断与决策、全方位发射、组合导航、方位瞄准及参数测量、三CPU冗余计算机等关键技术。飞行试验验证了双捷联冗余技术总体设计的正确性。展望了运载火箭惯导技术中二度故障重构率提高、组合导航改进、双捷联主备份互换、大角度空中滚转定向、十表惯组应用等的后续发展。双捷联冗余控制系统的应用,提高了全箭飞行可靠性和任务适应性,以及入轨精度,减轻了火箭末子级的质量,增大了运载火箭的运载能力,为光纤惯组在运载火箭中的应用积累了成功子样。     

平台-捷联冗余姿控系统设计

从系统冗余的角度研究了提高运载火箭姿态控制系统可靠性的途径 ,介绍了平台 -捷联主、从式冗余姿态控制系统的组成和工作原理及故障诊断、切换和重构的模式。对平台 -捷联冗余方案进行了半实物仿真试验 ,试验中用典型致命性故障模式分别在几个特征秒和不同通道加入系统 ,记录和观察飞行过程中姿态控制系统对故障的适应能力和响应特性 ,同时研究了故障诊断阈值等对系统的影响。仿真试验证明 ,冗余方案正确、可行 ,在主、从系统出现一度故障的情况下 ,系统控制软件能正确诊断出故障 ,并且把故障部分切除 ,使系统处于稳定飞行状态     

双CPU环境下飞行控制软件的设计

本文介绍运载火箭飞行控制软件在双ＣＰＵ冗余硬件配置下的可靠性设计和可靠性指标分配的方法。文中提到的部分技术经过了实验的检验，证明是可行的     

航天飞机的导航和制导问题

航天飞机的导航、制导和控制是保证其可靠性的重要方面.导航、制导和控制系统必须采用冗余技术,具有较强的冗余管理功能.航天飞机的飞行通常分为上升、轨道运行和再入返回三大段.详细叙述航天飞机发射前的初始校准和对准,上升段、轨道飞行段和再入返回段的导航、制导问题.     

美国“双子星座”运载火箭的载人安全考虑

为确保“双子星座”运载火箭的载人飞行，大力神Ⅱ运载火箭在硬件方面作了重大设计改进，安装了冗余部件和分系统以及增加故障诊断等系统。     

控制系统冗余测试技术

本文论述了对复杂控制系统实施冗余测试的必要性、冗余测试系统的设计原则、冗余测试系统设计中必须解决的几个关键技术问题。最后,作为实例,简要介绍了我国火箭控制系统第一个比较完善的冗余测试系统—CZ—3冗余监测系统的设计及应用情况。     

星载TWTA备份环开关切换的遗传算法研究

通信卫星在轨运行时,行波管放大器发生故障,如何准确快速切换到备份放大器是卫星运营商十分关注的问题。文章提出了一种基于遗传算法的星载功率放大器的备份环开关切换方案,通过编码将开关及其位置信息融入染色体中,根据设计的适应度值计算来判断染色体即开关切换方案的优劣,采用选择-交叉-变异的循环来模拟生物种群的繁殖、竞争、淘汰、平...     

提高控制系统可靠性惯性仪表冗余方案分析

叙述了提高控制系统可靠性惯性仪表冗余的几种典型方案，对它们的优缺点进行了分析、比较。最后，提出冗余的一般准则和注意事项。     

捷联惯导陀螺仪冗余配置研究

为有效提高捷联惯导系统的可靠性，研究了捷联惯导陀螺仪冗余配置的原则和结构方案对比，选择及相应的可靠性评估与系统优化，通过采用加权最小二乘法等数据处理方法，给出了计算结果。结果表明工程上捷联惯导陀螺仪冗余配置应当而且能够实现系统最优化设计，选择最优配置结构。     

多波束天线有源补偿技术

文章针对传统多波束天线馈源功率放大系统的不足,介绍了一种有源补偿多波束天线,给出了有源补偿多波束天线的结构和有源补偿的实现方法,仿真验证了方法的可行性。     

传感器故障诊断方法研究

对近年来传感器故障诊断和信号恢复的方法，包括硬件冗余、分析冗余和人工神经网络方法作了总结，并指出了它们的优缺点便为进一步研究传感器故障诊断和信号恢复方法提供启示。     

适于多自由度自适应机械人的可自现冗余的控制结构

多自由度机器人在未知或动态环境中的动作控制一般都采取混联方案。这种方案由数个自适应控制器构成,而发现这些服务于子任务的子控制器是否存在冗余是非常重要的。本文提出一种能够自动地发现自身冗余的子自适应控制器,并给出了初步的仿真结果,以证明该方案的有效性。     

基于四元数估计角速率的陀螺故障定位

当卫星速率积分陀螺的配置冗余度不满足一致性检验条件时，不能单纯利用硬件冗余实现陀螺的故障定位。鉴于角度和角速度敏感器的输出通过卫星运动学相关，本文利用姿态测量敏感器的输出来诊断陀螺故障。首先根据姿态测量敏感器的输出得到卫星姿态四元数，进而根据四元数动力学方程得到粗略的姿态角速度信息，并将此角速度作为输出信息用于对卫星动力学方程的滤波，从而得到较精确的角速度信息，为单冗余度陀螺组件的故障定位提供解析冗余信息。利用四元数方法可以避免出现奇点。仿真结果证明了该方法的有效性。     

欠驱动余度机械臂的非完整冗余特征研究

欠驱动技术在航天领域有重要应用价值。针对空间机器人系统,研究了欠驱动冗余度机械臂的"非完整冗余"特征和无碰撞路径最优运动规划方法。这种系统对于给定的机械臂末端位姿,其冗余特征不便通过传统意义上的运动学"自运动"来刻画,但是因机构自由度数大于工作空间维数,系统的冗余特征可通过动力学水平的控制体现出来。基于李雅普诺夫方法,提出一种欠驱动冗余度机械臂的无碰撞路径最优规划方法,揭示了这种机器人系统的"非完整冗余"特征,通过平面3连杆机械臂进行了仿真。