CN103970010B - 一种飞行控制系统余度设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于飞行控制技术领域，涉及一种飞行控制系统余度设计方法。本发明在余度通道设计中没有增加硬件成本，仅采用了原设计中各余度通道的状态量，设计简单、成本低，能够较好的解决余度不足、任务可靠性不足的缺点；消除了系统设计中可能出现的1：1的故障现象，提高了系统设计的可靠性。

Description

一种飞行控制系统余度设计方法

技术领域

本发明属于飞行控制技术领域，涉及一种飞行控制系统余度设计方法。

背景技术

现有的飞行控制系统中的信号通道往往存在多余度设计，传统的余度设计存在以下不足之处：

现有的多余度设计往往追求高的任务可靠性，致使越复杂设计越来越复杂，但是硬件复杂到一定程度之后，硬件的基本可靠性会降低，从而导致不能达到任务可靠性的要求。因此，仅仅从硬件角度对多余度设计做改进是不可取的。

至于最近的解析余度技术，虽然增加了对信号通道失效的输入信号的解析算法，但是仍然没有从根本上避免系统的多余度通道信号出现1：1表决的情况。

发明内容

本发明的目的：

本发明提出飞行控制系统余度设计方法，解决以下问题：

1）、飞控系统由于飞控计算机硬件余度降级而导致系统任务可靠性降低；

2）、简化飞控系统余度设计中硬件的配置；

3）、优化飞控系统余度设计中硬件及软件的功能。

本发明的技术方案：

一种飞行控制系统余度设计方法，本方法包括以下步骤：

第一步，余度通道的生成：

对各余度通道建立各自的辨识模型，辨识模型实时采集相对应的余度通道的输入信号、输出信号以及状态信号，经数据处理后，产生备份信号；

第二步，飞控系统对各余度通道是否正常做出判断，判断时如果不存在故障通道，则进入第五步；判断时如果存在故障通道且能识别故障通道则进入第三步；如果存在故障通道且不能识别故障通道，则进入第四步；

第三步，将识别出来的故障通道的辨识模型的备份信号作为该通道的输出表决信号输出，进入第五步；

第四步，顺序取有效的辨识模型的备份信号输出，进入第五步；

第五步，将各余度通道的信号进行表决输出。

第四步中，顺序取有效的辨识模型的方法为：当辨识模型可以参与表决时，若参与表决的通道为奇数，且工作正常，本辨识通道不参与表决；若参与表决的通道为偶数，或通道数为奇数但有一故障通道，则以辨识模型代替本故障通道行使表决。

本发明所具有的优点：

在余度通道设计中没有增加硬件成本，仅采用了原设计中各余度通道的状态量，设计简单、成本低，能够较好的解决余度不足、任务可靠性不足的缺点；消除了系统设计中可能出现的1：1的故障现象，提高了系统设计的可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例的原理示意图。

具体实施方式

一种飞行控制系统余度设计方法，本方法包括以下步骤：

第一步，余度通道的生成：

对各余度通道建立各自的辨识模型，辨识模型实时采集相对应的余度通道的输入信号、输出信号以及状态信号，经数据处理后，产生备份信号；

第二步，飞控系统对各余度通道是否正常做出判断，判断时如果不存在故障通道，则进入第五步；判断时如果存在故障通道且能识别故障通道则进入第三步；如果存在故障通道且不能识别故障通道，则进入第四步；

第三步，将识别出来的故障通道的辨识模型的备份信号作为该通道的输出表决信号输出，进入第五步；

第四步，顺序取有效的辨识模型的备份信号输出，进入第五步；

第五步，将各余度通道的信号进行表决输出。

第一步中，所述的辨识模型为：设定的一种辨识模型输入/输出的二阶离散关系如下：

y(k+1)＝f₁(k)y(k)+f₂(k)y(k-1)+g₁(k)u(k)+g₂(k)u(k-1)

y(k)表示k时刻辨识模型的输出，y(k+1)表示k的下一时刻的辨识模型输出；u(k)表示k时刻辨识模型的输入，u(k-1)表示k的上一时刻辨识模型的输入；

本方程不考虑系统所引起的延迟。模型参数f₁(k)、f₂(k)、g₁(k)、g₂(k)由k时刻辨识模型的输出与表决输出的差值Δe(k)、k时刻辨识模型的状态与状态表决值的差值Δx(k)、k的上一时刻辨识模型状态与状态表决值的差值Δx(k-1))决定：

其中：f₁(k)＝f₁(Δe(k),Δx(k),Δx(k-1))；f₂(k)＝f₂(Δe(k),Δx(k),Δx(k-1))；

g₁(k)＝g₁(Δe(k),Δx(k),Δx(k-1))；g₂(k)＝g₂(Δe(k),Δx(k),Δx(k-1))；

Δe(k)表示k时刻辨识模型的输出与表决输出的差值，Δx(k)为k时刻辨识模型的状态与状态表决值的差值；Δx(k-1))为k的上一时刻辨识模型状态与状态表决值的差值；

f₁(k)、f₂(k)、g₁(k)、g₂(k)实时进行以下寻优更新：

在k时刻，设目标函数 $J=\sqrt{\mathrm{\Δe}{\left(k\right)}^2+\mathrm{\Δx}{\left(k\right)}^2+\mathrm{\Δx}{(k-1)}^2},$ 若J≤ε，则f₁(k)、f₂(k)、g₁(k)、g₂(k)不变，并以其在k时刻的值进行更新；否则，对f₁(k)、f₂(k)、g₁(k)、g₂(k)进行寻优，使J≤ε，再以新的f₁(k)、f₂(k)、g₁(k)、g₂(k)在k+T_k时刻的值进行更新；其中，ε为事先设定的目标阈值常数,T_k为从k时刻开始到寻优成功的时间。

所述的寻优的算法可为最小二乘法。

第四步中，顺序取有效的辨识模型的方法为：当辨识模型可以参与表决时，若参与表决的通道为奇数，且工作正常，本辨识模型不参与表决；若参与表决的通道为偶数，或通道数为奇数但有一故障通道，则以其辨识模型代替相应的故障通道行使表决。

所述的辨识模型可以参与表决时为：当辨识模型满足J≤ε时。

以某二余度通道为例对本发明作进一步详细说明：

第一步，余度通道的生成：

对该二余度通道建立各自的辨识模型，辨识模型实时采集相对应的余度通道的输入信号、输出信号以及状态信号，经数据处理后，产生备份信号；

第二步，飞控系统对该二余度通道是否正常做出判断，判断时第一个余度通道为故障通道且；

第三步，将第一个余度通道的的辨识模型的备份信号作为该通道的输出表决信号输出，进入第四步；

第四步，将该二余度通道的信号进行表决输出。

Claims (5)

1.一种飞行控制系统余度设计方法，其特征是，本方法包括以下步骤：

第一步，余度通道的生成：

对各余度通道建立各自的辨识模型，辨识模型实时采集相对应的余度通道的输入信号、输出信号以及状态信号，经数据处理后，产生备份信号；

第二步，飞行控制系统对各余度通道是否正常做出判断，判断时如果不存在故障通道，则进入第五步；判断时如果存在故障通道且能识别故障通道则进入第三步；如果存在故障通道且不能识别故障通道，则进入第四步；

第三步，将识别出来的故障通道的辨识模型的备份信号作为该通道的输出表决信号输出，进入第五步；

第四步，顺序取有效的辨识模型的备份信号输出，进入第五步；

第五步，将各余度通道的输出信号进行表决输出。

2.如权利要求1所述的一种飞行控制系统余度设计方法，其特征是，第四步中，顺序取有效的辨识模型的方法为：当辨识模型可以参与表决时，若参与表决的通道为奇数，且工作正常，本辨识模型不参与表决；若参与表决的通道为偶数，或通道数为奇数但有一故障通道，则以其辨识模型代替相应的故障通道行使表决。

3.如权利要求2所述的一种飞行控制系统余度设计方法，其特征是，第一步中，所述的辨识模型为：设定的一种辨识模型输入/输出的二阶离散关系如下：

y(k+1)＝f₁(k)y(k)+f₂(k)y(k-1)+g₁(k)u(k)+g₂(k)u(k-1)

y(k)表示k时刻辨识模型的输出，y(k+1)表示k的下一时刻的辨识模型输出，y(k-1)表示k的上一时刻的辨识模型输出；u(k)表示k时刻辨识模型的输入，u(k-1)表示k的上一时刻辨识模型的输入；

模型参数f₁(k)、f₂(k)、g₁(k)、g₂(k)由k时刻辨识模型的输出与表决输出的差值Δe(k)、k时刻辨识模型的状态与状态表决值的差值Δx(k)、k的上一时刻辨识模型状态与状态表决值的差值Δx(k-1)决定：

其中：f₁(k)＝f₁(Δe(k),Δx(k),Δx(k-1))；f₂(k)＝f₂(Δe(k),Δx(k),Δx(k-1))；

g₁(k)＝g₁(Δe(k),Δx(k),Δx(k-1))；g₂(k)＝g₂(Δe(k),Δx(k),Δx(k-1))；

Δe(k)表示k时刻辨识模型的输出与表决输出的差值，Δx(k)为k时刻辨识模型的状态与状态表决值的差值；Δx(k-1)为k的上一时刻辨识模型状态与状态表决值的差值；

f₁(k)、f₂(k)、g₁(k)、g₂(k)实时进行以下寻优更新：

在k时刻，设目标函数若J≤ε，则f₁(k)、f₂(k)、g₁(k)、g₂(k)不变，并以其在k时刻的值进行更新；否则，对f₁(k)、f₂(k)、g₁(k)、g₂(k)进行寻优，使J≤ε，再以新的f₁(k)、f₂(k)、g₁(k)、g₂(k)在k+T_k时刻的值进行更新；其中，ε为事先设定的目标阈值常数,T_k为从k时刻开始到寻优成功的时间。

4.如权利要求3所述的一种飞行控制系统余度设计方法，其特征是，所述的寻优的算法为最小二乘法。

5.如权利要求3或4所述的一种飞行控制系统余度设计方法，其特征是，所述的辨识模型可以参与表决时为：当辨识模型满足J≤ε时。