千兆三余度AFDX 帧管理的形式化建模与验证

为了提升新一代航空电子全双工交换以太网（AFDX）网络的传输速率和余度设计可靠性,在AFDX 网络标准的基础上（ARINC 664 p7）,建立千兆三余度AFDX 网络的帧管理机制模型并进行了形式化建模, 而且实现了AFDX 网络标准中描述的SkewMax 机制。使用UPPAAL 形式化工具对千兆三余度AFDX 网络帧 管理机制进行形式化验证,验证帧管理机制的完整性检查及冗余管理功能的可用性。结果表明,千兆三余度 AFDX 网络帧传输过程中不存在死锁。此外,针对标准AFDX 的冗余管理中一个帧的丢失可能会导致其冗余备 份的丢失的现象,提出在接收端设置一个队列,记录那些比连续帧更晚到达的冗余备份的帧序号,从而减少不 必要的丢帧,提高QoS 和数据完整性。形式化验证的结果可以作为千兆AFDX 网络标准制定和实际应用的参考。     

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。     

基于多并联支路的双余度永磁同步电机伺服系统分析

为了提高永磁同步电机(PMSM)伺服系统的可靠性,提出了一种基于多并联支路的双余度PMSM伺服系统。阐述了其基本的冗余设计原理和控制驱动原理。依据电机的具体结构和控制驱动方式,建立了基于多并联支路的双余度PMSM的数学模型及其控制系统模型,包括磁链平衡方程、电压平衡方程、转矩方程、机械运动方程和电流控制系统框图及其稳定性分析。并依据建立的模型,基于MATLAB/Simulink仿真其发生故障时的工作状态,得到整个伺服系统的响应数据,从理论上验证了该伺服系统的容错性能。     

数字式飞机起落架转弯控制器设计

针对某型飞机起落架转弯控制系统,本文设计了一种以DSP和双口RAM为核心的双余度数字式控制器.控制器采用硬件冗余的方法搭建双通道热备份系统,制定了余度管理策略.借助自检测和比较监控技术实现一次故障工作、两次故障安全的目标.运用马尔可夫过程建立了系统的可靠度模型,利用MATLAB求解可靠度模型的微分方程组,并对系统的可靠度进行了仿真分析.     

双余度永磁直流无刷电机设计

为了提高系统的可靠性及安全性,将双余度技术引入到永磁直流无刷电机设计之中,并指出了双余度电机设计的约束条件及通用设计方法。最后,通过工程实例设计出了两种绕组分配形式,经过仿真与实验验证,达到了预期的效果,并与理论分析结果相吻合,证明了该双余度设计方法的有效性。     

多电飞机非相似混合作动器综合性能分析与研究

介绍了两种作动器的组成和工作原理,在此基础上对其进行仿真分析,重点研究了混合非相似余度作动系统在不同工作模式下的动态性能。由于采用非相似余度配置,混合余度作动系统存在力纷争的问题,就此提出了均值均衡技术,并在AMESim/Simulink平台进行仿真,收到较好效果。     

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.     

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。     

机载双余度1553B总线的可维修性设计

介绍了机载双余度1553B总线的拓扑结构和基本的物理组成及连接关系,分析了双余度1553B总线的工作状态和线路检测的方法,从故障定位和可维修性的角度分析了不可分割连接形式的测试性,提出了可分割连接形式的设计方法,比较了两种双余度总线接口形式的特点及其对维护和维修的影响。     

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。     

飞机起落架收放作动器的设计方案与仿真分析

为了适应飞机多电化发展需求,针对某小型飞机的起落架收放机构特点,设计了一种能源双余度、集成一体化、高比功率起落架液压作动器,提出了一种具有到位缓冲功能的单出杆对称液压缸的设计方案。基于AMESim建立了起落架液压收放器和收放机构的模型,并对起落架收放运动进行了仿真。仿真分析结果表明,所设计的能源双冗余液压系统、作动器到位缓冲结构,原理合理可行,为实际工程应用奠定了基础。     

飞机操纵面功能余度研究

提出了飞机易损性减缩中功能余度的概念和功能余度的分析方法,建立了飞机的右副翼卡滞情况下的定常直线侧滑模型,通过实例,计算说明了飞机各操纵面之间功能余度的可能性,也证明了功能余度概念的存在性与正确性。     

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。     

光传操纵系统及其余度技术实现

在论述光传操纵系统发展背景和工作原理的基础上,简要介绍了时分复用光传操纵系统和波分复用光传操纵系统两大类别,进一步提出了光纤多路发送软件、接收软件的设计问题。在详尽阐述余度技术的基础上,提出了典型光传操纵系统三余度设计方案及其实现。实例验证表明,光传操纵系统及其余度技术具有普通电传操纵系统无可比拟的优点,必将在今后的航空领域中得到广泛的应用。     

民用飞机轮载信号比较监控器验证方法和设计研究

飞机空地逻辑判定和飞行派遣状态判定的重要依据是轮载信号,当前民用飞机飞控系统轮载信号多采用余度表决监控器进行处理,其中余度表决监控器触发时间对飞机的空地状态和派遣状态具有重要影响。空地转换延迟会导致部分系统对当前飞机状态做出错误判断,影响飞机安全,飞机不派遣状态判断的过分严厉会降低航线中飞机的签派率,影响飞机市场竞争力。为了得到轮载信号监控器触发时间的最佳门限值,通过设计一种试验分析方法,得到了飞机轮载信号比较不一致持续时间的范围,再通过分析轮载信号对飞机着陆状态和派遣状态的影响,得到一种选择最佳轮载信号门限值的设计方法。此外,该方法可以进一步推广到其它具有比较监控器处理的信号上,通过试验与分析的方法,得到比较监控器的最佳门限值。     

民用飞机飞控系统传感器信号表决设计

电传飞控系统(Fly By Wire,简称FBW)通过传感器余度配置,提高了信号可用性和完整性。介绍了几类常见的传感器余度配置方案及其表决逻辑,设计了三余度传感器表决架构,对其中比较器、计数器进行了详细描述。最后通过一个仿真算例验证了表决器设计的正确性。对于国内民机传感器余度配置和表决管理具有指导意义。     

基于Bayes方法的民机冗余系统可靠性评估

民机中常通过冗余设计提高系统的可靠性,研究冗余系统的可靠性评估具有工程实用性。民机故障发生具有随机性,本文采用马尔可夫链描述民机冗余系统的状态变化;考虑到民机可靠性信息较少,要充分利用多源信息,运用Bayes方法对两设备组成的冗余系统进行可靠性评估。假定设备故障间隔和维修时间均服从指数分布,在不同的先验分布下,评估了该冗余系统的平均无故障工作时间,并计算了相应的稳态可用度。针对具体数值例,采用蒙特卡罗仿真方法,评估了民机冗余系统可靠性,并对仿真结果进行了分析。     

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。     

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。     

四余度飞控计算机系统余度管理的设计

以四余度容措飞控计算机系统为基础，从系统余度管理的重要性入手，详细论述了飞控计算机系统余度管理的种类以及每一种余度管理的主要功能及设计方法。