小型无人机负荷分担式容错飞行控制软件设计

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1、中图分类号：V249论文编号：102870315-S130学科分类号：081101硕士学位论文小型无人机负荷分担式容错飞行控制软件设计研究生姓名孟冲学科、专业控制理论与控制工程研究方向飞行控制技术指导教师李春涛副研究员南京航空航天大学研究生院自动化学院二О一五年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringLoad-sharingFault-toleranceFlihgtControlSoftwareDesignforSmal

2、lUAVAThesisinControlTheoryandControlEngineeringbyMengChongAdvisedbyLiChuntaoSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2015承诺书本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明

3、确方式标明。本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅,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、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：摘要随着小型无人机应用日益广泛、功能日趋复杂，飞行控制系统的规模和复杂度不断提高，飞行控制软件的可靠性面临着严峻挑战，针对系统小型化结构特点，设计一种具有高可靠性的飞行控制软件，对无人机飞行任务的顺利完成至关重要。本文在具有高集成度嵌入式双处理器飞行控制计算机平台上，设计开发负荷分担式双机容错飞行控制软件，以提高飞行控制系统的可靠性

4、。首先，根据系统硬件资源配置和软件开发环境，结合飞行控制软件功能需求，提出了总体设计方案，并采用分层模块化设计思想，完成了软件总体结构设计、功能模块划分和双机任务分配。其次，在综合考虑软件功能需求和性能要求基础上，设计开发了遥控遥测、数据融合、导航制导、控制律解算、控制输出和双机通信等功能模块，并采用软总线架构对各功能模块进行统一调度和管理，实现了软件飞行控制和飞行管理功能；在此基础上通过双机故障检测，设计故障诊断、故障处理和系统重构策略，实现了软件容错功能。再次，在软件功能设计实现基础上，结合VxWorks多任务调度机制，进行了飞行控制软件任务划分和优先级分配，确

5、定了任务调度策略、任务间通讯和同步机制，并针对多任务环境下存在的资源访问冲突问题提出了相应的解决方案。最后，在半物理仿真环境下对软件功能进行仿真验证，结果表明负荷分担式飞行控制软件满足飞行控制、飞行管理和容错功能要求，具有较高的可靠性。关键词：小型无人机，双处理机，负荷分担，故障检测，容错iABSTRACTAssmallUAVsarewidelyappliedandmoreandmorecomplexfunctions,theincreasingscaleandcomplexityofflightcontrolsoftware,ascoreofthereliable

6、flightcontrolsystem,isfacingseriouschallenges.Inviewoftheminiaturizationstructurefeatures,furtherresearchonahighreliabilityofflightcontrolsystemisessentialtothesuccessfulexecutingofflightcontrolmissions.Inthispaper,afutherresearchanddesignofaloadsharingtoleranceflightcontrolsoftwareisl

7、aunchedonaflightcontrolcomputerplatform,whichhashighintergrationembeddedwithdual-processorinprovethereliabilityofflightcontrolsystem,basedonfaulttolerancetechnology.Firstofall,accordingtothehardwareresourceconfigurationandthesoftwaredevelopmentenvironmentofflightcontrolsystem,thedema