分布式飛行控制計(jì)算機(jī)余度管理與總線協(xié)議設(shè)計(jì)

徐 敏, 陳 欣, 原兵兵

(南京航空航天大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，南京 210016)

分布式飛行控制計(jì)算機(jī)余度管理與總線協(xié)議設(shè)計(jì)

徐 敏, 陳 欣, 原兵兵

(南京航空航天大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，南京 210016)

采用一種分布式余度結(jié)構(gòu)以提高無人機(jī)飛行控制計(jì)算機(jī)的可靠性，針對其中數(shù)據(jù)流量最大的串行通信接口單元，提出了一種可有效判斷故障類型并進(jìn)行故障處理的余度管理方案，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的余度管理算法。同時(shí)，對計(jì)算機(jī)內(nèi)部的各單元，從時(shí)間調(diào)度、余度管理和數(shù)據(jù)交錯(cuò)周期傳輸3方面設(shè)計(jì)了FlexRay總線的通信協(xié)議。通過對FlexRay通信測試和單元余度管理測試，結(jié)果驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的余度管理方法和總線協(xié)議的正確性和實(shí)用性。

飛行控制計(jì)算機(jī)； 無人機(jī)； 分布式結(jié)構(gòu)； 余度管理； FlexRay； 總線協(xié)議

0 引言

飛行控制計(jì)算機(jī)是無人機(jī)系統(tǒng)的核心，其性能影響著無人機(jī)完成任務(wù)的優(yōu)劣，其可靠性決定了無人機(jī)生存能力的高低[1]。為得到良好的控制性能，采用性能高的處理器以獲得更優(yōu)的運(yùn)算能力和功耗水平，而為提高可靠性，則采用余度技術(shù)。

1 硬件結(jié)構(gòu)

余度無人機(jī)飛行控制計(jì)算機(jī)采用分布式結(jié)構(gòu)，由中央處理單元(CPU)、模擬量接口單元(AIO)、開關(guān)量接口單元(DIO)和串行通信接口單元(SIO)組成,其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 分布式余度無人機(jī)飛行控制計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of the distributed redundancy flight control computer

圖中，CPU單元三模冗余，是整個(gè)系統(tǒng)的核心單元，承擔(dān)著飛行控制律解算、控制邏輯解算、任務(wù)調(diào)度、余度管理等功能[2]。各功能單元雙模冗余，采集相應(yīng)的機(jī)載傳感器信息，對采集的信號進(jìn)行預(yù)處理，將處理后的數(shù)據(jù)通過FlexRay通信總線上傳至CPU單元，并接收總線上CPU單元下傳的指令，進(jìn)而控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出。……