直升機(jī)機(jī)電管理計(jì)算機(jī)雙余度設(shè)計(jì)范文

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在早期，飛機(jī)的機(jī)電系統(tǒng)都是相互獨(dú)立，自成系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)從數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理到數(shù)據(jù)顯示，自成一體，造成系統(tǒng)間資源利用效率低。隨著機(jī)電系統(tǒng)越來(lái)越多，機(jī)載設(shè)備也越來(lái)越多，導(dǎo)致系統(tǒng)可靠性降低，維修時(shí)間增加，影響飛機(jī)的安全和任務(wù)完成。為了提高可靠性，縮短維修時(shí)間，需對(duì)各機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行綜合控制與管理，研制了機(jī)電綜合管理系統(tǒng)。直升機(jī)上，機(jī)電管理計(jì)算機(jī)作為機(jī)電綜合管理系統(tǒng)的核心處理部件，主要用于處理來(lái)自各機(jī)電系統(tǒng)的信息，并與航空電子系統(tǒng)進(jìn)行信息交互，實(shí)現(xiàn)機(jī)上信息共享。隨著直升機(jī)機(jī)電綜合管理系統(tǒng)集成度和綜合化程度提高，機(jī)電綜合管理系統(tǒng)重要性也越來(lái)越高，采用單余度設(shè)計(jì)的機(jī)電管理計(jì)算機(jī)已無(wú)法滿足系統(tǒng)的安全性和任務(wù)可靠性要求。機(jī)電綜合管理系統(tǒng)的構(gòu)型應(yīng)依據(jù)機(jī)電系統(tǒng)功能需求及安全性需求進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對(duì)系統(tǒng)構(gòu)型進(jìn)行初步安全性分析（PSSA），其分析結(jié)果應(yīng)滿足總體要求、功能需求及安全性要求。本文依據(jù)機(jī)電系統(tǒng)需求設(shè)計(jì)了一種典型的雙余度構(gòu)型的機(jī)電管理計(jì)算機(jī)，并描述了余度技術(shù)的設(shè)計(jì)方法。

機(jī)電管理計(jì)算機(jī)構(gòu)型

該典型機(jī)電管理計(jì)算機(jī)采用同構(gòu)型的A、B雙通道設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)雙余度構(gòu)型。機(jī)電管理計(jì)算機(jī)硬件資源和軟件完全一致，兩個(gè)通道并行工作，通過(guò)CCDL（交叉通道數(shù)據(jù)鏈）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。兩個(gè)通道配置相同的功能模塊，主要包括CPU功能模塊、CCDL功能模塊、電源功能模塊、總線功能模塊，如圖1所示。CPU功能模塊用于執(zhí)行計(jì)算和調(diào)度功能，每個(gè)CPU功能模塊執(zhí)行每個(gè)通道所需的數(shù)學(xué)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算，獨(dú)立完成每個(gè)通道的控制和管理；執(zhí)行自測(cè)試和本通道其他功能模塊的檢測(cè)，并監(jiān)控另一通道的健康狀態(tài)。CCDL功能模塊通過(guò)FPGA實(shí)現(xiàn)雙通道之間的數(shù)據(jù)通信。電源功能模塊用于為機(jī)電管理計(jì)算機(jī)供電，任一通道的電源功能模塊均能為兩個(gè)通道同時(shí)供電。總線功能模塊用于與其他設(shè)備的總線通信。

雙余度設(shè)計(jì)

同步功能為了保證兩個(gè)通道在同一時(shí)刻工作，需對(duì)兩個(gè)通道進(jìn)行同步，采用軟硬件結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)。A、B兩通道之間通過(guò)2路離散量，首先分別輸出一個(gè)“低”，在一定時(shí)間內(nèi)若獲取到對(duì)方通道輸入的“低”，再輸出一個(gè)“高”，在一定時(shí)間內(nèi)若獲取到對(duì)方通道輸入的“高”，則同步成功。同步功能包括上電同步和周期同步。上電同步是在機(jī)電管理計(jì)算機(jī)上電初始化完成之后進(jìn)行。周期同步是在每個(gè)基本周期開(kāi)始之前進(jìn)行，用于消除時(shí)鐘累計(jì)誤差。若周期同步失敗，則兩個(gè)通道獨(dú)立工作。通道識(shí)別功能通道識(shí)別功能用于上電后A、B通道的識(shí)別。機(jī)電管理計(jì)算機(jī)上電后，各通道獲取本通道的通道值，并通過(guò)CCDL獲取對(duì)方通道的通道值，進(jìn)行比較之后識(shí)別A、B通道。若獲取對(duì)方通道值失敗，或者獲取的對(duì)方通道值與本通道一樣，表示通道識(shí)別故障，兩個(gè)通道按本通道值工作。總線數(shù)據(jù)傳輸策略每個(gè)通道通過(guò)CCDL可以獲取對(duì)方通道的總線數(shù)據(jù)，對(duì)于總線數(shù)據(jù)發(fā)送，結(jié)合是否為主控通道、能否正確獲取對(duì)方通道數(shù)據(jù)來(lái)確定發(fā)送數(shù)據(jù)；對(duì)于總線數(shù)據(jù)接收，結(jié)合是否為主控通道、能否正確接收本通道數(shù)據(jù)、能否正確獲取對(duì)方通道數(shù)據(jù)來(lái)確定接收數(shù)據(jù)。健康管理每個(gè)通道會(huì)對(duì)自身資源進(jìn)行自測(cè)試，包括上電自測(cè)試、周期自測(cè)試、維護(hù)自測(cè)試。自測(cè)試完成之后可以獲取自測(cè)試結(jié)果，并通過(guò)CCDL可以獲取對(duì)方通道的自測(cè)試結(jié)果。根據(jù)兩個(gè)通道的自測(cè)試結(jié)果進(jìn)行表決，可以確定主備通道，并能夠?qū)崿F(xiàn)內(nèi)部資源重組。

結(jié)束語(yǔ)

采用余度構(gòu)型的機(jī)電綜合管理系統(tǒng)是提高機(jī)電系統(tǒng)綜合化和集成化程度的手段，也極大地提高了直升機(jī)的任務(wù)可靠性和安全性，通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果表明，該設(shè)計(jì)能較好地完成機(jī)電綜合管理系統(tǒng)的任務(wù)，將是以后機(jī)電綜合管理技術(shù)發(fā)展的方向。該設(shè)計(jì)技術(shù)也可應(yīng)用于其他機(jī)載計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)中。

作者：吳麗媛 王偉 單位：中國(guó)直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所