無人機分布式飛行控制計算機故障診斷分析

梁曉智

（天津航天中為數據系統科技有限公司，天津 300301）

對于無人機而言，飛行控制系統的穩定和安全系數一直是研究人員最為關注的問題。飛行控制系統主要由四部分構成，在這四部分當中，最為重要的就是飛行控制計算機。飛行控制計算機的主要工作內容是對有關設備進行管理以及完成飛行控制整個過程，并與地面之間進行有效的對接，可以說是非常關鍵的一個部分。從我國當前無人機行業發展的狀況來看，無人機技術的發展仍然面臨著一些困境以及挑戰，這也意味著，無人機需要從各個方面出發，對故障診斷系統進行不斷完善，以使其獲得更好的發展。

1 分布式飛行控制計算機結構

分布式飛行控制計算機采用的工作方式存在一定特殊之處，其注重的是實現獨立的工作機制。從分布式飛行控制計算機余度結構來看，其主要由兩個部分構成。其中一個部分是主從備份模式，這種模式具有的特點是，在特定的時間內，只有主單元是參與工作的，其他單元僅是起到輔助作用。但當主單元發生一定故障的時候，備份單元就派上用場了，其區分為熱備份和冷備份的，這兩者采用的是不同的運作模式，兩者之間還是有著本質上的差異的。另一個模式是多余度表決模式，這種模式并不依靠主單元獨立發揮作用，其需要多個類似的單元同步運行，在運行的過程當中，依據獲得的信息完成表決過程，做出相關判斷。本文所研究的分布式飛行控制計算機包含了四個主要的部分，在這幾部分當中，CPU是最為基礎的一個部分，更是核心所在；SIO主要是獲得信息，并和地面保持聯系；AIO分為兩個模塊，分別進行不同的工作。

2 飛行控制計算機故障模型

飛行控制計算機與傳感器系統、舵回路之間的信息流是通過各個模塊之間的相互聯系和作用來實現的。我們主要是把故障的種類進行了一個簡單的劃分，主要將其分為了兩類，一類是分布式單元功能故障，這種故障顯示為板卡級，也就是說板卡單元沒有辦法進行正常的運轉活動；另外一類是單元功能模塊故障，其主要顯示為功能部件級，換言之，當其中的一個單元出現運行問題的時候，不會影響到其他的動能單元模塊，其他部件仍然可以在正常的軌道上運行。這種運行模式在實際工作具有一定的優勢，即在不會出現所有的模塊都是受到故障的影響，進而出現無法正常運行的情況，可以在一定程度上保障系統的安全性與有效性。不過如果模擬量控制模塊和執行機構之間的數據交換產生了問題，就會嚴重影響到正常的運轉，因此，對于故障上的問題我們必須要提起重視，對其進行妥善的處理。

3 分布式飛行控制計算機故障診斷

3.1 通信總線故障診斷

對分布式飛行控制計算機內部單元之間進行故障檢測的方式主要有兩種，也就是比較常見的Push和Pull兩種方式，它們進行檢測的路徑主要就是發送狀態檢測幀，這個過程可以有效地實現相關信息的傳遞，掌握每個單元的運行狀態是處在什么層次，運行的效果如何，是否產生某些故障問題，從而實現故障檢測的過程。具體的來看，Push方式和Pull方式是兩個方向相反的過程，Pull是通過主控制單元向被檢測單元發送狀態檢測幀，然后被檢測單元在收到這種指令，進行回復的一個過程。而Push方式則是通過被檢測單元來發送檢測幀，由主檢測單元來做出回應信息的。對于采用余度結構的飛行控制計算機而言，各個余度之間采用的故障檢測方法是存在一定的差異的。面對這種狀況，需要注意的是，不能由于主控制單元出現了故障問題，而影響了對于其他單元的檢測判斷。Pull飛行控制計算機使用的是四余度配置，其中有一條是主要的通道，其他的都是熱備份，我們要注意并了解這種結構，同時要注意觀察總線上的節點的狀態，能否進行暢通的通信。對于CPU單元而言，其主要的功能是負責狀態檢測幀的發出，然后進行計數，這種技術是具有一定的周期性的，當收到應答幀后，就要對周期計數進行歸零。另外，如果出現計數超過預計值的情況，就可以判斷產生的故障問題，可以轉換到備份總線通道上。通信總線的故障診斷并沒有一個具體的判定標準，而需要結合真個系統的實際狀況，分析具體情況的基礎之上做出相關的判斷，得出相應的結論，另外需要注意的一點是飛行控制系統強調時間性的，其做出的判斷需要在一定的周期之內才能完成，否則就會失去其作用效果。一般而言，對于周期設計的閾值應該小于等于4。通過這種方式就可以得出心檢測閾值的條件，一般來說是0＜μ≤T/Th，這個計算的方式是我們應該掌握的。

3.2 主控制單元輸出表決故障診斷

飛行控制計算機的主控制單元所采用的主要方式是三余度配置。在進行故障診斷的過程當中，所采用的輸出表決結構也是具有一定的特殊性的。三余度CPU單元通過對于信號的傳輸，從而完成完整的余度表決的過程，這整個過程都應該按照一定的程序，按部就班的進行，絕對不能夠隨意的進行操作。這主要是因為，對于故障的分析過程執行的操作必須是嚴謹的，一旦出現差錯就很容易產生某些操作方面的問題，會嚴重的威脅到之后的相關工作的進行。除此之外，我們還應該明確一點，對于余度表決方法也不是只存在一種形式，可以根據系統的實際狀況來進行方法的應用，然后，可以根據得出的表決結果，了解到運行的整體情況，然后實現CPU單元的有效切換。

3.3 功能單元外部設備接口故障診斷

串行通信單元通過利用硬件雙余度輸入表決這種方式，實現和傳感器通信故障觀測器的完美結合，根據信號的傳輸，相關信息流的傳送結果進行判斷，得出無人機分布式飛行控制計算機是否存在故障問題，得出確切的診斷結果。當故障模型觀測器檢測出存在故障時，就會產生信息的不同步，串行接口輸入不一致等。當這種狀況出現的時候，可以判定單元接口產生了一定的問題。另外，當無法得出具體的故障單元時，需要結合CPU單元的狀況進行綜合的分析，通過這個過程實現故障的診斷。當面對一些特殊狀況的時候，可以考察不同的可能出現的狀況和結果，然后根據這幾種狀況和結果，進行故障的定位，對其進行判斷之后反饋回主控制單元，進而得出相關的控制結論。在對故障原因判斷后，便可以進入相應的故障調節。

4 結束語

通過以上的分析可以得出無人機分布式飛行控制計算機故障診斷的基本情況。通過對分布式飛行控制計算機進行相關的探究，對結構的分析、模型的構建以及故障判斷，能夠得到一種新型的故障診斷的方法，通過這種方式，能夠實現對無人機內部和外部的監督和控制，實現分布式飛行控制計算機故障的診斷。面對多方面存在的的問題，可以進行方式方法的創新，在不斷地探索和研究當中發現更好的故障檢測的方式和方法，以服務于無人機的故障檢測工作。另外，對于控制器、執行機構和傳感器的相關故障檢測的操作，能夠解決以往的故障觀測器存在著的種種弊端，對于我國無人的未來發展具有一定的積極和建設性作用，有利于我國的無人機技術的快速發展。