三余度飛行控制計算機余度管理技術研究

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時間:2019-03-04

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1、中圖分類號:V249論文編號:102870318-SX127學科分類號:081101碩士學位論文三余度飛行控制計算機余度管理技術研究研究生姓名吳騰飛學科、專業(yè)控制理論與控制工程研究方向先進飛行控制技術指導教師李秀娟副研究員南京航空航天大學研究生院自動化學院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringResearchonRedundancyManagementforTriplexRedundantFlightC

2、ontrolComputerAThesisinControlTheoryandControlEngineeringbyWuTengfeiAdvisedbyLiXiujuanSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承諾書本人聲明所呈交的碩士學位論文是本人在導師指導下進行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特別加以標注和致謝的地方外,論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果,也不包含為獲得南京航空航天大學或其它教育機構的學位

3、或證書而使用過的材料。本人授權南京航空航天大學可以將學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索,可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存、匯編學位論文。(保密的學位論文在解密后適用本承諾書)作者簽名:日期:南京航空航天大學碩士學位論文摘要近年來,隨著無人機行業(yè)的蓬勃發(fā)展,無論是軍用無人機還是民用無人機,其核心系統(tǒng)飛行控制計算機的可靠性顯得越來越重要。特別對于高空長航時無人機,如何保證系統(tǒng)可靠、持久的運行,始終是制約其快速發(fā)展的技術難題。余度技術的應用使得大幅度提高飛行控制計算機的可靠性成為可能。本文針對現(xiàn)有飛行控制計算機可靠性與容錯能力不足的問題,構建了CP

4、U單元的三模冗余架構,并在此基礎上對余度管理策略進行了設計。針對分布式飛行控制計算機各CPU單元間時鐘偏差隨時間累積的問題,設計了時鐘同步算法,通過時標信息的交換和本地邏輯時鐘的調(diào)整,實現(xiàn)了CPU單元間的時間與信息同步。為了避免CPU單元局部故障造成的影響,針對不同信號的數(shù)據(jù)特征,設計了大數(shù)表決與投票表決兩種封裝表決算法,選舉并輸出最優(yōu)結果,提高了系統(tǒng)對故障的容忍能力。此外,對于CPU單元和總線節(jié)點的故障,設計了重組與重構方案,通過對故障源的切除、恢復及重構操作,完成了故障資源的恢復重利用,使系統(tǒng)具備了一定的自修復能力,提高了系統(tǒng)的可靠性。最后,通過外部故障注

5、入的方式模擬不同的故障情況,對余度管理方案中同步、表決和重構功能進行了測試,并通過閉環(huán)仿真驗證了三余度飛行控制計算機飛行控制與管理功能。試驗結果表明,余度管理方案設計合理有效,系統(tǒng)性能滿足設計指標要求。關鍵詞:飛行控制計算機,CPU單元,余度管理,同步,表決,重組與重構i三余度飛行控制計算機余度管理技術研究ABSTRACTRecentyearshavebeenseeingtheunprecedenteddevelopmentofvariousunmannedaerialvehicles(UAVs)andtheirgrowingapplicationsinbot

6、hmilitaryandciviliandomains.Asthecoreoftheflightcontrolsystem,thereliabilityoftheflightcontrolcomputerhasbecomemoreandmoreimportant,especiallyforhigh-altitudelong-enduranceUAVs,whichrequiretheflightcontrolcomputertoworkreliablyforlongperiodsoftime.Theapplicationofredundancytechnolog

7、ymakesitpossibletosignificantlyimprovethereliabilityofflightcontrolcomputer.Aimingattheproblemofinsufficientreliabilityandlackingfaulttolerantabilityoftheexistingflightcontrolcomputer,thepaperconstructsathree-moduleredundancyarchitectureofcentralprocessingunit(CPU),andonthebasisofwh

8、ich,theredundancyma

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