CN117908355A - 一种多余度系统信号监控方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请属于飞机设计领域，特别涉及一种多余度系统信号监控方法及装置。该方法包括：步骤S1、根据信号的有效位确定信号的可用余度集合，所述可用余度集合中包括了多个可用余度；步骤S2、对可用余度集合中的任意两个余度进行差值计算，当差值大于设定值时，对相比较的两个可用余度均进行余度比较监控故障计数累计，当所述余度比较监控故障计数累计超过比较故障门限时，将该余度从可用余度集合中删除；步骤S3、对可用余度集合中剩余的可用余度进行表决，获得最终表决值。本申请设计的信号监控模型通用性强，便于设计使用，也便于未来属性变更与拓展。

Description

一种多余度系统信号监控方法及装置

技术领域

本申请属于飞机设计领域，特别涉及一种多余度系统信号监控方法及装置。

背景技术

现阶段，先进的航空飞行器系统都具有多余度架构的特点，即为了满足系统的可靠性与安全性，设计多套相同的冗余设备。多余度系统架构虽然提高了飞行器的可靠性与安全性，但是冗余设备数据量也成倍数增加，这就给系统设计带来了难度。设备间通过总线互传可以同时获取到其他余度设备的数据，为了保证系统安全可靠性，需要通过对多余度信号进行比较监控，选出/处理得出最为“可靠”的数据参与后续的控制逻辑计算。多余度信号监控保证了各余度设备计算的准确性、一致性，保证飞行器系统任务运行的安全、可靠性，因此有必要开展多余度系统框架下的信号监控的设计工作。

外部信号的类型多种多样，主要可以分为两个类型：连续量和离散量，连续量如高度、重量、速度等，离散量如开关、状态等。无论是哪一种类型数据，为了得出多余度系统信号监控结果，主要依靠两个方面判断，一个是每个信号自带的有效性判断，另一个是多余度信号之间的比较判断。多余度信号监控通过一定的监控策略，最终会得出一个信号综合有效性来表征多信号各余度的有效情况，根据这个综合有效性，系统会采取确定的表决算法得出最终的信号表决值，该表决值将作为最终输入参与到系统的控制逻辑解算中。

因此为了得出有效且统一的飞行器控制解算的输入，需要安全可靠的多余度信号监控方法，而信号的多样性由为多余度信号监控带来了设计困难，因此采用合理且通用的多余度信号监控模型可以有效降低设计与验证的难度，合并信号差异性，同时为未来功能拓展带来便利，降低维护成本。

发明内容

为了解决上述问题，本申请提供了一种多余度系统信号监控方法及装置，用来实现多余度系统架构下复杂多余度信号监控与处理的功能。

本申请第一方面提供了一种多余度系统信号监控方法，主要包括：

步骤S1、根据信号的有效位确定信号的可用余度集合，所述可用余度集合中包括了多个可用余度；

步骤S2、对可用余度集合中的任意两个余度进行差值计算，当差值大于设定值时，对相比较的两个可用余度均进行余度比较监控故障计数累计，当所述余度比较监控故障计数累计超过比较故障门限时，将该余度从可用余度集合中删除；

步骤S3、对可用余度集合中剩余的可用余度进行表决，获得最终表决值。

优选的是，步骤S1进一步包括：

步骤S11、周期性获取信号有效位输入值，所述信号有效位输入值携带了余度数量及各余度的有效性；

步骤S12、当余度的有效性为无效时，通过余度自监控故障计数器进行周期性计数累计，当累计值超过自监控故障门限时，将该余度标记为故障余度，将其它余度作为可用余度加入到所述可用余度集合中。

优选的是，步骤S12进一步包括，确定信号的延时属性，当所述信号的延时属性为无故障监控时延时，各余度在第一个运行周期的有效性为无效时，将该余度标记为故障余度。

优选的是，步骤S2进一步包括：

步骤S21、对可用余度集合中的各可用余度按信号进行排序；

步骤S22、确定位于两端的两个可用余度的差值，当差值小于设定值时，所述可用余度集合中的各可用余度均有效，当差值大于设定值时，再进行两两比较。

优选的是，步骤S3进一步包括：

当所述可用余度集合中剩余的可用余度为0时，将设定的安全值作为最终表决值。

本申请第二方面提供了一种多余度系统信号监控装置，主要包括：

自监控模块，用于根据信号的有效位确定信号的可用余度集合，所述可用余度集合中包括了多个可用余度；

比较监控模块，用于对可用余度集合中的任意两个余度进行差值计算，当差值大于设定值时，对相比较的两个可用余度均进行余度比较监控故障计数累计，当所述余度比较监控故障计数累计超过比较故障门限时，将该余度从可用余度集合中删除；

表决模块，用于对可用余度集合中剩余的可用余度进行表决，获得最终表决值。

优选的是，所述自监控模块包括：

信号有效位获取单元，用于周期性获取信号有效位输入值，所述信号有效位输入值携带了余度数量及各余度的有效性；

余度有效性处理单元，用于当余度的有效性为无效时，通过余度自监控故障计数器进行周期性计数累计，当累计值超过自监控故障门限时，将该余度标记为故障余度，将其它余度作为可用余度加入到所述可用余度集合中。

优选的是，所述余度有效性处理单元包括延时处理子单元，用于确定信号的延时属性，当所述信号的延时属性为无故障监控时延时，各余度在第一个运行周期的有效性为无效时，将该余度标记为故障余度。

优选的是，所述比较监控模块包括：

信号排序单元，用于对可用余度集合中的各可用余度按信号进行排序；

极值预处理单元，用于确定位于两端的两个可用余度的差值，当差值小于设定值时，所述可用余度集合中的各可用余度均有效，当差值大于设定值时，再进行两两比较。

优选的是，所述表决模块包括：

异常处理单元，用于当所述可用余度集合中剩余的可用余度为0时，将设定的安全值作为最终表决值。

本申请可满足大部分常见飞行器系统多余度信号监控需求，可满足各类系统复杂监控需求，可满足信号状态管理与状态恢复的设计需求，可满足系统未来信号监控功能扩展需求。同时设计的信号监控模型通用性强，便于设计使用，也便于未来属性变更与拓展。

附图说明

图1是本申请多余度系统信号监控方法的一优选实施例的流程图。

图2是多信号多余度系统架构示意图。

图3是系统运行状态切换示意图。

图4是多余度系统信号监控详细流程图。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施方式，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方式，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施方式进行详细说明。

本申请第一方面提供了一种多余度系统信号监控方法，如图1所示，主要包括：

步骤S1、根据信号的有效位确定信号的可用余度集合，所述可用余度集合中包括了多个可用余度；

步骤S2、对可用余度集合中的任意两个余度进行差值计算，当差值大于设定值时，对相比较的两个可用余度均进行余度比较监控故障计数累计，当所述余度比较监控故障计数累计超过比较故障门限时，将该余度从可用余度集合中删除；

步骤S3、对可用余度集合中剩余的可用余度进行表决，获得最终表决值。

首先对本申请的余度控制进行说明，参考图2，以控制律解算的飞行器舵面指令信号为例，系统需要马赫数、迎角值、驾驶员指令等作为输入完成解算，这些输入值是多余度信号，数据类型有连续量和有离散量，监控策略各不相同，且余度数目也不相同(例如马赫数是4余度信号，驾驶员指令是2余度信号等)，经过信号的监控得出各余度信号有效性，根据有效性，采用标准表决算法得出唯一表决值，该表决值作为输入参与到控制律解算中，最终得出飞行器的舵面指令值。

本申请在信号监控过程中，通过多余度信号模型，根据信号自身状态和比较状态结果，综合出信号的综合有效性，其中，步骤S1为根据信号自身状态确定可用余度，步骤S2为根据信号比较结果，进一步在可用余度中进行筛选，删除了偏差较大的余度，形成最终的多个可用余度，最后在步骤S3中，根据信号综合有效性，采用标准表决算法(平均值或中值等)，得出最终表决值进入到飞行器控制律解算中。

在一些可选实施方式中，步骤S1进一步包括：

步骤S11、周期性获取信号有效位输入值，所述信号有效位输入值携带了余度数量及各余度的有效性；

步骤S12、当余度的有效性为无效时，通过余度自监控故障计数器进行周期性计数累计，当累计值超过自监控故障门限时，将该余度标记为故障余度，将其它余度作为可用余度加入到所述可用余度集合中。

该实施例参考图3，图3所示为系统运行状态，表征的是多余度系统运行的状态关系。多余度系统运行状态共有3种：正常运行状态、瞬态故障状态和永久故障状态；系统运行过程中当满足一定条件时，会从一种状态运行到另一种状态；每一种状态下，系统都会运行不同的功能模块。系统上电后总是先进入到正常运行状态中，由于多余度系统多为嵌入式架构，因此系统运行采用周期循环运行方式，每个运行周期下系统都会运行当前状态下的任务功能，同时判断切换条件，如果切换条件满足，则在下一个运行周期跳转到对应状态中运行，如果切换条件不满足，则在下一个运行周期依旧运行本周期的任务。状态切换条件如下：

a)当本运行周期中发现信号监控发生故障，则标注监控发生瞬态故障，下一个运行周期开始从正常运行状态跳转到瞬态故障状态中；

b)若连续一定运行周期数信号监控一直发生故障，且在本周期运行时达到门限，则标注监控发生永久故障，在下一个运行周期开始从瞬态故障状态跳转到永久故障状态中；

c)若本运行周期内信号监控恢复，则标注监控恢复正常，在下一个运行周期开始从瞬态故障状态跳转到正常运行状态；

d)若连续一定运行周期数信号监控一直没有发生故障，且在本周期运行时达到门限，则标注监控恢复正常，在下一个运行周期开始从永久故障跳转到正常运行状态。

在一些可选实施方式中，步骤S12进一步包括，确定信号的延时属性，当所述信号的延时属性为无故障监控时延时，各余度在第一个运行周期的有效性为无效时，将该余度标记为故障余度。

该实施例主要是针对无故障监控时延需求的信号设计，若本运行周期内信号监控发生故障，则标注监控发生故障，下一个运行周期开始从正常运行状态跳转到永久故障状态。

上述步骤S1通过信号自带的有效状态，判断信号的自监控有效性，形成可用余度集合，之后在步骤S2中，进一步参与信号比较监控，通过对信号比较超差，判断信号的比较监控有效性。

在一些可选实施方式中，步骤S2进一步包括：

步骤S21、对可用余度集合中的各可用余度按信号进行排序；

步骤S22、确定位于两端的两个可用余度的差值，当差值小于设定值时，所述可用余度集合中的各可用余度均有效，当差值大于设定值时，再进行两两比较。

设定值参考表1的信号比较超差门限值SigBoundValue，参考图2，针对嵌入式多余度系统信号监控需求，制定出可以满足所有类型多余度信号监控需求的标准监控模型，并针对多余度系统信号监控策略，设定该模型的属性。模型属性设定完毕后，在系统上电后，会由程序根据所有信号定义进行实例化，实例化后的“信号实例”在每周期内，将按照预订的程序对所有信号依次进行有效地监控。信号的监控有效性最终体现在属性SigValidWord(信号监控综合有效字(bit0:A bit1:B bit2:C bit3:D)1：有效)上，该属性也表征了本周期内信号监控的结果，系统依据这个结果对有效信号进行表决。

信号的综合有效性需要通过两个过程综合出来，分别是信号的自监控有效字SigIlmValidWord和比较监控有效字SigCmpValidWord，两者的监控方式如下描述：

a)通过信号自带的有效状态，判断信号的自监控有效性，对于需要监控时延的，需要调用SigIlmFailCnt自监控故障计数器属性进行每周期监控，具体见步骤S1。

b)对于自监控有效的信号，可以进一步参与信号比较监控，通过对信号排序比较超差，判断信号的比较监控有效性，对于需要监控时延的，需要调用SigCmpFailCnt比较监控故障计数器属性进行们周期监控，具体见步骤S2。

c)根据比较监控结果，选择表决算法，最终得出唯一表决值，记录在SigVoteValue信号表决值中。

在一些可选实施方式中，每周期对于监控过程中的结果，通过调用SigFlrCode故障码，将对应故障记录在存储器中，便于故障定位。

如图3所示，针对构建的多余度模型属性，绘出整个监控活动过程。根据此活动，系统最终会对每一个信号实例完成完整有效的监控，并得出该信号实例的综合有效性，进而计算得出信号表决值。

在一些可选实施方式中，步骤S3进一步包括：

当所述可用余度集合中剩余的可用余度为0时，将设定的安全值SigSafeValue作为最终表决值。

附图4给出了本申请的余度处理详细流程，其涉及的参数如下表1所示。

表1参数说明

本申请第二方面提供了一种与上述方法对应的多余度系统信号监控装置，主要包括：

自监控模块，用于根据信号的有效位确定信号的可用余度集合，所述可用余度集合中包括了多个可用余度；

比较监控模块，用于对可用余度集合中的任意两个余度进行差值计算，当差值大于设定值时，对相比较的两个可用余度均进行余度比较监控故障计数累计，当所述余度比较监控故障计数累计超过比较故障门限时，将该余度从可用余度集合中删除；

表决模块，用于对可用余度集合中剩余的可用余度进行表决，获得最终表决值。

在一些可选实施方式中，所述自监控模块包括：

信号有效位获取单元，用于周期性获取信号有效位输入值，所述信号有效位输入值携带了余度数量及各余度的有效性；

余度有效性处理单元，用于当余度的有效性为无效时，通过余度自监控故障计数器进行周期性计数累计，当累计值超过自监控故障门限时，将该余度标记为故障余度，将其它余度作为可用余度加入到所述可用余度集合中。

在一些可选实施方式中，所述余度有效性处理单元包括延时处理子单元，用于确定信号的延时属性，当所述信号的延时属性为无故障监控时延时，各余度在第一个运行周期的有效性为无效时，将该余度标记为故障余度。

在一些可选实施方式中，所述比较监控模块包括：

信号排序单元，用于对可用余度集合中的各可用余度按信号进行排序；

极值预处理单元，用于确定位于两端的两个可用余度的差值，当差值小于设定值时，所述可用余度集合中的各可用余度均有效，当差值大于设定值时，再进行两两比较。

在一些可选实施方式中，所述表决模块包括：

异常处理单元，用于当所述可用余度集合中剩余的可用余度为0时，将设定的安全值作为最终表决值。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种多余度系统信号监控方法，其特征在于，包括：

步骤S1、根据信号的有效位确定信号的可用余度集合，所述可用余度集合中包括了多个可用余度；

步骤S2、对可用余度集合中的任意两个余度进行差值计算，当差值大于设定值时，对相比较的两个可用余度均进行余度比较监控故障计数累计，当所述余度比较监控故障计数累计超过比较故障门限时，将该余度从可用余度集合中删除；

步骤S3、对可用余度集合中剩余的可用余度进行表决，获得最终表决值。

2.如权利要求1所述的多余度系统信号监控方法，其特征在于，步骤S1进一步包括：

步骤S11、周期性获取信号有效位输入值，所述信号有效位输入值携带了余度数量及各余度的有效性；

步骤S12、当余度的有效性为无效时，通过余度自监控故障计数器进行周期性计数累计，当累计值超过自监控故障门限时，将该余度标记为故障余度，将其它余度作为可用余度加入到所述可用余度集合中。

3.如权利要求1所述的多余度系统信号监控方法，其特征在于，步骤S12进一步包括，确定信号的延时属性，当所述信号的延时属性为无故障监控时延时，各余度在第一个运行周期的有效性为无效时，将该余度标记为故障余度。

4.如权利要求1所述的多余度系统信号监控方法，其特征在于，步骤S2进一步包括：

步骤S21、对可用余度集合中的各可用余度按信号进行排序；

步骤S22、确定位于两端的两个可用余度的差值，当差值小于设定值时，所述可用余度集合中的各可用余度均有效，当差值大于设定值时，再进行两两比较。

5.如权利要求1所述的多余度系统信号监控方法，其特征在于，步骤S3进一步包括：

当所述可用余度集合中剩余的可用余度为0时，将设定的安全值作为最终表决值。

6.一种多余度系统信号监控装置，其特征在于，包括：

自监控模块，用于根据信号的有效位确定信号的可用余度集合，所述可用余度集合中包括了多个可用余度；

比较监控模块，用于对可用余度集合中的任意两个余度进行差值计算，当差值大于设定值时，对相比较的两个可用余度均进行余度比较监控故障计数累计，当所述余度比较监控故障计数累计超过比较故障门限时，将该余度从可用余度集合中删除；

表决模块，用于对可用余度集合中剩余的可用余度进行表决，获得最终表决值。

7.如权利要求6所述的多余度系统信号监控装置，其特征在于，所述自监控模块包括：

信号有效位获取单元，用于周期性获取信号有效位输入值，所述信号有效位输入值携带了余度数量及各余度的有效性；

余度有效性处理单元，用于当余度的有效性为无效时，通过余度自监控故障计数器进行周期性计数累计，当累计值超过自监控故障门限时，将该余度标记为故障余度，将其它余度作为可用余度加入到所述可用余度集合中。

8.如权利要求6所述的多余度系统信号监控装置，其特征在于，所述余度有效性处理单元包括延时处理子单元，用于确定信号的延时属性，当所述信号的延时属性为无故障监控时延时，各余度在第一个运行周期的有效性为无效时，将该余度标记为故障余度。

9.如权利要求6所述的多余度系统信号监控装置，其特征在于，所述比较监控模块包括：

信号排序单元，用于对可用余度集合中的各可用余度按信号进行排序；

极值预处理单元，用于确定位于两端的两个可用余度的差值，当差值小于设定值时，所述可用余度集合中的各可用余度均有效，当差值大于设定值时，再进行两两比较。

10.如权利要求6所述的多余度系统信号监控装置，其特征在于，所述表决模块包括：

异常处理单元，用于当所述可用余度集合中剩余的可用余度为0时，将设定的安全值作为最终表决值。