CN104122896B - 一种基于ttp/c总线的无人飞行器飞行控制系统体系架构 - Google Patents
一种基于ttp/c总线的无人飞行器飞行控制系统体系架构 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104122896B CN104122896B CN201310145230.2A CN201310145230A CN104122896B CN 104122896 B CN104122896 B CN 104122896B CN 201310145230 A CN201310145230 A CN 201310145230A CN 104122896 B CN104122896 B CN 104122896B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- buses
- ttp
- remaining
- flight control
- data
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Control By Computers (AREA)
- Traffic Control Systems (AREA)
Abstract
本发明属于飞行控制领域,实现了一种无人飞行器的基于TTP/C(时间触发协议)总线的三余度飞行控制系统(以下简称飞控系统)架构的配置方案,该架构以高性能数字式三余度飞行控制计算机(FMC)的为核心控制模块,利用基于时间触发的TTP/C总线组成外部总线,满足了无人飞行器对飞控系统的苛刻要求。该体系架构有利于无人飞行器飞控系统向高可靠、强实时和开放式的方向发展,具有广阔的应用空间。
Description
技术领域
本发明属于飞行控制领域,涉及到飞控系统专业。适用于大气层内的航空飞行器以及空间、临近空间飞行器等与飞行控制相关的各类控制系统。
背景技术
飞控系统是整个飞行器的重要组成,用于感受机体运动,结合自动或来自人工的期望值,解算并输出控制指令,控制飞行器的气动舵面以及其他的交联设备,实现按照预期控制飞行器的目的。飞控系统是飞行器的“大脑”和“手脚”,同时也是保证飞行安全、实现任务目的的关键。
随着航空航天技术的不断发展,应用邻域的不断拓宽,特别是尖端控制邻域其对飞控系统的要求越来越高,高可靠性、强实时性、开放性和模块化是未来飞控系统发展的必然趋势,而作为飞控系统的核心,具有高可靠、强实时、开放式和模块化的飞控系统体系架构,是实现上述发展趋势的关键所在。
从各军事大国的无人机技术发展可以看出,无人机呈现出明显的向多任务、长航时、高机动、高动态的特点,以逐步开始取代部分有人飞行器的任务和功能,这些发展特点都对无人机飞控系统的综合性能提出了严峻的要求,而传统的无人机的飞控系统,受限于其应用背景,往往不可避免的存在功能单一、实时性低、结构繁杂、可靠性差等缺点,一般也不具备开放性和模块化。
发明内容:
本发明的目的:针对传统的无人机飞控系统可靠性、实时性和开放性的不足,提出一种基于TTP/C总线的无人飞行器飞行控制系统体系架构。
本发明的技术方案:一种基于TTP/C总线的无人飞行器飞行控制系统体系架构,包括飞控计算机、TTP/C总线和外部节点,其中:所述的飞控计算机包括三个独立的、分布式的飞控计算余度,每个余度包含一套完整的CPU板、串口板、总线接口单元及电源模块,每个余度内部采用本地659总线作为板卡间的数据总线;三个余度之间采用桥接659总线,三个余度的CPU之间通过独立的CCDL模块进行数据传输,每个余度都通过各自的主TTP/C总线与其外部节点相连,同时每个余度还作为节点与其他两个余度的主TTP/C总线相连。
所述的CCDL模块若故障,余度之间的桥接659总线同时兼作为CCDL模块备份,发送CPU之间的CCDL数据。
所述的TTP/C总线的数据包括外部节点发往主余度CPU的数据信息、以及主余度CPU发往外部节点的数据信息,另外两个余度的CPU可以监听该主余度CPU与外部节点的数据通信。
所述的外部节点包括飞控系统内部的三套非相似余度的卫星/惯性组合器件,两余度的大气数据系统、两余度高度表、两个电气双余度的舵机控制器ACE、以及飞控系统外部的交联系统。
本发明的优点:
1、高可靠性
本系统体系包括三余度的飞控计算机、四余度的本地659背板总线、四余度的桥接659背板总线、三套两余度的TTP/C总线、以及多余度的卫星/惯性组成传感器(GPS/INS)、大气数据系统(ADS)、高度表(RA)及舵机控制器(ACE),整个系统具有很高的可靠性,能保证任意节点一次故障工作,两次故障安全;
2、强实时性
TTP/C总线为基于时间触发的串行数据总线,根据总线协议,按照数据帧格式规划数据,配置5兆的总线带宽,典型的飞控应用数据周期可以在1毫秒一下,结合高带宽64兆的本地659总线,系统延迟可以控制在15毫秒以内,优于传统的无人机飞控系统;
3、开放式
基于TTP/C总线的系统架构,新加入的节点可以直接挂接在总线,通过修改总线接口单元的预置参数,就可以非常方便的按照不同的应用需求配置飞行器的飞控系统,通过灵活挂接不同的模块、节点,可以基于这套体系架构,组成出各种系统配置;
附图说明:
图1基于TTP/C总线的飞控系统架构示意图;
图2基于TTP/C总线的飞控计算机架构示意图;
具体实施方式:
基于TTP/C总线的无人飞行器飞行控制系统体系架构,包括飞控计算机、TTP/C总线和外部节点,其中:所述的飞控计算机包括三个独立的、分布式的飞控计算余度,每个余度包含一套完整的CPU板、串口板、总线接口单元及电源模块,每个余度内部采用本地659总线作为板卡间的数据总线;三个余度之间采用桥接659总线,三个余度的CPU之间通过独立的CCDL模块进行数据传输,每个余度都通过各自的主TTP/C总线与其外部节点相连,同时每个余度还作为节点与其他两个余度的主TTP/C总线相连。
以下以一个具体实施例对本发明作进一步详细说明。
三个余度之间包括桥接659总线和独立CCDL模块,其中桥接659总线实现了余度之间的板卡高速高带宽数据通讯;CCDL模块实现了三个CPU之间的数据高速共享;另外,若CCDL模块故障,余度之间的桥接659总线同时可以兼作为CCDL模块备份,发送CPU之间的CCDL数据。
每一套余度作为收发节点与其中一路外部TTP/C总线接口相连,同时该余度作为监听节点(不向总线上发送数据)分别与其余两路外部TTP/C总线相连,即:CPU_A作为收发节点挂在BUS_A总线上,同时作为监听节点分别挂在BUS_B、BUS_C上;CPU_B作为收发节点挂在BUS_B总线上,同时作为监听节点分别挂在BUS_A、BUS_C上;CPU_C作为收发节点挂在BUS_C总线上,同时作为监听节点分别挂在BUS_A、BUS_B上。
如图1所示,卫星/惯性传感器#1(GPS/INS#1)敏感到机体运动的数据(如角速率信号),在预定的时刻,将数据通过BUS_A总线广播发送,三个余度的CPU,即CPU_A、CPU_B和CPU_C同时收到该节点广播的数据;某一时刻,CPU_A可以在分别接收到来自TTP/C总线的GPS/INS#1、GPS/INS#2和GPS/INS#3的数据;另外,由于每个传感器节点同时具有独立的串口与飞控计算机相连,如图1所示,GPS/INS#1,该串口数据通过桥接659总线和本地659总线,分别到达三个余度的FMC的串口板(SIO);来自三个余度的总线板的数据和串口板的数据经过桥接659交换数据以后,任意一个余度可以得到如下数据,以CPU_A接收到的GPS/INS#1数据为例:
1.来自BUS_A(本余度)的TTP/C总线的GPS/INS#1数据;
2.来自BUS_B(X余度)的TTP/C总线的GPS/INS#1数据;
3.来自BUS_C(Y余度)的TTP/C总线的GPS/INS#1数据;
4.来自BUS_B(X余度)的通过桥接659的TTP/C总线的GPS/INS#1数据;
5.来自BUS_C(Y余度)的通过桥接659的TTP/C总线的GPS/INS#1数据;
6.来自本余度串口板的总线的GPS/INS#1数据;
7.来自X余度总线的通过桥接659的串口的GPS/INS#1数据;
8.来自Y余度总线的通过桥接659的串口的GPS/INS#1数据;
可以看到,本发明提出的架构,用较小的配置开销,明显提高了数据的冗余,任意节点或环节一次故障都不影响数据的接收。
对于其中一个余度CPU而言,以CPU_A为例,在一个计算周期内(如20毫秒),可以将采集到的数据进行多个余度的表决监控,输入给控制律,经过解算,得到舵面的控制指令;三个余度的CPU通过CCDL交换数据,综合得到一个统一的输出控制指令,等到本节点(如CPU_A)在TTP/C总线(如BUS_A)上的时间窗口到来时,将数据通过(如BUS_A)总线广播。
舵机控制器(ACE)收到三个余度CPU的、分别来自三条TTP/C总线的舵机控制指令后,综合计算得到最后的舵机偏度指令和其他控制指令,驱动相应作动器。同时ACE将自身的状态信息组包同样利用三路TTP/C总线网络反馈给三个余度的CPU。
至此,利用本发明提出的飞控体系架构完成了一轮控制周期的数据流交换。
Claims (4)
1.一种基于TTP/C总线的无人飞行器飞行控制系统体系架构,其特征是,本架构包括飞控计算机、TTP/C总线和外部节点,其中:所述的飞控计算机包括三个独立的、分布式的飞控计算余度,每个余度包含CPU板、串口板、总线接口单元及电源模块,每个余度内部采用本地659总线作为板卡间的数据总线;三个余度之间采用桥接659总线作为余度之间的数据总线;三个CPU板之间通过独立的CCDL模块进行数据传输;每个余度的总线接口单元通过各自的主TTP/C总线与其外部节点相连,同时每个余度的总线接口单元还作为节点与其他两个余度的主TTP/C总线相连。
2.如权利要求1所述的一种基于TTP/C总线的无人飞行器飞行控制系统体系架构,其特征是,所述的CCDL模块若故障,余度之间的桥接659总线同时兼作为CCDL模块备份,发送CPU之间的CCDL数据。
3.如权利要求1所述的一种基于TTP/C总线的无人飞行器飞行控制系统体系架构,其特征是,所述的TTP/C总线的数据包括外部节点发往主余度CPU的数据信息、以及主余度CPU发往外部节点的数据信息,另外两个余度的CPU可以监听该主余度CPU与外部节点的数据通信。
4.如权利要求1-3之一所述的一种基于TTP/C总线的无人飞行器飞行控制系统体系架构,其特征是,所述的外部节点包括飞控系统内部的卫星/惯性组合器件GPS/INS,大气数据系统ADS、高度表RA以及舵机控制器ACE。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201310145230.2A CN104122896B (zh) | 2013-04-24 | 2013-04-24 | 一种基于ttp/c总线的无人飞行器飞行控制系统体系架构 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201310145230.2A CN104122896B (zh) | 2013-04-24 | 2013-04-24 | 一种基于ttp/c总线的无人飞行器飞行控制系统体系架构 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN104122896A CN104122896A (zh) | 2014-10-29 |
CN104122896B true CN104122896B (zh) | 2017-03-29 |
Family
ID=51768349
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201310145230.2A Active CN104122896B (zh) | 2013-04-24 | 2013-04-24 | 一种基于ttp/c总线的无人飞行器飞行控制系统体系架构 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN104122896B (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11820492B1 (en) | 2023-01-13 | 2023-11-21 | Beta Air, Llc | System of cross-channel communication for effectors in an electric aircraft |
Families Citing this family (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104749949A (zh) * | 2015-03-19 | 2015-07-01 | 南京航空航天大学 | 一种基于PowerPC和x86的混合三余度无人机飞控计算机及内核设计方法 |
CN105867414B (zh) * | 2016-04-18 | 2018-08-07 | 浙江大学 | 一种多传感器冗余备份的无人机飞行控制系统 |
CN106444498A (zh) * | 2016-09-23 | 2017-02-22 | 中国运载火箭技术研究院 | Cpu板卡可插拔式替换的飞控计算机 |
CN106597939A (zh) * | 2016-12-15 | 2017-04-26 | 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 | 一种模块化的无人机飞行控制与管理系统 |
CN108693885A (zh) * | 2017-04-05 | 2018-10-23 | 北京深远世宁科技有限公司 | 一种无人机控制系统及无人机 |
DE102017111527A1 (de) * | 2017-05-26 | 2018-11-29 | Liebherr-Aerospace Lindenberg Gmbh | Flugsteuersystem |
CN107608381A (zh) * | 2017-09-30 | 2018-01-19 | 江西洪都航空工业集团有限责任公司 | 一种混合余度配置的电传飞控系统控制架构 |
CN108062087B (zh) * | 2017-12-19 | 2020-06-09 | 中国航发控制系统研究所 | 基于ttp/c总线的高安全性数字电子控制器架构 |
CN108107910B (zh) * | 2017-12-28 | 2021-01-22 | 中航联创科技有限公司 | 一种基于分布式多余度总线的无人机飞控系统及飞控方法 |
CN108319158A (zh) * | 2018-01-08 | 2018-07-24 | 北京航空航天大学 | 基于约束满足问题的飞控作动系统配置方法 |
CN109062028A (zh) * | 2018-09-04 | 2018-12-21 | 北京实干兴邦科技有限公司 | 一种飞控计算机的多余度控制系统 |
CN109683857A (zh) * | 2018-11-23 | 2019-04-26 | 中国西安卫星测控中心 | 一种基于分治策略的航天飞控计算软件自动化实现框架 |
CN110531787A (zh) * | 2019-09-18 | 2019-12-03 | 朗星无人机系统有限公司 | 一种无人机自动驶入驶出控制系统 |
CN111026689B (zh) * | 2019-12-04 | 2023-04-25 | 中国直升机设计研究所 | 一种多余度飞控计算机余度表决一致性方法 |
CN111176253B (zh) * | 2019-12-18 | 2022-04-19 | 中国航空工业集团公司成都飞机设计研究所 | 一种基于蒙特卡洛的飞行控制律自动评估方法 |
CN112046773A (zh) * | 2020-08-11 | 2020-12-08 | 湖北吉利太力飞车有限公司 | 一种基于can网络的空中交通飞行器的航电系统 |
CN112558498B (zh) * | 2020-12-04 | 2023-01-13 | 中国航空工业集团公司成都飞机设计研究所 | 一种基于数据池的mbse飞行器系统间联合设计与验证方法 |
CN112671627B (zh) * | 2020-12-29 | 2022-08-09 | 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 | 一种机载飞行控制系统的体系化总线选型方法及装置 |
WO2022188433A1 (zh) * | 2021-03-10 | 2022-09-15 | 广东汇天航空航天科技有限公司 | 一种飞行器的控制装置、控制方法和飞行器 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101609329A (zh) * | 2008-06-19 | 2009-12-23 | 北京航空航天大学 | 一种基于单通道双处理器结构的高性能三余度舵机 |
CN102130722A (zh) * | 2011-03-01 | 2011-07-20 | 南京航空航天大学 | 光传飞行控制系统交叉通道数据链路系统 |
CN102566414A (zh) * | 2011-12-13 | 2012-07-11 | 中国航空工业第六一八研究所 | 一种减小分布式多余度控制系统传输时延的方法 |
EP2505497A1 (en) * | 2011-03-29 | 2012-10-03 | BAE Systems Plc | Actuator control system |
CN102736630A (zh) * | 2011-04-02 | 2012-10-17 | 南京航空航天大学 | 基于三余度的光传飞控系统的实现方法 |
-
2013
- 2013-04-24 CN CN201310145230.2A patent/CN104122896B/zh active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101609329A (zh) * | 2008-06-19 | 2009-12-23 | 北京航空航天大学 | 一种基于单通道双处理器结构的高性能三余度舵机 |
CN102130722A (zh) * | 2011-03-01 | 2011-07-20 | 南京航空航天大学 | 光传飞行控制系统交叉通道数据链路系统 |
EP2505497A1 (en) * | 2011-03-29 | 2012-10-03 | BAE Systems Plc | Actuator control system |
CN102736630A (zh) * | 2011-04-02 | 2012-10-17 | 南京航空航天大学 | 基于三余度的光传飞控系统的实现方法 |
CN102566414A (zh) * | 2011-12-13 | 2012-07-11 | 中国航空工业第六一八研究所 | 一种减小分布式多余度控制系统传输时延的方法 |
Non-Patent Citations (4)
Title |
---|
A Model for Fault-Tplerant Networked Control System Using TTP/C Communication;Ravindra P.Patankar;《IEEE Transactions on Vehicular Technology》;20040930;第53卷(第5期);第1461-1467页 * |
ARINC659总线在飞控余度管理技术中的应用;张锐等;《航空计算技术》;20130331;第43卷(第2期);第128-130页,第134页 * |
一种基于TTP/C协议的容错策略研究;魏婷等;《航空计算技术》;20080531;第38卷(第3期);第90-93页 * |
三余度飞控计算机架构及其可靠性研究;孔柳明等;《现代电子技术》;20120315;第35卷(第6期);第102-106页 * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11820492B1 (en) | 2023-01-13 | 2023-11-21 | Beta Air, Llc | System of cross-channel communication for effectors in an electric aircraft |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN104122896A (zh) | 2014-10-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN104122896B (zh) | 一种基于ttp/c总线的无人飞行器飞行控制系统体系架构 | |
US9081372B2 (en) | Distributed flight control system implemented according to an integrated modular avionics architecture | |
US8275494B1 (en) | System, apparatus and method for controlling an aircraft | |
US20110251739A1 (en) | Distributed fly-by-wire system | |
US10230574B2 (en) | Avionics calculator with integrated routing module, related communication network and communication installation, and aircraft comprising such a communication installation | |
US9876598B2 (en) | Switch for transmission of data between heterogeneous networks for aircraft | |
US8235328B2 (en) | Apparatus and method for backup control in a distributed flight control system | |
Fuchs et al. | The evolution of avionics networks from ARINC 429 to AFDX | |
US11323214B2 (en) | Aircraft control system | |
US10142059B2 (en) | Method for verifying the integrity of data transmission between a main upstream unit and a main downstream unit | |
CN108776486B (zh) | 一种大型中高空察打一体无人机飞控系统冗余架构方法 | |
EP3254960A1 (en) | Electrical architecture for slat/flap control using smart sensors and effectors | |
US20140180504A1 (en) | Aircraft control system with merged links | |
CN102955456A (zh) | 一种基于总线通讯的小型无人飞行器控制系统 | |
CN202166892U (zh) | 一种基于总线通讯的小型无人飞行器控制系统 | |
CN109308064A (zh) | 一种四旋翼无人机的故障容错控制方法及系统 | |
Boniol et al. | Towards modular and certified avionics for uav aerial robotics | |
Vanek et al. | Safety critical platform for mini UAS insertion into the common airspace | |
Kornecki | Airborne software: Communication and certification | |
Kazi | Architecting of avionics full duplex ethernet (afdx) aerospace communication network | |
CN110466741A (zh) | 用于控制、调节和/或监控航空飞行器的系统 | |
Garbarino et al. | Innovative Low-Cost Design of a Ground Control Station for Unmanned Aerial Systems Experimentation | |
Hiergeist et al. | Fault-tolerant FCC Architecture for future UAV systems based on COTS SoC | |
Kazi | Role of avionics full duplex ethernet protocol in an aircraft data communication network | |
Grams | Ethernet for aerospace applications-ethernet heads for the skies |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant | ||
CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 610091 No. 89, Wuhouci street, Chengdu, Sichuan Patentee after: AVIC CHENGDU AIRCRAFT DESIGN & Research Institute Address before: 610091 planning and Development Department of Chengdu aircraft design and Research Institute, 1610 Riyue Avenue, Qingyang District, Chengdu City, Sichuan Province Patentee before: AVIC CHENGDU AIRCRAFT DESIGN & Research Institute |
|
CP03 | Change of name, title or address |