双余度飞行控制计算机系统余度管理和容错技术研究

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1、中图分类号：V249论文编号：102870318-SX168学科分类号：081102硕士学位论文双余度飞行控制计算机系统余度管理和容错技术研究研究生姓名王余伟学科、专业检测技术与自动化装置研究方向先进飞行控制技术指导教师曹东副研究员南京航空航天大学研究生院自动化学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringResearchofRedundancyManagementandFault-toleranceTechn

2、ologyBasedonDualRedundancyFlightControlComputerAThesisinMeasurementTechniqueandAutomationEquipmentbyWangYuWeiAdvisedbyCaoDongSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经

3、发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：________日期：________南京航空航天大学硕士学位论文摘要飞行控制计算机是无人机飞行控制系统的核心，其安全性和可靠性是保障无人机正常飞行的关键。采用余度管理和容错技术不仅可以提高飞行控制系统的安全性和可靠性，还可以最大程度上降低甚至消除故障对飞行控制系统正常运行的影响。本文在样例双

4、余度飞行控制计算机硬件的基础上，研究改进双余度飞行控制系统容错策略技术并设计飞行控制软件。本文首先进行双余度飞行控制计算机总体需求分析，确定双余度飞行控制计算机硬件冗余特点满足设计需求，同时结合µC/OS-Ⅱ操作系统的特点，提出飞行控制软件总体设计需求，明确系统的余度管理方案和容错策略总体设计。其次，从飞行控制计算机的控制单元、总线单元和接口单元三个方面分别进行故障模式分析、故障检测与诊断、故障处置以及故障恢复等容错策略设计。其中，针对控制单元提出基于心跳检测和检查点检测相结合的方法、软件任务运行状态自检测和基于阈值—改进SPRT联合算法三种故障检测与诊断方法；针

5、对总线单元提出总线通道检测和总线节点检测两种策略；针对接口单元提出数据更新率方法、阈值分析法和基于状态反馈等检测方法。根据故障检测结果设计故障处置与恢复策略，实现系统容错功能。然后，根据飞行控制软件功能模块化的思想，实现系统软件任务的划分和调度，完成系统飞行控制与管理模块、余度管理模块和容错策略模块的设计。最后，搭建半物理仿真平台，为了验证系统的容错策略开发了故障注入软件，在仿真环境下分别实现对控制单元、总线单元和接口单元的容错策略验证，仿真结果表明双余度飞行控制计算机软件的功能和性能指标满足最初的设计要求。关键词：飞控计算机，飞行控制软件，FlexRay总线，故

6、障检测，容错，双余度i双余度飞行控制计算机系统余度管理和容错技术研究ABSTRACTFlightcontrolcomputeristhecoreofUAVflightcontrolsystem,anditssafetyandreliabilityisthekeytoensurethenormalflightofUAV.Redundancymanagementandfault-tolerancetechnologycannotonlyimprovethesafetyandreliabilityofflightcontrolsystem,butalsomaximall

7、yreduceoreveneliminatetheimpactoffailureonthenormaloperationofflightcontrolsystem.Basedontheexampleofthedualredundancyflightcontrolcomputerhardware,thisthesisstudiesthefault-tolerancestrategyanddesignstheflightcontrolsoftware.Firstly,thisthesisanalysestheoverallrequirementsofthedualre

8、dunda