飛控系統(tǒng)的余度管理

飛控系統(tǒng)的余度管理

飛機控制系統(tǒng)是飛機的重要組成部分，飛機控制系統(tǒng)的水平對飛機的性能和安全起著決定性作用。因此實現(xiàn)飛行控制系統(tǒng)各項功能的實時軟件就起著相當重要的作用。而余度管理的基本功能就是檢測飛控系統(tǒng)的故障及隔離故障部件。一般飛控系統(tǒng)的余度配置為:采用三余度飛控計算機進行控制,其余都采用單余度。飛控計算機之間是3通道交叉互比監(jiān)控系統(tǒng),采用熱備份的工作方式,具有確保故障安全的能力,在一定的條件下可實現(xiàn)故障工作或故障降級工作,從而保證了系統(tǒng)的安全與可靠性。而在系統(tǒng)進行余度管理時,首先需要完成的工作就是3臺飛控計算機之間的同步,這里同步是指3臺飛控計算機的工作在同一拍中進行。若采用異步方式來處理,則意味著3臺計算機工作在不同的時間下,3臺計算機的采樣與控制不能夠統(tǒng)一,也許A機發(fā)送上一拍的控制程序,而C機正在采樣下一拍的數(shù)據(jù)。這樣就難以實現(xiàn)余度管理與控制,表決電路也無法實現(xiàn)。因此首先保證各個計算機在同一拍中工作,才能保證余度管理軟件的切實實現(xiàn),所以首先應當進行的是3臺計算機之間的同步,同步成功了,3臺計算機就可以進行各自的工作了。120計算機同步策略余度計算機之間的同步要求是:同步總線是專用差動同步信號傳輸總線,用于通道之間的同步信號傳輸;飛控計算機是采用同步的工作方式,同步過程采用以軟件為主,軟/硬結(jié)合的雙握手同步算法。每個通道始終運行同一任務,并允許有限的偏差,即雙通道的異步度最大不超過50μs;在飛控計算機中,每個通道都有一個硬件同步指示器,系統(tǒng)設置專用同步總線用于完成通道之間的同步信號傳輸。計算機同步的過程是在系統(tǒng)同步程序的管理下,結(jié)合硬件同步指示器,通過專用同步總線,完成各通道之間的同步。余度飛控計算機在開機后正常運行前,首先應當做的就是與其他計算機進行同步,實現(xiàn)正常的余度管理功能在每個監(jiān)控周期的開始,飛控計算機的A、B、C通道都要同步一次。同步的目的是:飛控計算機的3個通道在同一時刻進行采樣;3個通道的時鐘誤差不累積。飛控計算機三余度通道間設置有同步信號線,用以實現(xiàn)通道間的同步。飛控計算機采用以軟件為主,軟/硬結(jié)合的雙握手同步算法實現(xiàn)計算同步。機內(nèi)設置了專用同步信號線用于完成通道之間的同步信號傳輸。計算機同步的過程是在系統(tǒng)同步程序的管理下,通過專用同步信號線,完成3通道之間的同步。同步算法采用握手方式:飛控計算機進入監(jiān)控周期后,首先關(guān)中斷,接著輸出一個“邏輯高”同步離散量,然后在限定時段內(nèi)查詢其他兩方通道響應“邏輯高”;在握手成功后,打開中斷,輸出一個“邏輯低”,3通道均保持同步離散輸出為邏輯低。2火炬總管的輸總線實現(xiàn)同步算法,要求硬件上要有專用的同步信號傳輸總線,因此使用飛控計算機的IO口來實現(xiàn)這個功能。還要求每20ms的任務前,都要進行一次同步,因此硬件上也要實現(xiàn)20ms定時功能。2.1mm程序2頻率發(fā)生器驅(qū)動本例用PC104作為飛控計算機。進行同步時,需要驅(qū)動PC104開發(fā)板上的DIO作為同步信號的收發(fā)并用8254定時器作為20ms任務的定時。對于DIO的驅(qū)動,采用PC104開發(fā)板上提供的8255芯片:首先對8255進行初始化,對于每一個PC104主板都用2個輸出,2個輸入作為同步信號。將控制字寫入8255中,選擇A口作為輸入項,B口作為輸出項。然后用函數(shù)封裝8255驅(qū)動,封裝成為voidSyncronizeDI(intnum,bool*Value)與voidSyncronizeDO(boolData)形式,這兩個函數(shù)的主要作用是:SyncronizeDI讀取指定通道(A、B或C)的同步信號,值放在Value中,判斷其他兩機是否已經(jīng)開始20ms任務;SyncronizeDO是向兩個通道發(fā)出同步信號,表示該機已經(jīng)準備開始20ms任務,等待同步。對于8254定時器的驅(qū)動,8254采用模式2(頻率發(fā)生器)的方式。在每20ms,給PC104一個中斷,并能夠通過軟件設置其定時時間。也將其封裝成函數(shù)形式,voidTimer8254(intn);通過輸入n的值,來確定定時時間(ms為單位)。2.2飛控計算機與其他計算機的連接驅(qū)動完成后,就要進行實現(xiàn)同步算法的硬件連線,如圖1所示,要求3臺飛控計算機用以下方式進行連接,即一臺飛控計算機輸出同步信號給其他兩臺,并接收其他兩臺計算機的同步輸出信號,進行握手協(xié)議。這樣,同步的硬件就可以實現(xiàn)了,下面就可以用軟件實現(xiàn)同步算法了。3同步恢復條件同步算法流程圖如圖2所示。通道間的異步度限制在50μs之內(nèi),初始同步等待時間為5s,這個時間用于PC104開機時不同時間上的差異。當?shù)谝淮瓮郊撮_機同步成功后,以后就進入20ms任務運行同步,同步等待時間為50μs。若在同步等待時間中沒有收到同步信號,則系統(tǒng)延時一拍啟動同步恢復。同步恢復的時間為21ms,大于最小監(jiān)控周期20ms。若同步恢復成功,則進入20ms任務,并等待下一次同步。若同步恢復也失敗,則記錄同步永久故障,該通道停止輸出,進入死循環(huán)。此時系統(tǒng)已經(jīng)降級為二余度系統(tǒng),若再次出現(xiàn)同步失敗,則雙通道同時進入同步恢復,如果同步仍然失敗,由于剩余雙通道間缺少互比監(jiān)控的機制,由預先指定的通道完成單通道工作。因此同步工作分為開機同步,20ms任務同步,以及同步恢復工作。(1)程序同步實現(xiàn)封裝成為一個函數(shù)voidFSynchronizeA(void),該函數(shù)在開機運行初始化時調(diào)用,只調(diào)用一次用以保證開機時3個系統(tǒng)正常工作,并且同步成功。開機同步實現(xiàn)的方法是:開機后,用SyncronizeDO函數(shù)向其他兩個函數(shù)發(fā)出同步信號,同時不斷采集其他兩機所發(fā)出的同步信號,直到采集到兩機的同步信號后,進入正常的20ms任務。若等待5s后還沒有采集到其他兩機的同步信號,則認為其他兩機故障。進入單機運行中。(2)同步恢復程序啟動封裝成一個函數(shù)voidSynchronizeA(void),進行每20ms的同步,20ms同步的流程如圖3所示。向其他兩機發(fā)出同步信號,通過1000次反復循環(huán)采集其他兩機的同步信號,若已知有一個非控計算機出故障。則跳過該機的同步采集。若1000次都沒有采集到同步信號,則啟動同步恢復程序。在同步恢復程序中,首先將小幀計數(shù)器加1,等待一拍同步信號,如果在這20ms內(nèi)接收到同步信號,則同步恢復成功,繼續(xù)進行20ms任務運行。如果沒有接收到同步信號,則認為同步恢復失敗,將其他兩機寫入永久故障,進行單機運行。在同步過程中,應禁止中斷,在同步完成后,使能中斷。在對系統(tǒng)正常監(jiān)控過程中,每一小幀都需進行同步。由于系統(tǒng)為三余度系統(tǒng),在每一次握手時間超過預設時間后,已收到回應信息的兩個通道(例如A、B)自動進入