導(dǎo)語：飛行控制計(jì)算機(jī)余度與設(shè)計(jì)一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：本文從工程實(shí)際出發(fā)，簡述了飛行控制計(jì)算機(jī)的雙余度管理策略，設(shè)計(jì)方案結(jié)合了硬件余度和軟件容錯(cuò)技術(shù)，在系統(tǒng)軟件中應(yīng)用了故障監(jiān)控、余度管理和表決技術(shù)等，大大提高了飛行控制計(jì)算機(jī)的可靠性，保障直升機(jī)的飛行安全。

關(guān)鍵詞：飛行控制計(jì)算機(jī)；雙余度；硬件冗余；軟件管理

低速、低空和機(jī)頭方向不變的機(jī)動(dòng)飛行及在小面積場地垂直升降是直升機(jī)的突出特征，由于這些特點(diǎn)使其具有廣闊的用途及發(fā)展前景。對于其核心部件飛行控制計(jì)算機(jī)的要求也更加嚴(yán)格，需要更高的可靠性，而單一提高硬件系統(tǒng)中元器件的可靠性無法提高整機(jī)可靠性，所以余度技術(shù)被應(yīng)用到飛行控制計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)中，降低技術(shù)復(fù)雜度和提高故障覆蓋率是余度配置中首要解決的問題，目前應(yīng)用廣泛，技術(shù)相對成熟的是雙余度飛行控制計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)，這種結(jié)構(gòu)資源少，重量輕，便于實(shí)現(xiàn)。

1飛行控制計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理

余度技術(shù)的應(yīng)用能明顯提高飛行控制計(jì)算機(jī)在執(zhí)行任務(wù)時(shí)的安全可靠性，但不是簡單的余度疊加，并非余度數(shù)越多越好，雙余度飛行控制計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)綜合考慮了可靠性與系統(tǒng)復(fù)雜程度的指標(biāo)，采用硬件冗余和軟件管理的管理策略，硬件方面增加了一路功能相同的飛控計(jì)算機(jī)通道，主機(jī)具有輸出控制權(quán)，副機(jī)作為熱備份。飛行控制計(jì)算機(jī)通過總線系統(tǒng)與航電系統(tǒng)進(jìn)行交聯(lián)，接收來自航電系統(tǒng)、遙控系統(tǒng)、機(jī)上傳感器的總線、模擬量及離散量信號，由機(jī)內(nèi)雙通道對采集到的控制指令、飛行參數(shù)、監(jiān)控信號進(jìn)行邏輯處理、參數(shù)加工以及故障監(jiān)控等處理，通過交叉?zhèn)鬏旀溌穼?shí)現(xiàn)雙通道之間的信號交互，由雙余度表決策略得到相關(guān)信號的表決值。飛控計(jì)算機(jī)通過對表決信號進(jìn)行控制律計(jì)算，得到舵機(jī)的控制指令，由模擬量輸出通道實(shí)現(xiàn)舵機(jī)控制指令的輸出，從而實(shí)現(xiàn)對飛機(jī)的控制。飛控計(jì)算機(jī)原理圖如圖1所示。

2飛行控制計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)

硬件結(jié)構(gòu)相同的雙通道組成了雙余度飛控計(jì)算機(jī)，兩個(gè)CPU負(fù)責(zé)輸入信號的處理和控制律計(jì)算，通過交叉?zhèn)鬏旊娐愤M(jìn)行交叉互比表決，將最終結(jié)果輸出給伺服控制系統(tǒng)，以驅(qū)動(dòng)舵機(jī)運(yùn)動(dòng)。各硬件模塊的功能介紹如下。2.1CPU模塊。CPU模塊承擔(dān)控制邏輯解算、飛行控制律解算、余度管理、故障檢測和任務(wù)調(diào)度等任務(wù)。以MPC8245為例，MPC8245處理器具有MPC603e內(nèi)核機(jī)PCI橋，存儲器控制器，DMA控制器，可編程中斷控制器，它具有并行執(zhí)行數(shù)條指令、簡單指令的快速執(zhí)行、流水線操作等優(yōu)點(diǎn)，內(nèi)部最高頻率為300MHz，最快單周期可同時(shí)執(zhí)行6條指令，峰值速度約500MIPS/300MHz。2.2接口模塊。為了對飛行控制計(jì)算機(jī)俯仰角及其角速率、橫滾角及其角速率、偏航角及其角速率進(jìn)行精確采樣，利用A/D轉(zhuǎn)換器將經(jīng)過調(diào)理后的模擬量信號變換為計(jì)算機(jī)可用的數(shù)字量，外部輸入信號需經(jīng)過信號調(diào)理電路進(jìn)行處理，包括解調(diào)、濾波及增益調(diào)整等，最后才能接入CPU進(jìn)行AD采集。接口模塊還配置有422總線采集單元，對于大氣傳感器、地面測試設(shè)備、慣性傳感器等外部設(shè)備的422總線信號進(jìn)行采集。2.3CCDL模塊。CCDL模塊實(shí)現(xiàn)雙機(jī)互比功能，在CCDL模塊的內(nèi)部有雙口RAM，它機(jī)將采集值寫入雙口RAM，本機(jī)通過讀取相應(yīng)地址中的值獲得它機(jī)采集值。2.4通道故障邏輯模塊。通道故障邏輯模塊保障了電路故障時(shí)系統(tǒng)輸出的連續(xù)性、準(zhǔn)確性。在雙余度飛行控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，外部輸入信號同時(shí)送到A、B通道，雙機(jī)之間需要對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行互比表決，在A、B通道都有效的情況下，A通道具有輸出控制權(quán)，當(dāng)只有一個(gè)通道有效時(shí)，該通道具有輸出控制權(quán)，若兩個(gè)通道都發(fā)生故障，飛行控制計(jì)算機(jī)默認(rèn)A通道輸出，如表1、表2所示，通道故障邏輯圖如圖2所示。2.5電源模塊電源模塊為飛控計(jì)算機(jī)內(nèi)部雙通道及其他相關(guān)單元供電，該模塊既要有較高的品質(zhì)又要滿足抗電磁干擾的特性，同時(shí)，電源模塊還具有濾波、穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)，可輸出紋波小、穩(wěn)定的電壓。

3飛行控制計(jì)算機(jī)的軟件系統(tǒng)

雙余度飛行控制計(jì)算機(jī)軟件的設(shè)計(jì)依賴于軟件容錯(cuò)技術(shù)，正常工作時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，故障發(fā)生時(shí)降低系統(tǒng)的性能損失。底層的雙口RAM通過進(jìn)行兩個(gè)通道的數(shù)據(jù)交叉?zhèn)鬏攲?shí)現(xiàn)余度管理，兩通道完成各自的數(shù)據(jù)采集后，單通道狀態(tài)的監(jiān)控依賴于相應(yīng)的監(jiān)控策略，故障綜合則記錄了故障信息及故障點(diǎn)，再通過交叉?zhèn)鬏斶M(jìn)行雙通道監(jiān)控結(jié)果及數(shù)據(jù)的互比，使監(jiān)控狀態(tài)正確且數(shù)據(jù)結(jié)果有效的通道具有輸出控制權(quán)，正常輸出。3.1任務(wù)同步技術(shù)。雙余度飛行控制計(jì)算機(jī)余度管理的關(guān)鍵是任務(wù)同步技術(shù)，兩通道能夠并行同步工作是雙余度實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，余度通道之間為熱并行運(yùn)行方式，各通道比較、表決失誤數(shù)據(jù)必須是同一次計(jì)算的結(jié)果，才可維持計(jì)算數(shù)據(jù)的一致性，故每幀開始時(shí)都進(jìn)行一次雙余度通道間的同步。3.2表決技術(shù)。飛行控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在周期性執(zhí)行任務(wù)過程中，為保證輸出結(jié)果的一致性和準(zhǔn)確性，要對數(shù)據(jù)輸入、輸出結(jié)果進(jìn)行比較表決。兩個(gè)模塊之間互送數(shù)據(jù)信息通過串口通訊實(shí)現(xiàn)，然后對其輸出結(jié)果進(jìn)行監(jiān)控比較，取合理值進(jìn)行下一步操作，滿足屏蔽故障任務(wù)或部件，提高輸出數(shù)據(jù)可靠性的要求。3.3故障監(jiān)控技術(shù)。雙余度飛行控制計(jì)算機(jī)采用雙余度通道數(shù)據(jù)交叉互比監(jiān)控方式，使用軟件超時(shí)監(jiān)控技術(shù)，在一定的條件下可進(jìn)行系統(tǒng)重構(gòu)和故障隔離、實(shí)現(xiàn)故障工作或故障降級工作。每一個(gè)通道通過周期性故障綜合來識別自身的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)通道故障控制邏輯的支配，判斷通道是否有真實(shí)輸出，為雙余度的有效控制提供依據(jù)，在飛控系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，具有確保故障安全的能力（即故障發(fā)生時(shí)飛控計(jì)算機(jī)能切斷自身俯仰、傾斜、航向、高度四個(gè)任務(wù)通道的輸出，完全釋放對飛機(jī)的控制）。

4結(jié)束語

本文從工程實(shí)際出發(fā)，簡述了飛行控制計(jì)算機(jī)的雙余度管理策略，設(shè)計(jì)方案結(jié)合了硬件余度和軟件容錯(cuò)技術(shù)，在系統(tǒng)軟件中應(yīng)用了故障監(jiān)控、余度管理和表決技術(shù)等，大大提高了飛行控制計(jì)算機(jī)的可靠性，保障直升機(jī)的飛行安全。

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作者:許靜 夏珊 單位:中國直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所