基于單片機(jī)仲裁機(jī)制的相似余度飛控計(jì)算機(jī)內(nèi)核開發(fā)與研究.pdf

1、隨著無人機(jī)執(zhí)行任務(wù)時(shí)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(duì)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(jì)算機(jī)的可靠性對(duì)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(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)。如今高端無人機(jī)大多采用表決機(jī)制的多余度策略對(duì)飛控計(jì)算機(jī)進(jìn)行硬件冗余，取得了較好的應(yīng)用效果。但這種設(shè)計(jì)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(tái)飛控計(jì)

2、算機(jī)同時(shí)工作，對(duì)軟件設(shè)計(jì)、時(shí)序匹配有極其復(fù)雜的要求。為有效解決多余度飛控計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)內(nèi)核中引入單片機(jī)仲裁機(jī)制的研究方法。
　　首先，對(duì)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(shí)際應(yīng)用情況進(jìn)行了較深入的研究，據(jù)此提出相似二余度飛控計(jì)算機(jī)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(jì)方案，綜合重量、體積等多方面因素對(duì)其整體性能進(jìn)行了理論分析和工程設(shè)計(jì)。
　　其次，根據(jù)設(shè)

3、計(jì)方案中對(duì)無人機(jī)飛控計(jì)算機(jī)的功能需求，合理配置基于PowerPC嵌入式內(nèi)核的飛控計(jì)算機(jī)工作單元、備份單元以及單片機(jī)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(jì)算機(jī)硬件平臺(tái)；通過軟件編程實(shí)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(jì)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，重點(diǎn)設(shè)計(jì)和分析基于單片機(jī)仲裁機(jī)制的余度管理電路的構(gòu)型，提出了切實(shí)可行的仲裁算法和在單片機(jī)中的實(shí)現(xiàn)方式。完善單片機(jī)仲裁單元對(duì)飛控內(nèi)

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