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。     

容错软件可靠性故障树分析方法

在关键的场合,要求使用容错软件技术(包括非相似设计技术和恢复块技术)实现高可靠计算机系统。对一个计算机系统的可靠性分析可以使用各种技术,而故障树方法是在工程上比较常用的一种技术。故障树技术应用于硬件系统是比较成熟的,而这里针对三余度非相似余度计算机,将故障树技术应用在这个系统上,并给出了最小割集,在每个底事件的可靠性评估之后,就可以评估出整个非相似余度计算机系统的可靠性。     

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。     

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。     

机载大屏幕显示器的余度设计及余度管理

余度技术是系统或设备获得高可靠性的设计方法之一。为了显著提高系统的任务可靠性,当系统发生故障时,余度系统能够自动完成系统重构,继续正常工作,从而提高了飞机的任务可靠性和安全性。本文从余度设计的概念出发,通过对余度等级、结构、数目及层次等几个方面对余度设计进行分析,结合某大屏幕显示器余度设计,给出了余度设计的基本方法,提出了一种余度管理方案,该设计思想也可用于其它机载设备中。     

无人机横侧向飞行控制系统研究

采用非相似余度设计思想,建立了无人机横侧向控制系统.对典型故障模式的控制系统进行了分析,结果表明该系统不但具有较好的控制品质,而且对单通道控制故障引起的干扰具有较好的抑制能力,可有效解决副翼故障可能导致的飞行事故问题,从而提高系统的可靠性.     

电传飞行控制系统的余度设计技术

余度设计是提高电传飞行控制系统安全性与任务可靠性的一种重要手段。对电传飞行控制系统中的余度设计内容进行了介绍,探讨了这一领域的一些重要问题。主要内容包括相似余度,非相似余度,解析余度,功能冗余设计技术。对其核心技术和研究难点进行了分析,为进一步研究打下了基础。     

一种襟缝翼控制计算机余度架构设计

针对高升力系统中襟缝翼控制计算机的余度架构进行基础技术研究,设计了一种可靠性高、可抑制共模/共域故障、成本合适的新的余度架构。提出了襟缝翼控制计算机的通道结构与驱动分系统结构紧耦合,分析了3种主流余度模型,从而确定了襟缝翼控制计算机余度架构的通道结构和支路结构：新余度架构采用双通道模式,满足驱动分系统的驱动方式需求,每个通道内部将襟翼和缝翼功能进行物理隔离,功能通道内部由2个支路构成命令-监控结构。同时设计了新余度架构的工作方式,并使用广义随机Petri网分析了新余度架构的可靠性。     

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...     

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。     

非相似性余度在飞机ABS控制器的应用

在飞机ABS控制器设计中引入非相似余度设计,采用不同的结构模式及工作原理,对发生的故障进行检测、隔离和定位,从而避免共性故障发生,提高飞机刹车系统控制的可靠性.     

同步/异步飞控计算机机制研究

飞行控制系统是影响飞机飞行安全的关键系统,为了满足安全可靠性指标要求,一般采用多余度设计。保证多余度系统协调工作是余度系统需要重点关注的问题。当前有2种余度计算机机制,即同步计算机机制和异步计算机机制。文中分析了同步计算机机制和异步计算机机制下的基本架构、工作原理和故障监控等策略,对比了2种机制的优点和缺点,为飞控系统设计提供借鉴。     

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.     

新一代飞控计算机余度构型

飞控计算机广泛采用容错技术达到高可靠性指标,随着可靠性要求的日益提高,必须引入新的容错结构以及余度构型。本文结合析一代飞控计算机对高可靠性、强实时性的要求,对比目前飞控计算机的容错结构以及余度构型,提出了三种三余度构型方案,并对其故障模式进行了分析。在此基础上针对三种方案之一介绍了一种分组优先级剥夺调度算法,给出了详细说明。最后对比了这三种新的三余度方案的优缺点,为容错飞控计算机的发展提供了构型、算法的参考。     

余度舵机系统的性能降级与可靠性分析

余度舵机是电传飞控系统的关键部件,其通道间存在着较严重的力纷争现象。在建立四余度舵机数学模型的基础上,研究了力均衡算法,对四余度舵机一次故障、二次故障情况下的性能降级和可靠性进行了仿真分析。仿真结果标明,优化的力均衡算法可以有效解决力纷争的问题,四余度舵机可以在一次故障、二次故障的情况下持续工作。采用动态故障树分析方法进行了四余度舵机可靠性分析,证明了其具有非常高的可靠性。     

非相似余度计算机系统及其可靠性分析

在许多应用领域如民用运输机的飞行控制系统、铁路交通信号控制等,对计算机控制的可靠性都提出了极高的要求。本文详细介绍了一个非相似余度计算机系统(NVFT)结构,同时应用一种简化的马尔可夫模型对其可靠性进行了分析。     

侧向自动着舰引导控制L1自适应设计

针对具有不确定性及外部干扰的着舰轨迹精确跟踪控制问题,提出了一种对侧向自动着舰引导控制内外回路进行综合化设计的方法.使用特征结构配置实现侧向模态解耦跟踪控制,同时设计L1自适应控制器以补偿系统由于不确定性、舵面故障、舰尾流干扰带来的不利影响,将其应用到侧向自动着舰控制系统.仿真结果表明,对内外回路进行综合设计的着舰引导控制律具有抑制不确定性及干扰的能力,能够实现对侧向自动着舰轨迹的精确跟踪控制.     

临近空间艇载计算机余度管理策略研究

平流层飞艇是可靠性要求很高的系统,需要由具有容错能力的艇载计算机来进行控制和管理。针对艇载计算机采用的余度结构进行了软件管理策略的研究和设计,提出了基于异构总线的握手机制节点故障检测方法、基于“看门狗”与“心跳”相结合的 CPU 故障检测方法、基于节点健康矩阵的互援式总线重构方法及基于有限状态机的多 CPU 并行处理系统自适应重构方法。故障注入试验表明,艇载计算机在遇到故障时能实时检测出故障,诊断故障类型,并对故障进行处理,实现系统重构,保证了平流层飞艇长期驻空时的安全飞行。     

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。     

三余度迎角传感器可靠性分析及重构技术研究

受限于安装空间,本文提出了一种三余度迎角传感器配置方案,并对其进行可靠性分析,基于严苛情况下余度全故障或出现奇异故障时的考虑,提出一种控制律故障重构方法,通过仿真计算,分析其对系统的影响。研究表明,该方法可满足设计要求。