CN111443593A - 一种网络化多余度的飞行器控制系统 - Google Patents

一种网络化多余度的飞行器控制系统 Download PDF

Info

Publication number
CN111443593A
CN111443593A CN202010268538.6A CN202010268538A CN111443593A CN 111443593 A CN111443593 A CN 111443593A CN 202010268538 A CN202010268538 A CN 202010268538A CN 111443593 A CN111443593 A CN 111443593A
Authority
CN
China
Prior art keywords
flight control
control computer
arbitration unit
channel selection
output
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.)
Pending
Application number
CN202010268538.6A
Other languages
English (en)
Inventor
陈清阳
侯中喜
鲁亚飞
贾高伟
王玉杰
王鹏
辛宏博
唐钟南
唐志颖
丁磊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National University of Defense Technology
Original Assignee
National University of Defense Technology
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by National University of Defense Technology filed Critical National University of Defense Technology
Priority to CN202010268538.6A priority Critical patent/CN111443593A/zh
Publication of CN111443593A publication Critical patent/CN111443593A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B9/00—Safety arrangements
    • G05B9/02—Safety arrangements electric
    • G05B9/03—Safety arrangements electric with multiple-channel loop, i.e. redundant control systems

Abstract

本发明提出了一种网络化多余度的飞行器控制系统，属于飞行器控制技术领域。本发明将多套相似或者非相似的飞控计算机，通过系统内的通信设备进行网络连接，并通过网络上的仲裁单元进行控制指令的比较与决策，选择合适的指令进行输出。另外，为了实现对仲裁单元的监督与冗余处理，系统内包含了连接主飞控计算机和仲裁单元的通道选择单元，根据仲裁单元和主飞控计算机的“心跳”信号判断两个单元的健康状态，并根据判断结果选择合理的指令来控制相应的执行机构，同时对工作异常的单元进行复位处理。本发明能够有效提高系统的可靠性与冗余度。

Description

一种网络化多余度的飞行器控制系统
技术领域
本发明属于飞行器控制技术领域，具体涉及一种网络化多余度的飞行器控制系统。
背景技术
飞行器控制系统的基本功能是按照一定的指标要求，通过一定的控制算法保证飞行器的姿态平稳，并通过给定的控制策略将飞行器引导到期望位置，完成既定的飞行任务。同时，在飞行过程中，实现飞行器与地面指控站之间的信息交互等。
目前，市场上的飞行器控制系统主要是针对单个飞行器的单余度控制，这可以较好地满足小型飞行器的安装和使用需求。但是针对装载高成本侦察/监视载荷的飞行器，甚至是察打一体的大中型飞行器，控制系统的可靠性要求较高，一般是采用冗余的方式进行处理。目前有些单位对冗余式的飞行器控制系统进行研究，提出了包括传感器冗余、控制计算机冗余、执行机构冗余等多种形式，对提高飞行器的安全性有较大的帮助。但是，从系统的复杂性、灵活性与可扩展性、冗余度等方面进行考虑，目前的方法还是存在一定的不足，难以真正实现一种简单可靠的飞行器控制系统。
发明内容
为了克服现有技术中存在的系统复杂、可扩展性差以及难以实现真正冗余等缺陷，本发明提出了一种网络化多余度的飞行器控制系统。
为实现上述技术目的，本发明采用的具体技术方案如下：
一种网络化多余度的飞行器控制系统，包括以下组成单元：
多个飞控计算机，各飞控计算机分别根据采集得到的传感器数据进行控制量解算得到飞行器各执行机构的控制指令并输出，其中一个飞控计算机还作为主飞控计算机，其还输出代表其健康状态的脉冲形式的“心跳”信号；
通信设备，实现组成单元间的数据传输；
仲裁单元，接收所有飞控计算机输出的控制指令，对所有飞控计算机输出的控制指令进行比较与决策，确定选择的控制指令输出，且还输出代表其健康状态的脉冲形式的“心跳”信号；
通道选择单元，接收来自主飞控计算机以及仲裁单元的“心跳”信号和控制指令，根据接收到的“心跳”信号判断主飞控计算机和仲裁单元的健康状态；根据主飞控计算机和仲裁单元的健康状态，在主飞控计算机输出的控制指令和仲裁单元输出的控制指令间选择出最终控制指令，输出给飞行器各执行机构。
本发明中，所述多个飞控计算机可以是相同的或者不同的飞控计算机。所述执行机构包括飞行器上的舵机、电机等执行机构。
本发明中，飞控计算机包括网络化的通信接口，或者串口、CAN等接口。若是飞控计算机没有包含网络化的通信接口，那么通过一定的转换设备，能将串口、CAN等接口输出的数据转换到网络上，实现解算得到的控制指令等数据在网络上的传输。
本发明中的通道选择单元根据设定单位时间T内接收到的“心跳”信号判断主飞控计算机和仲裁单元的健康状态。若在单位时间T内，通道选择单元能收到仲裁单元的“心跳”信号，判断仲裁单元工作正常；反之，若通道选择单元在单位时间T内都没有收到仲裁单元的“心跳”信号，判断仲裁单元工作异常。若在单位时间T内，通道选择单元能收到主飞控计算机的“心跳”信号，判断主飞控计算机工作正常；反之，若是通道选择单元在时间T内都没有收到主飞控计算机的“心跳”信号，判断主飞控计算机工作异常。
若是通道选择单元判断仲裁单元和主飞控计算机均工作正常，通过选通信号选择仲裁单元的控制指令进行输出；若是通道选择单元判断仲裁单元工作正常，通过选通信号选择仲裁单元的控制指令进行输出；若是通道选择单元判断仲裁单元工作异常而主飞控计算机工作正常，通过选通信号选择主飞控计算机的控制指令进行输出；若是通道选择单元判断仲裁单元工作异常，主飞控计算机也工作异常，通过选通信号选择预存在通道选择单元内的控制指令进行输出。
本发明中所述通道选择单元，若是判断仲裁单元工作异常，则通过数字输出管脚输出复位信号给仲裁单元，对仲裁单元进行复位重启操作。若是判断主飞控计算机工作异常，则通过数字输出管脚输出复位信号给主飞控计算机，对主飞控计算机进行复位重启操作。
与现有方法相比，本发明具有的优点和有益效果包括：
(1)本发明提供的网络化多余度的飞行器控制系统中包含了仲裁单元，而且采用的是TCP/IP网络，系统简单，支持多种相似与非相似的飞控计算机接入，具有较好的灵活性与可扩展性。
(2)本发明提供的网络化多余度的飞行器控制系统的冗余处理，主要是通过仲裁单元实现的，不影响飞控计算机正常的控制律解算与输出，方便飞控计算机独立设计，能实现各项工作并行开展。
(3)飞控计算机的设计方案，一般能满足仲裁单元的使用需求，可以简化整个系统的开发工作。
(4)通道选择单元对仲裁单元进行实时监督，并在仲裁单元异常的情况下选择主飞控计算机的输出直接控制执行机构。在仲裁单元和主飞控计算机都出现异常的情况下，通道选择单元能选择飞行器平飞的预设中立指令进行输出，有效提高系统的可靠性与冗余度。
(5)通道选择单元只需要对“心跳”信号进行计数等操作，并通过硬件编程的形式(通过数字输出管脚输出)选择合适的通道指令进行输出，功能简单，不需要软件编程，系统可靠性高。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的网络化多余度的飞行器控制系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1，本实施例提供一种网络化多余度的飞行器控制系统，本发明将多套相似或者非相似的飞控计算机，通过系统内的通信设备进行网络连接，并通过网络上的仲裁单元进行控制指令的比较与决策，选择合适的指令进行输出。另外，为了实现对仲裁单元的监督与冗余处理，系统内包含了连接主飞控计算机和仲裁单元的通道选择单元，根据仲裁单元和主飞控计算机的“心跳”信号判断两个单元的健康状态，并根据判断结果选择合理的指令来控制相应的执行机构，同时对工作异常的单元进行复位处理。
具体地，本实施例包括以下组成单元：
多个飞控计算机，各飞控计算机分别根据采集得到的传感器数据进行控制量解算得到飞行器各执行机构的控制指令并输出，其中一个飞控计算机还作为主飞控计算机，其还输出代表其健康状态的脉冲形式的“心跳”信号。所述多个飞控计算机可以是相同的或者不同的飞控计算机。所述执行机构包括飞行器上的舵机、电机等执行机构。如图1所示，包括飞控计算机1、飞控计算机2、飞控计算机2……飞控计算机N。其中飞控计算机1作为主飞控计算机。
通信设备，实现组成单元间的数据传输。如图1所示，无人机上集成有路由器、交换机等网络通信设备，各飞控计算机、仲裁单元通过交换机/路由器连接在一起，实现设备组网，以支持多个网络节点之间的通信。
仲裁单元，接收所有飞控计算机输出的控制指令，对所有飞控计算机输出的控制指令进行比较与决策，确定选择的控制指令输出，且还输出代表其健康状态的脉冲形式的“心跳”信号。
通道选择单元，接收来自主飞控计算机以及仲裁单元的“心跳”信号和控制指令，根据接收到的“心跳”信号判断主飞控计算机和仲裁单元的健康状态；根据主飞控计算机和仲裁单元的健康状态，在主飞控计算机输出的控制指令和仲裁单元输出的控制指令间选择出最终控制指令，输出给飞行器各执行机构。
飞控计算机包括网络化的通信接口，或者串口、CAN等接口。若是飞控计算机没有包含网络化的通信接口，那么通过一定的转换设备，能将串口、CAN等接口输出的数据转换到网络上，实现解算得到的控制指令等数据在网络上的传输。
本发明中的通道选择单元根据设定单位时间T内接收到的“心跳”信号判断主飞控计算机和仲裁单元的健康状态。若在单位时间T内，通道选择单元能收到仲裁单元的“心跳”信号，判断仲裁单元工作正常；反之，若通道选择单元在单位时间T内都没有收到仲裁单元的“心跳”信号，判断仲裁单元工作异常。若在单位时间T内，通道选择单元能收到主飞控计算机的“心跳”信号，判断主飞控计算机工作正常；反之，若是通道选择单元在时间T内都没有收到主飞控计算机的“心跳”信号，判断主飞控计算机工作异常。
若是通道选择单元判断仲裁单元和主飞控计算机均工作正常，通过选通信号选择仲裁单元的控制指令进行输出；若是通道选择单元判断仲裁单元工作正常，通过选通信号选择仲裁单元的控制指令进行输出；若是通道选择单元判断仲裁单元工作异常而主飞控计算机工作正常，通过选通信号选择主飞控计算机的控制指令进行输出；若是通道选择单元判断仲裁单元工作异常，主飞控计算机也工作异常，通过选通信号选择预存在通道选择单元内的控制指令进行输出。
本发明中所述通道选择单元，若是判断仲裁单元工作异常，则通过数字输出管脚输出复位信号给仲裁单元，对仲裁单元进行复位重启操作。若是判断主飞控计算机工作异常，则通过数字输出管脚输出复位信号给主飞控计算机，对主飞控计算机进行复位重启操作。
综上所述，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种网络化多余度的飞行器控制系统，其特征在于，包括以下组成单元：
多个飞控计算机，各飞控计算机分别根据采集得到的传感器数据进行控制量解算，得到飞行器各执行机构的控制指令并输出，其中一个飞控计算机还作为主飞控计算机，其还输出代表其健康状态的脉冲形式的“心跳”信号；
通信设备，实现组成单元间的数据传输；
仲裁单元，接收所有飞控计算机输出的控制指令，对所有飞控计算机输出的控制指令进行比较与决策，确定选择的控制指令输出，且还输出代表其健康状态的脉冲形式的“心跳”信号；
通道选择单元，接收来自主飞控计算机以及仲裁单元的“心跳”信号和控制指令，根据接收到的“心跳”信号判断主飞控计算机和仲裁单元的健康状态；根据主飞控计算机和仲裁单元的健康状态，在主飞控计算机输出的控制指令和仲裁单元输出的控制指令间选择出最终控制指令，输出给飞行器各执行机构。
2.根据权利要求1所述的网络化多余度的飞行器控制系统，其特征在于：所述多个飞控计算机是相同的或者不同的飞控计算机。
3.根据权利要求1所述的网络化多余度的飞行器控制系统，其特征在于：飞控计算机包括网络化的通信接口、串口或者CAN接口。
4.根据权利要求3所述的网络化多余度的飞行器控制系统，其特征在于：对于飞控计算机上的串口、CAN接口，能通过转换设备将串口、CAN接口输出的数据转换到网络上。
5.根据权利要求1所述的网络化多余度的飞行器控制系统，其特征在于：通信设备为飞行器上集成的网络通信设备，包括路由器以及交换机。
6.根据权利要求1所述的网络化多余度的飞行器控制系统，其特征在于：通道选择单元根据设定单位时间T内接收到的“心跳”信号判断主飞控计算机和仲裁单元的健康状态；若在单位时间T内，通道选择单元能收到仲裁单元的“心跳”信号，判断仲裁单元工作正常；反之，若通道选择单元在单位时间T内都没有收到仲裁单元的“心跳”信号，判断仲裁单元工作异常；若在单位时间T内，通道选择单元能收到主飞控计算机的“心跳”信号，判断主飞控计算机工作正常；反之，若是通道选择单元在时间T内都没有收到主飞控计算机的“心跳”信号，判断主飞控计算机工作异常。
7.根据权利要求6所述的网络化多余度的飞行器控制系统，其特征在于：若是通道选择单元判断仲裁单元和主飞控计算机均工作正常，通过选通信号选择仲裁单元的控制指令进行输出；若是通道选择单元判断仲裁单元工作正常，通过选通信号选择仲裁单元的控制指令进行输出；若是通道选择单元判断仲裁单元工作异常而主飞控计算机工作正常，通过选通信号选择主飞控计算机的控制指令进行输出；若是通道选择单元判断仲裁单元工作异常，主飞控计算机也工作异常，通过选通信号选择预存在通道选择单元内的控制指令进行输出。
8.根据权利要求1所述的网络化多余度的飞行器控制系统，其特征在于：所述通道选择单元若是判断仲裁单元工作异常，则通过数字输出管脚输出复位信号给仲裁单元，对仲裁单元进行复位重启操作；若是判断主飞控计算机工作异常，则通过数字输出管脚输出复位信号给主飞控计算机，对主飞控计算机进行复位重启操作。
CN202010268538.6A 2020-04-08 2020-04-08 一种网络化多余度的飞行器控制系统 Pending CN111443593A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010268538.6A CN111443593A (zh) 2020-04-08 2020-04-08 一种网络化多余度的飞行器控制系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010268538.6A CN111443593A (zh) 2020-04-08 2020-04-08 一种网络化多余度的飞行器控制系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111443593A true CN111443593A (zh) 2020-07-24

Family

ID=71651193

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010268538.6A Pending CN111443593A (zh) 2020-04-08 2020-04-08 一种网络化多余度的飞行器控制系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111443593A (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112346331A (zh) * 2020-11-18 2021-02-09 西安爱生技术集团公司 一种三余度飞控计算机的通道选择方法
CN113009933A (zh) * 2021-03-10 2021-06-22 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
CN113791642A (zh) * 2021-09-27 2021-12-14 广东汇天航空航天科技有限公司 飞控单元、飞行器控制系统、方法及飞行器
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
WO2023035497A1 (zh) * 2021-09-07 2023-03-16 中国商用飞机有限责任公司 一种电传飞行备份控制系统和方法
CN115857399A (zh) * 2022-12-02 2023-03-28 之江实验室 一种基于集中式多余度的多旋翼无人机飞控系统及多旋翼无人机

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101281483A (zh) * 2008-05-12 2008-10-08 北京邮电大学 双机冗余容错系统及其冗余切换方法
CN102929157A (zh) * 2012-11-15 2013-02-13 哈尔滨工程大学 一种三冗余的船舶动力定位控制计算机系统
CN103823362A (zh) * 2014-02-17 2014-05-28 南京航空航天大学 基于仲裁机制的相似双余度飞控计算机及冗余控制方法
CN107065830A (zh) * 2017-05-03 2017-08-18 北京电子工程总体研究所 一种基于仲裁方式的双冗余热备份系统

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101281483A (zh) * 2008-05-12 2008-10-08 北京邮电大学 双机冗余容错系统及其冗余切换方法
CN102929157A (zh) * 2012-11-15 2013-02-13 哈尔滨工程大学 一种三冗余的船舶动力定位控制计算机系统
CN103823362A (zh) * 2014-02-17 2014-05-28 南京航空航天大学 基于仲裁机制的相似双余度飞控计算机及冗余控制方法
CN107065830A (zh) * 2017-05-03 2017-08-18 北京电子工程总体研究所 一种基于仲裁方式的双冗余热备份系统

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112346331A (zh) * 2020-11-18 2021-02-09 西安爱生技术集团公司 一种三余度飞控计算机的通道选择方法
CN112346331B (zh) * 2020-11-18 2022-11-18 西安爱生技术集团公司 一种三余度飞控计算机的通道选择方法
CN113009933A (zh) * 2021-03-10 2021-06-22 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
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
WO2023035497A1 (zh) * 2021-09-07 2023-03-16 中国商用飞机有限责任公司 一种电传飞行备份控制系统和方法
CN113791642A (zh) * 2021-09-27 2021-12-14 广东汇天航空航天科技有限公司 飞控单元、飞行器控制系统、方法及飞行器
CN115857399A (zh) * 2022-12-02 2023-03-28 之江实验室 一种基于集中式多余度的多旋翼无人机飞控系统及多旋翼无人机

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111443593A (zh) 一种网络化多余度的飞行器控制系统
CN110361979B (zh) 一种铁路信号领域的安全计算机平台
CN110002005B (zh) 一种可重构的微纳卫星系统架构及卫星系统重构方法
US11097834B2 (en) Fly-by-wire systems and related operating methods
CN107070762B (zh) 一种兼顾1553b双总线网络性能监测的故障检测及切换方法
CN109116777A (zh) 汽车电子系统体系架构
JP2018518857A (ja) 車両の電子制御システムに冗長性を付与する方法及び装置
CA2809740C (en) Remote data concentrator
CN110597229A (zh) 一种车辆诊断互斥方法、装置、车辆和存储介质
US5560570A (en) Automatic piloting device for aerodynes
CN205068032U (zh) 可降级的同步表决计算机控制系统
CN105005232A (zh) 可降级的三冗余同步表决计算机控制系统及方法
CN210129215U (zh) 一种双余度机电管理计算机架构
CN111629344A (zh) 数据传输方法、装置、设备和计算机可读存储介质
CN108199760B (zh) 一种适应在轨动态配置的卫星电子系统架构
CN113721503A (zh) 一种车载计算平台、无人驾驶系统及车辆
CN210294832U (zh) 一种适用于自主水下航行器的双冗余can总线通信装置
CN116224761A (zh) 飞行控制方法、无人机、终端设备及介质
RU165180U1 (ru) Отказоустойчивая комплексная система управления
CN114726672B (zh) 高速飞行器地面站多余度人机交互系统和方法
CN110543105A (zh) 一种通用型半物理仿真系统
Miyamoto et al. FMPA: A Fault-Tolerant Multi-Microprocessor System Based on Autonomous Decentralization Concept
CN210377145U (zh) 一种用于车辆的模型在线验证系统
CN113867173B (zh) 一种无人机集群集中式硬件在回路仿真系统及方法
EP0318270A2 (en) A multiprocessor system and corresponding method

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination