冗余直接驱动伺服作动系统建模与特性分析

为了提高数字式直接驱动伺服作动系统的可靠性,对系统进行了余度配置,电气部分采取三余度,机械部分采取二余度,设计了伺服作动系统的余度配置和管理方案.对系统的机理进行了深入研究,建立了二余度阀控液压缸、三余度直流无刷电动机等系统各部分的数学模型,分析了余度配置对系统的可靠性和动静态性能的影响.基于Matlab的仿真平台Simulink对冗余伺服作动系统进行了仿真分析.结果表明,系统在电气二次故障、机械一次故障的情况下仍保持较好的动态特性,系统的余度配置和管理方案使系统可靠性得到提高,动静态性能得到改善,为冗余直接驱动式伺服作动系统的研制提供了理论依据.      

空间计算机冗余架构可靠性分析比较

采用冗余架构,是改善和提升空间计算机可靠性的一个重要途径。目前在工程中对不同架构可靠性的对比,尤其是相对复杂的架构,多仅限于形式上的粗略分析,缺乏定量比较。对6种典型空间计算机冗余架构(双机冷备、双机热备、TMR、动态重构TMR、2+1三机、四机)分别建立马尔可夫链数学模型,推导出上述各冗余架构可靠度的计算公式,并以一个虚拟的5年期任务为背景,对这些架构的可靠度进行了仿真计算、分析和比较。仿真结果表明:具有冷备资源的冗余方案可获得相对高的系统可靠性;让故障节点具有从故障中恢复正常功能的能力和短的修复时间,能大幅提升系统可靠性。     

一种嵌入式大气数据系统余度设计方案

针对嵌入式大气数据系统,从系统余度设计和数据解算余度设计两个角度进行分析,并提出解决方案。系统余度设计方面,介绍了测压点余度设计方法,并提出一种基于计算机内总线的双余度嵌入式大气数据计算机架构,使得系统设计余度在两余度以上;解算算法余度设计方面,建立参数测量模型,并推导了利用风洞数据进行参数解算的方法,得到参数后可应用最佳线性最小方差无偏估计对大气数据进行在线实时估计。     

航天电子设备可靠性评估方法研究

建立了一种综合利用航天电子设备分系统可靠性信息和试验数据以及整机系统试验数据的Bayes可靠性评估方法.该方法利用最大熵方法融合分系统可靠性信息,推导了从分系统可靠性矩到系统可靠性矩的计算公式,然后建立了基于继承因子ρ的混合β先验分布,结合整机系统试验数据确定后验分布,最后,基于后验分布推断航天电子设备可靠性.采用该方法对航天电子设备可靠性进行了评估,当整机系统试验数据为240次时,航天电子设备在置信水平0.70的情况下可靠度可达到0.9991,所要求的整机系统试验次数比经典方法约降低了4/5.     

1553B总线控制器编解码设计

1553B总线以其可靠性高、实时性好的优点被广泛应用于航天领域.针对目前中国采用进口芯片实现1553B通信存在的弊端,这里采用FPGA来实现1553B通信.当前1553B解码器只支持正负信号同时输入.本文对解码器进行改进,实现支持只正端信号输入、只负端信号输入和正负端信号同时输入三种模式.根据1553B编码器和解码器的设计过程和工作原理对所提方案进行测试.结果表明,本文设计方案与采用进口芯片的方案相比,测试结果一致性良好.经过大量测试,这里设计的具有自主知识产权的1553B IP核运行稳定,能够满足航天工程化的要求.      

一种新型的多路数据总线的误码率计算

MIL－STD－1553B数据总线基带电缆传输系统是实现总线控制器（BC）与远程终端（RT）之间进行信息传输的通道，它对整个系统的传输质量和通信的可靠性都起着十分重要的作用，同时它也直接影响电磁兼容性等有关的技术指标，要保证足够低的误码率和实现高可靠性的数据通信，合理地选取信噪比的数值这是尤其关键的，它取决于正确的信噪比与 码率的关系，由于现有文献的误码率计算是基于抽样判决方式所得出的，它不适用于象采用幅度判决方式的这类数字传输，故需要寻找一种新型的误码率计算方法。在本文中，我们对1553B数据总线的误码率进行了新的分析和计算，给出了合理的信噪比与误码率的关系曲线。本文的研究结果对1553B总线收发器的设计具有实际的指导意义，可供总线电缆传输系统设计人员参考。     

基于ASIC技术的1553B IP核的设计

针对卫星轻小型化的应用需求和现有1553B总线接口设计存在缺陷的问题,提出一种面向航天器综合电子的1553B总线协议ASIC芯片设计方案,并介绍了自主研发的1553B协议IP核设计. 1553B IP核采用自顶向下的设计方法,使用Verilog硬件设计语言进行编程,实现了1553B总线中的总线控制器BC和远程终端RT功能. 分别从1553B IP核总体框架、BC/RT共享模块、BC功能模块和RT功能模块详细介绍了IP核的设计.1553B IP核设计完成模块仿真验证、ASIC芯片系统仿真验证和FPGA验证,通过DDC的1553B板卡对设计进行验证,误码率小于10-9. 实验结果表明,本IP核设计具有可靠性高、可移植性强、资源占用少、实时性好的特点.      

卫星载荷1553B总线数据接口的设计与实现CSCD

卫星载荷总线数据流接口的实现对于卫星载荷数据流的传输体制能否正常工作起着关键性的作用,设计合理的数据流管理方案对于卫星载荷之间的正常通信至关重要。MIL-STD-1553B总线数据传输速率高,实时性好,具有合理的差错控制措施和特有的方式命令,适合星上大数据量的传输任务和特定环境的需求。本文使用龙芯配置卫星载荷1553B总线的工作模式,合理设计载荷数据流的传输形式,实现卫星载荷1553B总线的数据流接口。测试结果表明,数据接口可靠性高,实际应用效果好,满足卫星上的通信设计要求。     

系统可靠性预测研究及在航空航天中的应用

本文综述了目前国内外系统可靠性预测的主要方法及其在航空航天中的应用;简单介绍了主动控制技术(ACT)电传飞行操纵余度系统可靠度预测的方法。主要包括数学模型的建立及计算机算法两方面:逻辑变量描述系统、部件状态模型(RSCA—Ⅰ算法);网络—约束表决矩阵模型(RSCA—Ⅱ算法);网络图模型(RSCA—Ⅲ算法)及状态转移链模型和其算法。 通过以上数学模型的建立及其算法的研究,使系统可靠性预测的方法能应用到具有表决节点及相关部件的余度系统中。     

成本约束的表决冗余系统可靠度优化与分配

在成本限制下,为使系统的可靠度最大,系统采用表决冗余结构,并对具有表决冗余结构的系统可靠度和冗余度同时进行优化和分配,优化方法采用增广拉格朗日乘子法和鱼群算法相结合的混合算法;不仅分析了成本与可靠度的关系,同时讨论了表决器失效率对系统可靠度的影响;最后,以某型飞机的纵向俯仰运动飞行控制系统为例,仿真说明了在成本约束下,为使系统可靠度尽可能高,系统采用四余度配置更合理,且在只有单个表决条件下,应选取可靠度尽可能高的表决器.为避免单个表决器失效对系统可靠度的影响,实际系统中常选择多表决器冗余结构.     

基于BM3803的1553B总线通信软件设计

在某卫星地面检测设备中使用BM3803处理器来模拟卫星中的总线控制端对远程终端进行检测,构建了比传统的Windows+1553B_PCI板卡方案实时性更强的卫星数据仿真平台。首先向BM3803移植了实时操作系统μC/OS II,设计了适用于BM3803的板级支持包,保证了软件的可在轨更新和任务的实时性,确定了用户任务与硬件高度分离的软件结构。在设计μC/OS II的用户任务时,充分利用BM3803和B61580的校验功能,提高了软件的可靠性。最后令本设计和Windows+1553B_PCI板卡方案完成相同的用户任务,对比可得本设计有更好的实时性,可满足卫星高层通信协议对实时性的要求。     

高轨卫星星载计算机优化设计与实现

首先对当前星载计算机系统在高轨卫星领域的应用现状进行了分析,主要涉及处理器最小系统的存储器设计、数据共享及总线协议设计等。针对上述3个方面存在的不足,提出了处理器最小系统存储器优化设计方案,解决了存储器应用与选型的困境;采用“存储器+FPGA电路”的设计方法,实现了主备机数据共享;提出了一种自适应总线协议设计方法,解决了1553B总线协议通用性较差等问题。提出的设计方法,在中国下一代大容量通信卫星平台的星务计算机系统中得以应用,并取得了较好的效果,为星载计算机系统后续优化设计工作提供了新的思路。     

1553B总线接口单元构成的研究

分析了超大规模集成电路(VLSI)专用芯片COM1553 B的功能和接口信号,并论述用COM1553 B设计总线接口单元(BIU)的方法。给出结构框图和直接存储器存取(DMA)方式交换信息的设计思想。按此方法设计的BIU,具有通用性好、可靠性高和良好的软件接口的特点。     

FC-AE-1553网络传输性能评价

为了提高航天航空网络传输性能,提出一种通用的FC-AE-1553网络传输效率计算方法并研制高性能FC-AE-1553节点卡.首先,对FC-AE-1553网络的消息传输过程进行详细分析,分析信息类型,给出传输帧的格式建议,通过分析FC-AE-1553协议中各类消息传输的时间参数,结合FC标准中对通信时间的要求,提出FC-AE-1553网络交换中各种消息类型的通信时间计算公式.然后, 针对无差错传输和有差错传输两种情况,给出了网络传输效率的计算方法.最后,通过仿真分析数据帧净荷长度、节点处理时间、交换中序列数量、传输误码率、丢包率等参数对FC-AE-1553网络传输效率的影响,给出了网络优化设计的建议.依托某航天工程任务,研制了基于XC5VFX100T和MPC8536E的FC-AE-1553节点卡.实验结果表明:丢包对传输效率的影响可忽略;数据帧净荷为2 048 B,数据帧数量为16时,传输效率可达到77.2%.      

嫦娥四号着陆器载荷电控箱地面测试系统设计

航天器电子设备的地面综合测试是航天器研制过程中的重要环节,对设备功能验证及性能评估具有重要作用.传统的地面综合测试系统可重用性差,导致研制周期长且人力、设备投入较大.嫦娥四号着陆器载荷电控箱的地面测试系统采用模块化、可重用和CPU+FPGA单机集成体系结构,是集供配电测试、1553B通信总线仿真测试、间接指令测试、异步串口通信测试、实时数据处理等功能于一体的综合测试系统,适用于航天器电子设备单板调试、单机测试、软件配置项测试以及环境模拟试验等不同类型的测试.通过嫦娥四号着陆器载荷电控箱各项接口、功能、性能指标等的测试,证明该系统满足支持设备单机调试、软件配置项测试、状态确认和问题排查等测试需求,有力支撑了嫦娥四号着陆器载荷电控箱的单机设备研发,为嫦娥四号着陆器任务实施提供了有效保障.      

基于遗传算法的飞行管理系统余度配置优化方法

余度设计是飞行管理系统研制过程中提升其安全性的主要手段之一。针对余度设计受制造预算(经济性)与使用阶段维修保障资源消耗(可靠性)的制约问题,基于飞行管理系统的安全性、基本可靠性及经济性数学模型,利用改进后适用于整数优化的遗传算法,提出了一种以安全性为目标、基本可靠性与经济性为约束的余度配置优化方法,并以实例说明其适用于较为复杂系统的余度配置优化。经过敏感性分析发现,安全性指标最优值随着基本可靠性约束下限的提高而降低,随着经济性约束上限的增加而增加。2种约束条件对优化目标竞争约束,在同一时刻只有1种约束条件起主要约束作用。     

基于SOPC的计算机控制技术

本文提出一种基于SOPC的计算机控制系统。通过以SOPC为控制核心，配合外围电路，以实现RS422、CAN、1553B、FlexRay、以太网等多种通讯接口，完成控制、信号采集及数据记录等功能。本系统具有集成度高、扩展性强、可靠性高的优点。