CN105182961A - 四余度信号监控表决方法和设备 - Google Patents

Abstract

提供一种四余度信号监控表决方法和设备。该四余度信号监控表决方法，包括：对于四余度信号Y1、Y2、Y3、Y4，在所有信号均正常的情况下，按下列步骤进行四余度信号的表决和监控：提取出信号Y1、Y2、Y3中的最大值A、中值B以及最小值C；提取出Y4、A、C的中值M；以及使用中值B和M以二余度形式进行初步监控，其中，当发现异常时，通过一票否决方式否决所有信号，即确定所有信号故障。根据本公开的四余度信号监控表决方法和设备降低了运算复杂度，提高了系统效率。

Description

四余度信号监控表决方法和设备

技术领域

本公开涉及电传飞行控制系统余度管理技术，尤其涉及一种四余度信号监控表决方法和设备。

背景技术

电传飞行控制系统的应用，给优化飞机性能，减轻驾驶员负担提供了契机，但也带来了一定风险。例如，传统的机械式或液压式操纵系统通常是逐渐失效的，而电传飞行控制系统中飞行控制计算机或传感器的失效会使飞机立即处于不可控制状态，这使电传操纵系统的一些优点变得没有意义。为了解决此问题，电传飞行控制系统设计中普遍采用多余度容错体系架构。即从飞控计算机、传感器到作动器的配置都存在余度。

所谓余度技术就是引入多重(套)系统来执行同一指令或是同一项工作的任务。这些系统相互之间独立在各自的运行通道。系统的通道数目(余度数)的增多能够极大提高任务的安全系数。

余度管理技术是电传飞行控制系统设计的关键。其目的是提高电传飞行控制系统的安全性和可靠性，保证电传飞控系统在余度部件故障时能够实时检测出故障，诊断故障类型，随后对故障进行处理并完成系统重构。确保系统发生故障时，将系统的性能损失降低到最小，从而保证飞行安全。

在有人驾驶飞机电传飞行控制系统的设计中，基本上都采用了四余度的体系架构。不同于二余度及三余度系统，四余度信号在余度管理时，复杂度极大提高，降低了电传飞行控制系统的运行效率。

发明内容

本公开旨在提供一种更加简单的四余度信号监控表决方法。

根据本公开的一方面，提供一种四余度信号监控表决方法，包括：对于四余度信号Y1、Y2、Y3、Y4，在所有信号均正常的情况下，按下列步骤进行四余度信号的表决和监控：提取出信号Y1、Y2、Y3中的最大值A、中值B以及最小值C；提取出Y4、A、C的中值M；以及使用中值B和M以二余度形式进行初步监控，其中，当发现异常时，通过一票否决方式否决所有信号，即确定所有信号故障。

根据一个实施例，四余度信号监控表决方法还可以包括：当没有发现异常时，输出中值B和M的均值，并通过均值分别对信号Y1、Y2、Y3、Y4进行有效性监控。

根据另一个实施例，四余度信号监控表决方法还可以包括：确定均值与信号的差值是否大于监控门限L，其中，在确定大于门限L时，确定对应信号故障。

根据本公开的另一方面，提供一种四余度信号监控表决设备，包括：第一提取单元，用于从四余度信号Y1、Y2、Y3、Y4中的信号Y1、Y2、Y3中提取出最大值A、中值B以及最小值C；第二提取单元，用于提取出Y4、A、C的中值M；以及监控单元，用于使用中值B和M以二余度形式进行初步监控，其中，当发现异常时，通过一票否决方式否决所有信号，即确定所有信号故障。

根据本公开的另一方面，提供一种四余度信号监控表决方法。该方法包括：对于四余度信号Y1、Y2、Y3、Y4，在所有信号均正常的情况下，按下列步骤进行四余度信号的表决和监控：①提取出信号Y1、Y2、Y3中的最大值A、中值B以及最小值C；②提取出Y4、A、C的中值，并且1)当Y4>A时：A)若A-B大于监控门限L，则判为四余度信号2:2故障，则确定所有四信号Y1、Y2、Y3、Y4故障；B)若A-B小于等于监控门限L，则输出表决值YO＝(A+B)/2；2)当Y4<C时：A)若C-B大于监控门限L，则判为四余度信号2:2故障，则确定所有四信号Y1、Y2、Y3、Y4故障；B)若C-B小于等于监控门限L，则输出表决值YO＝(B+C)/2；3)当Y4介于A、C之间时：A)若|Y4-B|大于监控门限L，则判为四余度信号2:2故障，即确定所有四信号Y1、Y2、Y3、Y4故障；B)若|Y4-B|小于等于监控门限L，则输出表决值YO＝(Y4+B)/2；③通过表决值对信号Y1、Y2、Y3、Y4进行故障监控，当表决值YO与对应信号之差的绝对值大于监控门限L时，确定对应信号故障。

在一个实施例中，当四余度信号出现一次故障时，可以使用三余度信号监控表决方法。

在另一个实施例中，当四余度信号出现二次故障时，可以使用二余度信号监控表决方法。

在另一个实施例中，当确定所有四信号Y1、Y2、Y3、Y4故障时，可以指定故障安全结果。

根据本公开的四余度信号监控表决方法，在能够正确定位故障、选择正确值输出的同时，降低了方法的复杂度，从而提高了执行效率。

附图说明

图1是示意性示出根据本公开实施例的四余度信号监控表决的交错分级的原理图。

图2是例示根据本公开实施例的四余度信号监控表决设备的结构的框图。

图3是例示根据本公开实施例的四余度信号的交错分级监控表决的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本公开进行详细描述。

首先，为了便于理解本公开提供的四余度监控表决方法，对常规的四余度表方法及三余度表决方法进行描述。

常规四余度信号表决方法

用A，B，C，D分别代表四余度信息，设A.d、B.d、C.d、D.d表示某通道数据大小，A.No、B.No、C.No、D.No表示具体的通道排号。

首先，按照信号数据大小对其进行排序。例如，A.d≥B.d≥C.d≥D.d，并设定信号偏差门限值L。

然后，计算各信号数据两两的插值：Δ₁＝A.d-B.d、Δ₂＝B.d-C.d、Δ₃＝C.d-D.d、Δ₄＝A.d-D.d、Δ₅＝A.d-C.d、Δ₆＝B.d-D.d。

则，如果以V_O表示表决值，四余度模拟信号表决方法如下面的表1所示。

表1

当四余度信号发生不确定故障(如2:2故障)时，给出故障安全结果。如果某信号瞬态故障持续多拍(根据情况给定)，则称该信号出现永久故障；如果所有信号都没有出现永久故障，表决结果选次大、次小平均值输出；如果有一个输入信号出现永久故障，系统进入三余度表决。

常规三余度信号表决方法

用A，B，C分别代表三余度信息，设A.d、B.d、C.d表示某通道数据大小，A.No、B.No、C.No表示具体的通道排号。

首先，按照信号数据大小对其进行排序，即A.d≥B.d≥C.d。并且，设定信号偏差门限值L。

然后，计算各信号数据两两的插值：Δ₁＝A.d-B.d、Δ₂＝B.d-C.d、Δ₃＝A.d-C.d。

则，如果以V_O表示表决值，三余度模拟信号表决方法如下面的表2所示。

表2

如果有一个信号出现永久故障，系统进入二余度表决。二余度表决情况下，若二个信号的误差不超过门限值，则取二个信号的平均值输出；二余度表决情况下，若二个信号的误差超过门限值，则给出出错标。同样，当发生不确定故障(1:1:1)故障时，给出故障安全结果。

相比二余度的比较策略以及三余度的中值策略，四余度信号的余度管理方法显得极其复杂，导致其方法的复杂度大大提高。当系统中的余度信号较多时，采用现有常规方法将极大地降低系统的运行效率。

图1是示意性示出根据本公开实施例的四余度信号监控表决的交错分级的原理图。如图1所示，在根据本公开的四余度监控表决方法中，对四余度信号Y1、Y2、Y3、Y4进行交错分级处理。

具体地，在第一级，以“3+1”模式对四余度信号进行划分，并仅对其中的“3”进行处理。例如，将四余度信号划分为(Y1、Y2、Y3)+Y4的形式，并在Y1、Y2、Y3信号中确定出中值B、最大值A与最小值C。

然后，在第二级，将与在第一级中确定的最大值A、最小值C与第一级的“1”(Y4)组成第二级的“3”，以进行确定中值M的处理。例如，在图1的示例中，假设在第一级中确定Y1和Y3分别是最大值和最小值，则在Y1、Y3和Y4之中确定中值。

然后，在第三级中，使用在第二级中所确定的中值M与在第一级中所确定的中值B，例如Y4(或Y1、Y3)和Y2，以二余度形式对四余度信号进行初级监控以及表决。如果发现异常，则通过“一票否决”方式否决所有信号，即确定所有信号故障。

进一步地，在第三级中没有发现异常的情况下，输出均值，并通过均值分别对信号Y1、Y2、Y3、Y4进行有效性监控。在均值与信号的差值大于监控门限L时，确定对应信号故障。当出现故障时，降级为低余度的余度管理方案。从而，将四余度信号监控表决复杂问题通过简单的方法进行了实现。

图2示出了与上述方法对应的四余度信号监控表决设备200的结构。四余度信号监控表决设备200包括：第一提取单元201、第二提取单元202以及监控单元203。

第一提取单元201从四余度信号Y1、Y2、Y3、Y4中的任意3个信号，例如信号Y1、Y2、Y3中提取出最大值A、中值B以及最小值C。第二提取单元202针对信号Y4、A、C，提取出它们的中值M。监控单元203使用中值B和M以二余度形式进行初步监控。当发现异常时，监控单元203通过一票否决方式否决所有信号，即确定所有信号故障。

下面以图3为例详细描述根据本公开的四余度信号的交错分级监控表决方法的流程。

首先，对于四余度信号Y1、Y2、Y3、Y4，在所有信号均正常的情况下，按下列步骤进行四余度信号表决与监控。

首先，提取出信号Y1、Y2、Y3(四余度信号中任意取三个值)中的最大值A、中值B以及最小值C。确定最大值、中值、最小值的方法可以采用本领域已知的各种方法。

然后，提取出Y4、A、C的中值。针对这三个值进行进一步判断。

1)当Y4>A时：

A)若A-B大于监控门限L，则判为四余度信号2:2故障，即确定所有四信号Y1、Y2、Y3、Y4故障；

B)若A-B小于等于监控门限L，则输出表决值YO＝(A+B)/2。

2)当Y4<C时：

A)若C-B大于监控门限L，则判为四余度信号2:2故障，即确定所有四信号Y1、Y2、Y3、Y4故障；

B)若C-B小于等于监控门限L，则输出表决值YO＝(B+C)/2。

3)当Y4介于A、C之间时：

A)若|Y4-B|大于监控门限L，则判为四余度信号2:2故障，即确定所有四信号Y1、Y2、Y3、Y4故障；

B)若|Y4-B|小于等于监控门限L，则输出表决值YO＝(Y4+B)/2。

最后，通过表决值对信号Y1、Y2、Y3、Y4进行故障监控。当表决值YO与对应信号之差的绝对值大于监控门限L时，确定对应信号故障。

在进一步的实施例中，如果四余度信号Y1、Y2、Y3、Y4存在一次故障(即四余度信号中有一个信号故障)时，对其余信号进行三余度的监控表决。

在进一步的实施例中，若四余度信号Y1、Y2、Y3、Y4存在二次故障(即四余度信号中有二个信号故障)时，对其余信号进行二余度的监控表决。

在进一步的实施例中，如果四余度信号Y1、Y2、Y3、Y4存在三次以上故障，则输出故障安全值(YO＝Y_safe)。故障安全值为保证系统安全工作的保守值。

本公开通过将四余度信号交错分级处理的模式，将四余度信号监控表决复杂问题通过简单的方法进行了实现，简化了四余度信号故障监控表决的方法，从而降低了四余度信号监控表决方法的空间容量与时间复杂度。

以上所述，仅为本公开的具体实施例，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种四余度信号监控表决方法，包括：

对于四余度信号Y1、Y2、Y3、Y4，在所有信号均正常的情况下，按下列步骤进行四余度信号的表决和监控：

提取出信号Y1、Y2、Y3中的最大值A、中值B以及最小值C；

提取出Y4、A、C的中值M；以及

使用中值B和M以二余度形式进行初步监控，其中，当发现异常时，通过一票否决方式否决所有信号，即确定所有信号故障。

2.根据权利要求1所述的四余度信号监控表决方法，还包括：当没有发现异常时，输出中值B和M的均值，并通过所述均值分别对信号Y1、Y2、Y3、Y4进行有效性监控。

3.根据权利要求2所述的四余度信号监控表决方法，还包括：确定所述均值与信号的差值是否大于监控门限L，其中，在确定大于所述门限L时，确定对应信号故障。

4.一种四余度信号监控表决设备，包括：

第一提取单元，用于从四余度信号Y1、Y2、Y3、Y4中的信号Y1、Y2、Y3中提取出最大值A、中值B以及最小值C；

第二提取单元，用于提取出Y4、A、C的中值M；以及

监控单元，用于使用中值B和M以二余度形式进行初步监控，其中，当发现异常时，通过一票否决方式否决所有信号，即确定所有信号故障。

5.一种四余度信号监控表决方法，包括：

对于四余度信号Y1、Y2、Y3、Y4，在所有信号均正常的情况下，按下列步骤进行四余度信号的表决和监控：

①提取出信号Y1、Y2、Y3中的最大值A、中值B以及最小值C；

②提取出Y4、A、C的中值，并且

1)当Y4>A时：

A)若A-B大于监控门限L，则判为四余度信号2:2故障，则确定所有四信号Y1、Y2、Y3、Y4故障；

B)若A-B小于等于监控门限L，则输出表决值YO＝(A+B)/2；

2)当Y4<C时：

A)若C-B大于监控门限L，则判为四余度信号2:2故障，则确定所有四信号Y1、Y2、Y3、Y4故障；

B)若C-B小于等于监控门限L，则输出表决值YO＝(B+C)/2；

3)当Y4介于A、C之间时：

A)若|Y4-B|大于监控门限L，则判为四余度信号2:2故障，即确定所有四信号Y1、Y2、Y3、Y4故障；

B)若|Y4-B|小于等于监控门限L，则输出表决值YO＝(Y4+B)/2；

③通过表决值对信号Y1、Y2、Y3、Y4进行故障监控，当表决值YO与对应信号之差的绝对值大于监控门限L时，确定对应信号故障。

6.根据权利要求5所述的四余度信号监控表决方法，其中，当所述四余度信号出现一次故障时，使用三余度信号监控表决方法。

7.根据权利要求5或6所述的四余度信号监控表决方法，其中，当所述四余度信号出现二次故障时，使用二余度信号监控表决方法。

8.根据权利要求5所述的四余度信号监控表决方法，其中，当确定所有四信号Y1、Y2、Y3、Y4故障时，指定故障安全结果。