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直升机机电管理计算机双余度设计

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在早期,飞机的机电系统都是相互独立,自成系统,每个系统从数据采集、数据处理到数据显示,自成一体,造成系统间资源利用效率低。随着机电系统越来越多,机载设备也越来越多,导致系统可靠性降低,维修时间增加,影响飞机的安全和任务完成。为了提高可靠性,缩短维修时间,需对各机电系统进行综合控制与管理,研制了机电综合管理系统。直升机上,机电管理计算机作为机电综合管理系统的核心处理部件,主要用于处理来自各机电系统的信息,并与航空电子系统进行信息交互,实现机上信息共享。随着直升机机电综合管理系统集成度和综合化程度提高,机电综合管理系统重要性也越来越高,采用单余度设计的机电管理计算机已无法满足系统的安全性和任务可靠性要求。机电综合管理系统的构型应依据机电系统功能需求及安全性需求进行设计,并对系统构型进行初步安全性分析(PSSA),其分析结果应满足总体要求、功能需求及安全性要求。本文依据机电系统需求设计了一种典型的双余度构型的机电管理计算机,并描述了余度技术的设计方法。

机电管理计算机构型

该典型机电管理计算机采用同构型的A、B双通道设计,实现双余度构型。机电管理计算机硬件资源和软件完全一致,两个通道并行工作,通过CCDL(交叉通道数据链)实现数据共享。两个通道配置相同的功能模块,主要包括CPU功能模块、CCDL功能模块、电源功能模块、总线功能模块,如图1所示。CPU功能模块用于执行计算和调度功能,每个CPU功能模块执行每个通道所需的数学运算和逻辑运算,独立完成每个通道的控制和管理;执行自测试和本通道其他功能模块的检测,并监控另一通道的健康状态。CCDL功能模块通过FPGA实现双通道之间的数据通信。电源功能模块用于为机电管理计算机供电,任一通道的电源功能模块均能为两个通道同时供电。总线功能模块用于与其他设备的总线通信。

双余度设计

同步功能为了保证两个通道在同一时刻工作,需对两个通道进行同步,采用软硬件结合的方式实现。A、B两通道之间通过2路离散量,首先分别输出一个“低”,在一定时间内若获取到对方通道输入的“低”,再输出一个“高”,在一定时间内若获取到对方通道输入的“高”,则同步成功。同步功能包括上电同步和周期同步。上电同步是在机电管理计算机上电初始化完成之后进行。周期同步是在每个基本周期开始之前进行,用于消除时钟累计误差。若周期同步失败,则两个通道独立工作。通道识别功能通道识别功能用于上电后A、B通道的识别。机电管理计算机上电后,各通道获取本通道的通道值,并通过CCDL获取对方通道的通道值,进行比较之后识别A、B通道。若获取对方通道值失败,或者获取的对方通道值与本通道一样,表示通道识别故障,两个通道按本通道值工作。总线数据传输策略每个通道通过CCDL可以获取对方通道的总线数据,对于总线数据发送,结合是否为主控通道、能否正确获取对方通道数据来确定发送数据;对于总线数据接收,结合是否为主控通道、能否正确接收本通道数据、能否正确获取对方通道数据来确定接收数据。健康管理每个通道会对自身资源进行自测试,包括上电自测试、周期自测试、维护自测试。自测试完成之后可以获取自测试结果,并通过CCDL可以获取对方通道的自测试结果。根据两个通道的自测试结果进行表决,可以确定主备通道,并能够实现内部资源重组。

结束语

采用余度构型的机电综合管理系统是提高机电系统综合化和集成化程度的手段,也极大地提高了直升机的任务可靠性和安全性,通过试验结果表明,该设计能较好地完成机电综合管理系统的任务,将是以后机电综合管理技术发展的方向。该设计技术也可应用于其他机载计算机的设计中。

作者:吴丽媛 王伟 单位:中国直升机设计研究所

直升机机电管理计算机双余度设计责任编辑:张雨    阅读:人次
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