基于單片機仲裁機制的相似余度飛控計算機內(nèi)核開發(fā)與研究.pdf

1、隨著無人機執(zhí)行任務(wù)時間的大幅延長和功能的日益復(fù)雜，飛控系統(tǒng)發(fā)生故障的概率隨之逐漸提高，對其可靠性也有了更苛刻的要求。作為飛控系統(tǒng)的核心部分，飛控計算機的可靠性對飛控系統(tǒng)整體可靠性具有極其重要的意義，通常采用余度技術(shù)對其進行設(shè)計。如今高端無人機大多采用表決機制的多余度策略對飛控計算機進行硬件冗余，取得了較好的應(yīng)用效果。但這種設(shè)計方案也帶來了體積和重量增加、能耗和成本高等一系列無法避免的技術(shù)問題，且這種余度方式從硬件結(jié)構(gòu)上至少需要三臺飛控計

2、算機同時工作，對軟件設(shè)計、時序匹配有極其復(fù)雜的要求。為有效解決多余度飛控計算機結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、成本高等問題，提出了一種在相似二余度飛控計算機內(nèi)核中引入單片機仲裁機制的研究方法。
　　首先，對飛控系統(tǒng)余度技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及各種余度方式的實際應(yīng)用情況進行了較深入的研究，據(jù)此提出相似二余度飛控計算機內(nèi)核的原理性架構(gòu)，給出了一套具體、可工程化的設(shè)計方案，綜合重量、體積等多方面因素對其整體性能進行了理論分析和工程設(shè)計。
　　其次，根據(jù)設(shè)

3、計方案中對無人機飛控計算機的功能需求，合理配置基于PowerPC嵌入式內(nèi)核的飛控計算機工作單元、備份單元以及單片機仲裁單元等硬件資源，以優(yōu)化的結(jié)構(gòu)、布局來構(gòu)建余度飛控計算機硬件平臺；通過軟件編程實現(xiàn)飛控內(nèi)核單元的自檢、任務(wù)同步、并行數(shù)據(jù)采集、輸出等功能。
　　再次，仲裁電路在本設(shè)計中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，重點設(shè)計和分析基于單片機仲裁機制的余度管理電路的構(gòu)型，提出了切實可行的仲裁算法和在單片機中的實現(xiàn)方式。完善單片機仲裁單元對飛控內(nèi)

4、核單元信號的監(jiān)控、仲裁機制，編程實現(xiàn)其既定的余度管理功能和對輸出信號的切換控制。
　　最后，制訂了有針對性的測試和驗證方案，借助半物理仿真方法對相似二余度飛控計算機內(nèi)核進行了邏輯功能和可靠性驗證。通過對邏輯功能的反復(fù)考核和大量模擬故障注入的測試，得到的數(shù)據(jù)結(jié)果和設(shè)計的預(yù)期功能完全一致。測試結(jié)果表明，方案中的各項關(guān)鍵技術(shù)問題得到了有效解決，設(shè)計方法及思路的正確性得到了驗證，余度飛控計算機的各項技術(shù)、性能指標(biāo)能夠滿足無人機基本應(yīng)用需求