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。     

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。     

航空发动机双余度控制规律设计方法

提出了航空发动机双余度控制规律设计概念和一种利用双余度控制规律作为控制传感器信号故障处理策略的方法;建立了备份控制规律设计方法和设计原则,应用于某高性能涡扇发动机双余度控制规律设计研究之中.研究结果表明:双余度控制规律可以实现无扰动转换,重构控制回路,提高发动机的任务可靠性.该方法可以应用于配装数字式电子控制系统的各类发动机.      

飞机滚转运动的控制余度与重构效能

论证了独立操纵的左右平尾使飞机滚动运动具有较大的控制余度,它增加了飞机正常飞行时的滚转力矩,在飞行中副翼出故障时可进行补偿重构,从而提高了滚动通道的余度等级和飞行的安全性,为减少滚转通道的余度配置提供了依据,通过针对操纵面失效和卡死两类故障的重构设计和仿真也证实了上述结论,同时,初步比较说明了自修复飞控系统在上述故障下的任务可靠性和基本可靠性均高于传统控制系统。     

飞控系统余度信号奇异故障处理策略研究

飞机机翼、操纵面的对称性设计,决定了飞控系统传感器、计算机和舵机等部件在飞机上分布式对称安装并选择偶数n 余度的体系架构。余度部件生产关系的平衡分工,不同厂家设计、制造的差异,不可避免地出现“两派对立”的偶数分离和“互不认可”的奇异故障。本文提出了中位数表决、变化量记忆、余度重构等基础理论,给出了极端信号大概率故障判据,研究论证了这些基础理论和判据的科学原理。为四余度信号“2∶2 不确定故障、1∶1∶1∶1 多故障”、三余度信号1∶1∶1 多故障和二余度信号1∶1 故障,提供了有效的表决监控方案。     

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。     

双余度机电静压伺服机构的故障隔离与重构技术研究

针对高可靠应用需求,介绍一型双余度机电静压伺服机构试验样机,采用一台非对称式液压作动器及与其集成于一体的两套伺服电机泵驱动组件。重点分析了余度机电静压伺服机构故障隔离和重构技术方案,采用含M型工位的两位四通电磁换向阀实现故障通道的隔离与卸荷,提出故障工况下将剩余正常通道的位置误差比例增益加倍的控制律重构方法。理论分析和故障模拟试验数据表明,双余度机电静压伺服机构具备突出的可靠性设计优势和良好的故障容错能力,具有应用于载人航天运载火箭的价值。     

飞行传感器的故障检测与识别

 飞行传感器是飞行控制和导航系统中的薄弱环节,它们的故障率一般是比较高的。为了提高系统的可靠性,对传感器的故障应能实时地检测和识别,并重构传感器所测量的信号(修正)。为此,在系统中常采用传感器的硬件余度和解析余度。本文介绍了飞行传感器硬件余度和解析余度的原理以及几种实用的余度方案,对解析余度中的统计决策原理和故障检测的鲁棒性问题也作了简单介绍。     

一种机载电子设备双余度智能供电方案设计研究

机载电子设备综合化程度越来越高,对供电系统可靠性和安全性要求也提出了很高的要求。给出一种余度供电设计方案,采用外部及用电LRM模块两级余度供电输入设计,通过智能电源管理对供电系统进行重构管理、故障监测、故障隔离,可实现机载设备供电系统一次故障工作、二次故障安全的要求。验证结果表明,设计能够大幅提高综合化机载电子设备供电...     

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。     

余度结构和余度管理方式对飞行控制系统可靠性的影响

在余度飞行控制系统特别是主动控制系统的研究中,为了探讨余度系统的设计优化问题,需要从可靠性预测和分析,余度管理策略和管理方式以及系统部件的电路学等多方面着手。这些复杂的研究内容可以概括为     

波音777飞机高升力控制系统余度管理分析

飞行控制系统普遍采用余度技术来提高自身的任务可靠性。余度部件效能的发挥程度主要取决于余度管理策略和方法。根据波音777飞机高升力控制系统的基本构架,通过在线监控与信号表决相结合的方法对系统余度管理方法进行研究。在余度管理方法的设计过程中,充分考虑了布线技术、硬件设计技术及与软件相结合的方法,不但简化了襟缝翼控制器的硬件设计,同时也简化了控制器软件的设计难度,提高了系统可靠性,所用到的方法对同类系统设计有一定的参考价值。     

航空发动机三冗余数字控制器软件设计

所设计的控制器由3个完全相同的控制通道构成,每个控制通道的硬件系统由2片TI公司的TMS320F2812DSP及其外围电路组成,其中的1片主要用于控制律计算、控制量输出,同时兼顾部分数据采集,另1片用于余度数据管理、数据采集以及部分控制量输出;软件系统是在TI公司的集成开发环境CCS2.1平台上用C 代码编写的。2套DSP软件程序由时序逻辑及任务调度、数据采集、通信、余度数据管理、控制律计算、结果输出和过程数据保存等模块,经优化组合而成。该系统较单冗余和双冗余系统具有更高的可靠性。     

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。     

Enhanced space integrated GPS/INS (SIGI)

Safe, reliable, and low cost space-based navigation is being provided with embedded INS/GPS systems such as the space integrated GPS/INS (SIGI). The SIGI is being used for various space vehicle applications such as launch vehicles, orbital vehicles, and re-entry vehicles. This paper describes current space vehicle navigation capabilities. The SIGI is being enhanced to provide additions to these existing capabilities with such items as higher processing and a commercial-off-the-shelf operating system. This will allow hosting of various software applications such as advanced navigation functions, flight control, guidance and vehicle management algorithms. The SIGI can host redundancy management functions by incorporating a cross channel data link card (CCDL) using a high speed firewire bus. The SIGI can then be used as a redundancy management platform which has application to current space vehicle avionics topologies incorporating distributed processing architectures     

A fault-tolerant air data/inertial reference unit

The fault-tolerant air data/inertial reference unit (ADIRU) described is a key part of a fault-tolerant air data/inertial reference system (ADIRS) designed to be the inertial and air data reference for the ARINC 651 Integrated Modular Avionics (IMA) distributed architecture. The ADIRU has been designed to meet the commercial aviation market demands for low life cycle cost and high integrity fault detection, fault isolation, and redundancy management. The ADIRU's internal redundant resources provide quad channel redundancy that is one level higher than conventional triple redundant systems, allowing it to provide deferred maintenance capability. Robust partitioning, simple serial internal interfaces, and simple voting planes ensure that internal redundant components are properly utilized to provide high integrity system outputs. This relieves systems using it from having to perform their own redundancy management of the air data and inertial outputs from multiple sources required by conventional systems     

实时高可用测控集群管理控制节点设计

为提高飞行器试验任务中的实时测控数据处理能力,满足高并发、大容量、强实时、高可靠的试验数据处理需求,基于实时操作系统建立了一个计算功能强大、实时性强、可靠性高的测控集群系统。为实现实时测控集群系统的原型开发,通过研究负责节点管理和任务分配的集群管理控制节点的功能,分别对系统监控软件、负载均衡软件和人机交互软件的详细设计方法开展了研究,重点解决了节点信息收集、任务分配、负载均衡、双工冗余热备份、人机交互、节点控制等技术难题,保证了实时测控集群系统的实时性和可用性,为系统软件原型开发奠定了技术基础。     

余度飞行控制系统的仿真研究

 余度技术是提高飞行自动控制系统可靠性的有效手段。本文通过对一种三余度控制系统的仿真研究,评述了信号选择器、比较器与主备式余度舵机的性能要求,分析了它们在故障的瞬态、故障监控的覆盖与减少误切除等方面的效果。     

抵御中心机系统异常风险的策略研究

为解决因中心机异常可能造成的飞行器试验指挥控制失灵问题,研究物理与信息冗余相结合的解决策略,通过规避导致软件系统瘫痪的数据处理周期,自动接收飞行器起飞时间,人机结合判断系统故障等技术,采用异构备份方法,构建了一个具有异常控制机制的中心机系统。当中心机系统异常导致瘫痪故障时,该系统可在数秒内使数据处理功能恢复正常并完成后续任务,抵御中心机系统异常带来的风险,提高了中心机系统的可靠性。