基于数据仲裁算法的多旋翼飞控器相似余度内核技术研究
发布时间：2023-10-14 07:27
随着多旋翼无人机在军用和民用领域的普及应用,所处的飞行环境和功能需求日益复杂,导致飞控系统的故障率也随之提高。飞控计算机作为飞控系统的核心部件,其自身工作的稳定性与可靠性对飞控系统整体性能影响极大,因此提高飞控计算机的可靠性具有重要的意义。现阶段采用的硬件余度设计技术是飞控计算机提高可靠性有效手段之一,取得了较好的实际应用效果,但多数采用基于解析模型的故障诊断方法执行飞控计算机内核故障诊断,需要详细的系统信息支持,设计工作极其复杂。本文对一种基于数据仲裁算法的相似余度飞控计算机内核技术进行研究,在没有系统解析模型和详细系统信息的情况下,仍然能够实时地准确判定故障内核单元,并实施控制切换,减轻了设计负担,提高系统的可靠性。首先,针对多旋翼无人机的特点,对飞控系统余度技术的发展状况、余度技术的设计方法、结构配置和管理策略等进行了深入研究,确定了一套基于热备份相似余度飞控计算机内核技术的研究方案。其次,根据飞控计算机内核和余度管理模块的功能需求,合理配置硬件资源,分别以STM32和FPGA为核心搭建硬件平台,并通过软件设计实现飞控计算机的基本功能,在余度管理中采用基于卡尔曼滤波的数据仲裁算法...
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 本课题的研究背景及意义
1.2 余度飞控计算机的技术现状
1.3 论文完成的主要工作
1.3.1 解决的主要关键技术
1.3.2 章节内容安排
第二章 相似双余度飞控计算机内核总体方案设计
2.1 引言
2.2 余度管理技术
2.2.1 余度概念及分类
2.2.2 余度设计的方法及工作模式
2.2.3 余度系统结构配置
2.2.4 余度系统管理策略
2.3 余度飞控计算机内核设计方案确定
2.3.1 余度结构的确定
2.3.2 余度通道工作方式的选择
2.3.3 相似余度飞控计算机内核设计总体框架
2.4 本章小结
第三章 相似双余度飞控计算机内核硬件结构设计
3.1 引言
3.2 相似双余度飞控计算机内核硬件架构
3.3 飞控计算机硬件设计
3.3.1 飞控计算机硬件需求分析
3.3.2 飞控计算机内核选型
3.3.3 接口扩展模块
3.3.4 电源模块
3.4 余度管理板的硬件设计
3.4.1 仲裁单元主控芯片的选型
3.4.2 切换电路设计
3.4.3 电源模块
3.5 余度飞控计算机内核系统PCB设计技巧
3.6 本章小结
第四章 相似双余度飞控计算机内核软件设计
4.1 引言
4.2 飞控计算机内核软件总体设计
4.2.1 飞控计算机内核软件总体流程
4.2.2 底层硬件平台驱动软件
4.2.3 顶层系统应用软件
4.3 本章小结
第五章 余度管理单元软件设计
5.1 引言
5.2 余度管理单元软件设计总体流程
5.3 数据传输模块软件设计
5.3.1 数据传输方式的确定
5.3.2 数据传输模块软件实现
5.4 数据仲裁算法分析与设计
5.4.1 数据仲裁算法分析与确定
5.4.2 卡尔曼滤波算法
5.4.3 数据仲裁算法软件设计
5.4.4 故障检测门限值的确定[38]
5.5 切换电路软件设计
5.6 本章小结
第六章 余度系统功能验证及可靠性评估
6.1 引言
6.2 飞控计算机内核功能测试
6.2.1 I/O接口测试
6.2.2 串口模块测试
6.2.3 模拟量接口测试
6.2.4 存储模块测试
6.3 余度管理电路测试
6.3.1 FPGA的 I/O口功能测试
6.3.2 数据仲裁算法可靠性测试
6.3.3 高速切换开关功能测试
6.4 相似双余度飞控计算机内核基本功能测试
6.4.1 双机同步测试
6.4.2 数据传输测试
6.4.3 仲裁功能测试
6.5 系统可靠性定量评估
6.5.1 马尔科夫模型分析法[40]
6.5.2 利用马尔科夫模型计算系统可靠性
6.6 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 引言
7.2 研究工作总结
7.3 后续研究展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
本文编号：3853865
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 本课题的研究背景及意义
1.2 余度飞控计算机的技术现状
1.3 论文完成的主要工作
1.3.1 解决的主要关键技术
1.3.2 章节内容安排
第二章 相似双余度飞控计算机内核总体方案设计
2.1 引言
2.2 余度管理技术
2.2.1 余度概念及分类
2.2.2 余度设计的方法及工作模式
2.2.3 余度系统结构配置
2.2.4 余度系统管理策略
2.3 余度飞控计算机内核设计方案确定
2.3.1 余度结构的确定
2.3.2 余度通道工作方式的选择
2.3.3 相似余度飞控计算机内核设计总体框架
2.4 本章小结
第三章 相似双余度飞控计算机内核硬件结构设计
3.1 引言
3.2 相似双余度飞控计算机内核硬件架构
3.3 飞控计算机硬件设计
3.3.1 飞控计算机硬件需求分析
3.3.2 飞控计算机内核选型
3.3.3 接口扩展模块
3.3.4 电源模块
3.4 余度管理板的硬件设计
3.4.1 仲裁单元主控芯片的选型
3.4.2 切换电路设计
3.4.3 电源模块
3.5 余度飞控计算机内核系统PCB设计技巧
3.6 本章小结
第四章 相似双余度飞控计算机内核软件设计
4.1 引言
4.2 飞控计算机内核软件总体设计
4.2.1 飞控计算机内核软件总体流程
4.2.2 底层硬件平台驱动软件
4.2.3 顶层系统应用软件
4.3 本章小结
第五章 余度管理单元软件设计
5.1 引言
5.2 余度管理单元软件设计总体流程
5.3 数据传输模块软件设计
5.3.1 数据传输方式的确定
5.3.2 数据传输模块软件实现
5.4 数据仲裁算法分析与设计
5.4.1 数据仲裁算法分析与确定
5.4.2 卡尔曼滤波算法
5.4.3 数据仲裁算法软件设计
5.4.4 故障检测门限值的确定[38]
5.5 切换电路软件设计
5.6 本章小结
第六章 余度系统功能验证及可靠性评估
6.1 引言
6.2 飞控计算机内核功能测试
6.2.1 I/O接口测试
6.2.2 串口模块测试
6.2.3 模拟量接口测试
6.2.4 存储模块测试
6.3 余度管理电路测试
6.3.1 FPGA的 I/O口功能测试
6.3.2 数据仲裁算法可靠性测试
6.3.3 高速切换开关功能测试
6.4 相似双余度飞控计算机内核基本功能测试
6.4.1 双机同步测试
6.4.2 数据传输测试
6.4.3 仲裁功能测试
6.5 系统可靠性定量评估
6.5.1 马尔科夫模型分析法[40]
6.5.2 利用马尔科夫模型计算系统可靠性
6.6 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 引言
7.2 研究工作总结
7.3 后续研究展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
本文编号：3853865
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