CN115826393A - 一种飞控系统的双余度管理方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种飞控系统的双余度管理方法及装置，飞控系统包括两台具有双通道的飞控计算机，双余度管理方法用于每台所述飞控计算机，该方法包括：进行双通道的自监控和互监控确定第一监控结果；根据第一监控结果，采用预设故障隔离策略进行余度切换；与另一台飞控计算机通过交叉传输进行输出指令共享；进行输出指令的自监控，并与另一台飞控计算机的输出指令进行互监控，确定第二监控结果；根据第二监控结果，采用预设表决策略确定指令源并输出。相对单余度或部分双余度系统而言，能够显著提高系统可靠性安全性，降低故障出现的频率，另外也能避免例如三余度等更高架构的飞控系统带来的由于系统过于复杂，成本过高的缺点。
Description
技术领域
本申请涉及无人机技术领域，尤其涉及一种飞控系统的双余度管理方法及装置。
背景技术
余度管理指保证余度系统正确协调地工作、监控系统运行并完成故障检测及处理工作的功能的总称。
现有的飞控系统中单余度管理方法和部分双余度管理方法都不能很好的排除安全隐患，而三余度管理方法又面临着由于系统过于复杂，成本过高的缺点。
飞控系统中的飞控计算如果出现故障会导致无人机失控，造成安全隐患。并且，随着无人机飞行功能的日益增多，任务要求越来越复杂，致使飞行控制系统也变的越来越复杂，导致无人机出现故障的频率将越来越高。
发明内容
在本申请实施例中，通过提供一种飞控系统的双余度管理方法，解决了目前无人机大都采用单余度配置去对单个无人机进行余度管理，导致飞行控制系统出现故障的频率越来越高的问题。
第一方面，本申请实施例提供了一种飞控系统的双余度管理方法，所述飞控系统包括两台具有双通道的飞控计算机，所述方法用于每台所述飞控计算，该方法包括：在每个监控周期内，进行双通道的时钟同步并与另一台所述飞控计算机进行时钟同步；进行双通道的自监控和互监控确定第一监控结果；其中，所述监控结果包括自监控状态字和互监控状态字；根据所述第一监控结果，采用预设故障隔离策略进行余度切换；与另一台所述飞控计算机通过交叉传输进行输出指令共享；进行所述输出指令的自监控，并与另一台所述飞控计算机的所述输出指令进行互监控，确定第二监控结果；根据所述第二监控结果，采用预设表决策略确定指令源并输出。
结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述预设故障隔离策略进行主余度切换的情况包括：在主通道和备通道的自监控结果均为有效时，主通道对备通道进行互监控的互监控结果为有效，且备通道对主通道进行互监控的互监控结果为无效；在主通道的自监控结果为无效时，且主通道对备通道进行互监控的互监控结果为有效。
结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述预设表决策略确定指令源并输出分为选择作为主要的所述飞控计算机作为所述指令源和选择作为备用的所述飞控计算机作为所述指令源两种情况；其中，所述选择作为备用的所述飞控计算机作为所述指令源的情况包括：在作为主要的所述飞控计算机的自监控结果和互监控结果均为有效时，且作为备用的所述飞控计算机的自监控结果为有效且互监控结果为无效；在作为主要的所述飞控计算机的自监控结果为无效时，且作为备用的所述飞控计算机的自监控结果为有效。
结合第一方面，在一种可能的实现方式中，若双通道的时钟无法同步，采用预设故障隔离策略进行余度切换。
结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述方法还包括：对接收到的另一台所述飞控计算机的交叉传输数据的有效性进行监控。
结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述方法还包括：与另一台所述飞控计算机进行所述输出指令中的对各执行机构的控制指令进行比较监控。
第二方面，本申请实施例提供了一种飞控系统的双余度管理装置，该装置包括：时钟同步模块，用于在每个监控周期内，进行双通道的时钟同步并与另一台所述飞控计算机进行时钟同步；第一监控模块，用于进行双通道的自监控和互监控确定第一监控结果；余度切换模块，用于根据所述第一监控结果，采用预设故障隔离策略进行余度切换；共享模块，用于与另一台所述飞控计算机通过交叉传输进行输出指令共享；第二监控模块，用于进行所述输出指令的自监控，并与另一台所述飞控计算机的所述输出指令进行互监控，确定第二监控结果；输出模块，用于根据所述第二监控结果，采用预设表决策略确定指令源并输出。
结合第二方面，在一种可能的实现方式中，所述预设故障隔离策略进行主余度切换的情况包括：在主通道和备通道的自监控结果均为有效时，主通道对备通道进行互监控的互监控结果为有效，且备通道对主通道进行互监控的互监控结果为无效；在主通道的自监控结果为无效时，且主通道对备通道进行互监控的互监控结果为有效。
结合第二方面，在一种可能的实现方式中，所述预设表决策略确定指令源并输出分为选择作为主要的所述飞控计算机作为所述指令源和选择作为备用的所述飞控计算机作为所述指令源两种情况；其中，所述选择作为备用的所述飞控计算机作为所述指令源的情况包括：在作为主要的所述飞控计算机的自监控结果和互监控结果均为有效时，且作为备用的所述飞控计算机的自监控结果为有效且互监控结果为无效；在作为主要的所述飞控计算机的自监控结果为无效时，且作为备用的所述飞控计算机的自监控结果为有效。
结合第二方面，在一种可能的实现方式中，若双通道的时钟无法同步，所述余度切换模块采用预设故障隔离策略进行余度切换。
结合第二方面，在一种可能的实现方式中，所述装置还包括：第三监控模块，用于对接收到的另一台所述飞控计算机的交叉传输数据的有效性进行监控。
结合第二方面，在一种可能的实现方式中，所述装置还包括：第四监控模块，用于与另一台所述飞控计算机进行所述输出指令中的对各执行机构的控制指令进行比较监控。
第三方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有可执行指令，计算机执行所述可执行指令时能够实现以实现第一方面或第一方面任一种可能的实现方式所述的方法。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果：
本申请实施例提供了一种飞控系统的双余度管理方法，通过在每个监控周期内对两台飞控计算机进行时钟同步，同时进行交叉数据传输，对包括两台具有双通道的飞控计算机的飞控系统通过自监控和互监控的方式进行故障监控，采用预设故障隔离策略进行余度切换，即分别选择两台计算机无故障的那一个通道，然后根据预设的监控逻辑对两台飞控计算机进行故障监控，采用预设表决策略选择一台无故障的飞控计算机的输出的指令结果作为指令源并输出，相对单余度或部分双余度系统而言，能够显著提高系统可靠性安全性，降低故障出现的频率，另外也能避免例如三余度等更高架构的飞控系统带来的由于系统过于复杂，成本过高的缺点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的飞控系统的双余度管理方法的流程图；
图2为本申请实施例提供的两台飞控计算机的余度结构示意图；
图3为本申请实施例提供的飞控系统的双余度管理装置的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本申请实施例提供了一种飞控系统的双余度管理方法，本申请实施例中的飞控系统包括两台具有双通道的飞控计算机，该双余度管理方法用于每台飞控计算机，包括如图1所示的步骤S101至步骤S106。
S101：在每个监控周期内，进行双通道的时钟同步并与另一台飞控计算机进行时钟同步。具体地，在一个同步周期内，飞控计算机可以通过DO接口发送同步信号。当然，还可以选择其他接口发送同步信号，本申请不以上述接口为限制。
S102：进行双通道的自监控和互监控确定第一监控结果。其中，第一监控结果包括自监控状态字和互监控状态字。
具体地，一台飞控计算机为主要的飞控计算机，另一台飞控计算机为备用的飞控计算机。自监控状态字为两台飞控计算机分别进行周期性运行状态的自监控，根据各自的自监控的结果设置自监控状态字；互监控状态字为两台飞控计算机分别执行互监控任务，将相互监控的信息周期性的传送给另一台飞控计算机，根据互监控的结果设置互监视状态字。
图2为两台飞控计算机的余度结构示意图，一台飞控计算机为FCC1，另一台飞控计算机为FCC2，每一台飞控计算机中都均有CPUA和CPUB两个CPU。本申请实施例中的飞控系统包括两台具有双通道的飞控计算机具体指的是：每一台飞控计算机中都有两个CPU，将主通道中的CPU设定为A，备通道中的CPU设定为B。当然，还可以设定为其他名称，本申请不以上述设定为限制。具体地，同一时刻只有一个CPU可以访问总线，默认为主通道。
S103：根据第一监控结果，采用预设故障隔离策略进行余度切换。
具体地，预设故障隔离策略进行主余度切换的情况有两种，第一种情况为：在主通道和备通道的自监控结果均为有效时，主通道对备通道进行互监控的互监控结果为有效，且备通道对主通道进行互监控的互监控结果为无效；第二种情况为：在主通道的自监控结果为无效时，且主通道对备通道进行互监控的互监控结果为有效。
表1为根据预设故障隔离策略进行主余度切换的结果，如表1所示，其中，第一监控结果为：主通道和备通道中的两台CPUA进行自监控的结果，主通道和备通道中的两台CPUB进行自监控的结果，主通道中的CPUA和备通道中CPUB进行互监控的结果，主通道中的CPUB和备通道中CPUA进行互监控的结果。
需要进行说明的是，表中监控结果有效为1，无效为0。
具体地，预设故障隔离策略的目的是根据上述双通道的自监控和互监控的第一监控结果，决定是否进行主通道和备通道余度的重新分配。两台飞控计算机均运行有余度切换管理程序，并且使用相同的切换逻辑。进行余度切换时，主通道余度降级为备通道余度，同时备通道余度切换为主通道余度。
表1
需要进行说明的是，当需要在预设表决策略中选择作为备用的飞控计算机作为指令源之前时，还需要将一台飞控计算机与另一台飞控计算机进行输出指令中的对各执行机构的控制指令进行比较监控。具体指的是：对升降舵、副翼、方向舵、油门舵、混合比舵、备用进气舵、左刹车舵、右刹车舵、开伞舵的控制指令进行比较监控，当然，还可以对其他的执行机构进行比较监控，本申请不以上述执行机构为限制。当偏差大于阈值条件时，设置指令比较监控状态字，但不进行指令源的切换。
下面列举一个实施例对上述步骤S102中进行双通道的自监控和互监控确定第一监控结果进行说明，当然，还可以是其他实施例，本申请不以此实施例为限制。例如当CPUA的自监控结果和CPUB的自监控结果均为有效即均为1，且CPUA对CPUB的互监控结果和CPUB对CPUA的互监控结果均为无效即均为0，此时确定第一监控结果为不进行余度切换。
S104：与另一台飞控计算机通过交叉传输进行输出指令共享。
具体地，通过两路互为备份的CAN总线作为两台飞控计算机之间的交叉数据传输链进行共享传输指令，当然，还可以选择其他方式进行两台飞控计算机之间的共享传输指令，本申请不以上述方式为限制。需要说明的是，两台飞控计算机使用的是相同的表决策略，并且输出一致的指令选择结果。
S105：进行输出指令的自监控，并与另一台飞控计算机的输出指令进行互监控，确定第二监控结果。
S106：根据第二监控结果，采用预设表决策略确定指令源并输出。
表2为进行指令源切换的结果，如表2所示，其中，第二监控结果为：根据主要飞控计算机的传输数据中的自监控状态字和互监控状态字，备用飞控计算机的传输数据中的自监控状态字和互监控状态字，确定指令源选择结果。
其中，指令源选择结果为在主要飞控计算机和备用飞控计算机中选择一个无故障的飞控计算机作为正确的指令源选择结果。
表2
需要说明的是，本申请实施例中的故障隔离指的是：首先对两台飞控计算机中的主通道和备通道的故障结果进行判断，选择无故障的通道，然后对两台飞控计算机的故障结果进行判断，选择一台无故障的飞控计算机作为指令源选择结果，从而实现故障隔离。
具体地，预设表决策略确定指令源并输出分为选择作为主要的飞控计算机作为指令源和选择作为备用的飞控计算机作为指令源两种情况；其中，选择作为备用的飞控计算机作为指令源的情况包括两种情况，第一种情况为：在作为主要的飞控计算机的自监控结果和互监控结果均为有效时，且作为备用的所述飞控计算机的自监控结果为有效且互监控结果为无效；第二种情况为：在作为主要的飞控计算机的自监控结果为无效时，且作为备用的所述飞控计算机的自监控结果为有效。
需要进行说明的是，当作为主要的飞控计算机的自监控结果为无效时，作为备用的飞控计算机的自监控结果为有效时，若双通道的时钟无法同步，采用预设故障隔离策略进行余度切换。并且需要对接收到的另一台飞控计算机的交叉传输数据的有效性进行监控。
下面列举一个实施例对上述步骤S105中进行输出指令的自监控，并与另一台飞控计算机的输出指令进行互监控，确定第二监控结果进行说明，当然，还可以是其他实施例，本申请不以此实施例为限制。例如当在作为主要的飞控计算机自监控结果和互监控结果均为有效即均为1，且作为备用的飞控计算机自监控结果和互监控结果均为无效即均为0，此时确定第二监控结果为选择主要的飞控计算机作为指令源选择结果。
本申请实施例还提供了一种飞控系统的双余度管理装置300，如图3所示，该装置包括时钟同步模块301、第一监控模块302、余度切换模块303、共享模块304、第二监控模块305和输出模块306。
时钟同步模块301用于在每个监控周期内，进行双通道的时钟同步并与另一台飞控计算机进行时钟同步；具体用于若双通道的时钟无法同步，采用预设故障隔离策略进行余度切换。
第一监控模块302用于进行双通道的自监控和互监控确定第一监控结果；其中，监控结果包括自监控状态字和互监控状态字。
余度切换模块303用于根据第一监控结果，采用预设故障隔离策略进行余度切换。
共享模块304用于与另一台飞控计算机通过交叉传输进行输出指令共享。
第二监控模块305用于进行输出指令的自监控，并与另一台飞控计算机的输出指令进行互监控，确定第二监控结果。
输出模块306用于根据第二监控结果，采用预设表决策略确定指令源并输出。
预设故障隔离策略进行主余度切换的情况包括：在主通道和备通道的自监控结果均为有效时，主通道对备通道进行互监控的互监控结果为有效，且备通道对主通道进行互监控的互监控结果为无效；在主通道的自监控结果为无效时，且主通道对备通道进行互监控的互监控结果为有效。
预设表决策略确定指令源并输出分为选择作为主要的所述飞控计算机作为指令源和选择作为备用的飞控计算机作为指令源两种情况；其中，选择作为备用的飞控计算机作为指令源的情况包括：在作为主要的飞控计算机的自监控结果和互监控结果均为有效时，且作为备用的飞控计算机的自监控结果为有效且互监控结果为无效；在作为主要的飞控计算机的自监控结果为无效时，且作为备用的飞控计算机的自监控结果为有效。
本申请实施例提供的飞控系统的双余度管理装置300还包括：第三监控模块，用于对接收到的另一台飞控计算机的交叉传输数据的有效性进行监控。
本申请实施例提供的飞控系统的双余度管理装置300还包括：第四监控模块，用于与另一台飞控计算机进行输出指令中的对各执行机构的控制指令进行比较监控。
上述实施例阐明的装置或模块，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。在实施本申请时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。当然，也可以将实现某功能的模块由多个子模块或子单元组合实现。
本申请中所述的方法、装置或模块可以以计算机可读程序代码方式实现控制器按任何适当的方式实现，例如，控制器可以采取例如微处理器或处理器以及存储可由该（微）处理器执行的计算机可读程序代码（例如软件或固件）的计算机可读介质、逻辑门、开关、专用集成电路（英文：Application Specific Integrated Circuit；简称：ASIC）、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器的形式，控制器的例子包括但不限于以下微控制器：ARC 625D、Atmel AT91SAM、MicrochipPIC18F26K20以及Silicone Labs C8051F320，存储器控制器还可以被实现为存储器的控制逻辑的一部分。本领域技术人员也知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现控制器以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得控制器以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器等的形式来实现相同功能。因此这种控制器可以被认为是一种硬件部件，而对其内部包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构。或者甚至，可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
本申请实施例所述装置中的部分模块可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构、类等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有可执行指令，计算机执行所述可执行指令时能够实现以实现本申请实施例以上所述的飞控系统的双余度管理方法。
此外，在本发明的各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。
上述存储介质包括但不限于随机存取存储器（英文：RandomAccessMemory；简称：RAM）、只读存储器（英文：Read-Only Memory；简称：ROM）、缓存（英文：Cache）、硬盘（英文：Hard DiskDrive；简称：HDD）或者存储卡（英文：MemoryCard）。所述存储器可以用于存储计算机程序指令。
通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可借助软件加必需的硬件的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，也可以通过数据迁移的实施过程中体现出来。该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，移动终端，服务器，或者网络设备等）执行本申请实施例所述的方法。
本说明书中的各个实施方式采用递进的方式描述，各个实施方式之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式的不同之处。本申请的全部或者部分可用于众多通用或专用的计算机系统环境或配置中。
以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对本申请限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请技术方案的范围。
Claims (8)
1.一种飞控系统的双余度管理方法，其特征在于，所述飞控系统包括两台具有双通道的飞控计算机，所述方法用于每台所述飞控计算机，包括：
在每个监控周期内，进行双通道的时钟同步并与另一台所述飞控计算机进行时钟同步；
进行双通道的自监控和互监控确定第一监控结果；
根据所述第一监控结果，采用预设故障隔离策略进行余度切换；
与另一台所述飞控计算机通过交叉传输进行输出指令共享；
进行所述输出指令的自监控，并与另一台所述飞控计算机的所述输出指令进行互监控，确定第二监控结果；
根据所述第二监控结果，采用预设表决策略确定指令源并输出。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设故障隔离策略进行主余度切换的情况包括：
在主通道和备通道的自监控结果均为有效时，主通道对备通道进行互监控的互监控结果为有效，且备通道对主通道进行互监控的互监控结果为无效；
在主通道的自监控结果为无效时，且主通道对备通道进行互监控的互监控结果为有效。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述预设表决策略确定指令源并输出分为选择作为主要的所述飞控计算机作为所述指令源和选择作为备用的所述飞控计算机作为所述指令源两种情况；
其中，所述选择作为备用的所述飞控计算机作为所述指令源的情况包括：
在作为主要的所述飞控计算机的自监控结果和互监控结果均为有效时，且作为备用的所述飞控计算机的自监控结果为有效且互监控结果为无效；
在作为主要的所述飞控计算机的自监控结果为无效时，且作为备用的所述飞控计算机的自监控结果为有效。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，若双通道的时钟无法同步，采用预设故障隔离策略进行余度切换。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
对接收到的另一台所述飞控计算机的交叉传输数据的有效性进行监控。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
与另一台所述飞控计算机进行所述输出指令中的对各执行机构的控制指令进行比较监控。
7.一种飞控系统的双余度管理装置，其特征在于，包括：
时钟同步模块，用于在每个监控周期内，进行双通道的时钟同步并与另一台所述飞控计算机进行时钟同步；
第一监控模块，用于进行双通道的自监控和互监控确定第一监控结果；
余度切换模块，用于根据所述第一监控结果，采用预设故障隔离策略进行余度切换；
共享模块，用于与另一台所述飞控计算机通过交叉传输进行输出指令共享；
第二监控模块，用于进行所述输出指令的自监控，并与另一台所述飞控计算机的所述输出指令进行互监控，确定第二监控结果；
输出模块，用于根据所述第二监控结果，采用预设表决策略确定指令源并输出。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有可执行指令，计算机执行所述可执行指令时能够实现如权利要求1-6任一项所述的方法。
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