雙通道控制命令沖突解決方法

米耘鋒，李文軍，繆緯濤，滕飛，葛聲

（西安航空計算技術研究所，陜西西安，710065）

0 引言

隨著中國民用航空的快速發展，通過引入越來越多的電子系統，民用飛機的開發得到加強，更高的安全性成為行業為之努力的重要目標。尤其是航空電子系統在飛行安全的重大發展上發揮了關鍵作用[1]。

低空空域的逐漸開放，使通用航空也將進入快速發展期，對于通用飛機分立式座艙向綜合化座艙系統轉化也已成為發展趨勢，為了避免可能引起災難性、危險性、嚴重性的功能失效，需要采取容錯技術將故障的概率降低到相應的可靠性等級以下[2]。

1 研究背景

民用飛機及其航電系統高安全性的要求，使得許多航電系統之間或系統內設備之間進行連接時會保證物理線路的冗余，以確保當一路通道因某種干擾異常工作時，其他通道仍能工作以確保安全。但是，由于實際線路傳輸中往往因各種干擾的存在導致無法避免的控制命令延遲問題，研究了數字通道傳輸延遲和一種數字通道傳輸延遲時間的測量方法。

告警系統主要用于喚起飛行員注意；說明事件性質；指導飛行員采取正確行動。同時，告警級別的定義要根據功能危害分析中相應功能喪失的危害來設定，在不影響飛行，干擾飛行員操縱的情況下，要盡可能采取多感官的告警形式。

座艙告警系統應能夠對飛機各系統自動監控，并在必要時向飛行員提供有關信息。視覺告警盒聽覺告警應考慮“人機工效”的特點，并且應確定告警信息等級和優先級。

2 問題描述

當前航電系統為提高安全性、可靠性，航電系統之間或系統內設備之間進行連接時會保證物理線路的冗余。

2.1 問題架構

本文描述的方法針對的問題可抽象為航電系統與系統之間，或系統內設備之間，例如，由控制系統向執行系統發送控制命令時，為確保安全性，采用兩路獨立的物理通道作為互相備份。該潛在命令沖突系統所對應的架構如圖1所示。

圖1 雙通道潛在命令沖突系統示意圖

2.2 命令沖突原因分析

當兩條通道的控制命令存在延遲時，將易于產生命令沖突，延遲圖如圖2所示。

圖2 雙通道命令延遲示意圖

通過圖2進行分析，可得出有兩種情況可能出現控制命令沖突問題。第一種情況，當發送速度快的通道1（本文中將發送速度快的通道定義為通道1，因延遲而發送速度慢的通道定義為通道2）開始發送，而發送速度慢的通道2尚未開始時（從通道1發送控制命令起，記50ms以內），第二種情況為通道1發送控制命令終止使能時，而通道2發送控制命令尚未終止時（從通道1發送控制命令終止時，記50ms以內），在這兩個時段控制命令產生沖突，執行系統易于采集到不一致的控制命令，可能會造成執行系統的異常。

2.3 當前解決方法

傳統方法對以上問題通常采用一次只采信一個通道的策略，當檢測到一個通道故障后，則進行通道切換，切換至另外一路互為備份的通道，實質上并未實現真正的控制命令共同決策，對安全性的提升有限。

3 本文方法

3.1 方法描述

本文提出的雙通道控制命令沖突的解決方法，定義邏輯1為命令使能，邏輯0為命令禁止；包括以下步驟。

（1）系統初始化，按照發送通道的發送速度從快到慢順序編號，發送速度最快的定義為發送通道1，發送速度最慢的定義為發送通道2。

（2）命令采集：按順序依次采集接收通道1，接收通道2的接收數據。

（3）根據控制系統和執行系統之間約定的通信協議，依次判斷2路接收通道的接收數據是否有效：如果均為無效數據，當前任務結束，跳轉至步驟（2）。如果存在有效數據：若首次采集到的有效數據僅一個，則以該有效數據作為當前輪決策結果，根據當前輪決策結果執行下一步系統功能，然后跳轉至步驟（4），進行下一次命令采集；若首次采集到的有效數據有兩個，將首次采集到的兩個有效數據進行“或”操作，以當前“或”操作結果作為當前輪決策結果，根據當前輪決策結果執行下一步系統功能，然后跳轉至步驟（4）進行下一次命令采集。

（4）按順序依次采集接收通道1，接收通道2的接收數據。

（5）根據控制系統和執行系統之間約定的通信協議，依次判斷2路接收通道的接收數據是否有效：如果均為無效數據，當前任務結束，跳轉至步驟（4）；如果存在有效數據：若當前采集的有效數據僅一個，將該有效數據和上一輪決策結果進行“或”操作，得到本輪決策結果，根據本輪決策結果執行下一步系統功能，然后跳轉至步驟（4），進行下一次命令采集；若當前采集的有效數據有兩個，則將當前采集的兩個有效數據進行“或”操作，再將該“或”操作結果與上一輪決策結果進行“或”操作，得到本輪決策結果，根據本輪決策結果執行下一步系統功能，然后跳轉至步驟（4），進行下一次命令采集。進一步地，上述步驟（3）和（5）中還需要另行約定控制系統和執行系統之間傳輸數據是否有效的規則。

3.2 方法流程圖

雙通道命令沖突解決方法流程圖如圖3所示。

圖3 雙通道命令沖突解決方法流程圖

4 小結

本文的方法可以解決控制系統與執行系統之間雙通道帶延遲的控制命令沖突問題。事實上，現實應用中，具有更為復雜的多通道，延遲時間更長的復雜系統，可以在本文的方法上進一步研究和完善，以適用于更廣闊的應用場景。

參考文獻

[1]MOIR I,SEABRIDGE A.民用航空電子[M].范秋麗,等譯.北京：航空工業出版社,2009.

[2]張雙,茹偉,張磊.小型綜合座艙顯示系統軟件設計與實現[J].電光與控制,2013,P62-65.