双余度飞控系统软件设计技术在无人直升机中的应用
技术与检测Һ㊀
双余度飞控系统软件设计技术在无人直升机中的应用
孙京宁
摘㊀要：近年来ꎬ无人机相关技术得到了大力发展ꎬ小型无人机技术也变得越来越成熟ꎮ飞控系统是小型无人机系统当中不可或缺的组成部分ꎬ双余度飞控系统软件主要是采用了模块化和层次化的双余度飞控软件架构ꎮ文章主要对双余度飞控技术进行简单介绍ꎬ然后分析了双余度飞控系统软件设计技术在无人直升机中的应用ꎮ
关键词：双余度ꎻ飞控系统ꎻ无人直升机ꎻ应用
㊀㊀近年来ꎬ小型无人飞机在测绘㊁巡线㊁勘探以及跟踪等方面都得到了广泛应用ꎬ这对小型无人飞机的飞行安全提出了更高的要求ꎬ而传统的单余度飞控系统已经不适用于如今小型无人机的任务需求ꎬ因此在其基础上发展处了多余度飞行控制系统ꎮ余度系统的数量越多不代表其所具有的功能性更加强ꎬ余度数量与系统可靠性之间并不存在明显的线性关系ꎮ双余度飞控系统更加适合如今的轻型无人机ꎬ因为这一飞控系统体积较小㊁质量较强㊁结构较简单并且成本也比较低ꎮ
一㊁双余度飞控技术简单介绍
双余度飞控技术是从单余度飞控技术发展而来的ꎬ但与单余度系统相比ꎬ其可靠性得到了明显的提升ꎬ因此适用的系统架构以及实现形式的选择性都得到明显增加ꎮ现阶段ꎬ应用频率较高的双余度系统架构主要有３种：通道化自检架构ＣＳＣ㊁全交叉总线式自检架构ＦＣＳＢＳＣ以及全交叉自检架构ＦＣＳＳＣꎮ将这三种系统架构进行对比可以发现ꎬ可靠性最高的系统架构为全交叉自检架构ＦＣＳＳＣꎬ其次为全交叉总线式自检架构ＦＣＳＢＳＣꎬ通道化自检架构ＣＳＣ的可靠性远远低于前两种架构ꎮ余度系统的可靠性与系统的自检覆盖率具有明显的关系ꎬ双余度系统无法实现信号表决监控ꎬ需要采用具有自监测功能的双余度系统ꎬ小型无人机飞控自检覆盖率对于双余度系统可靠性的提高造成了明显的限制作用ꎬ在今后的研究工作中应当针对双余度飞控技术在无人机中的应用进行深入研究ꎮ
二㊁双余度飞控系统软件设计技术在无人直升机中的应用
(一)双余度飞控系统软件执行方案设计
在选择双余度飞控系统软件时采用具有多任务实时操作功能的Ｖｘｗｏｒｋｓ系统ꎬ以这一操作系统为飞控系统软件搭建应用平台ꎬ以此来实现任务调度㊁设备驱动以及中断管理等功能ꎮ飞控系统软件的模块化主要是指根据分解需求中的功能ꎬ将其分为数据采集㊁状态控制以及系统输出等多种不同功能的任务模块ꎬ依靠不同任务模块的配合执行能够促进飞控系统所需功能的实现ꎮ飞控系统软件的层次化则是在任务模块中具有相同功能的任务组ꎬ在实时性需要以及任务执行速度的特点上将其进行不同执行速率组任
务划分ꎮ除了模块化以及层次化外ꎬ还会在飞行控制系统任务执行特点的基础上ꎬ对任务执行的优先级进行设计ꎬ以此来调度不同等级的任务执行ꎮ
(二)双余度飞控系统软件故障综合及余度管理设计
双余度飞控系统软件故障综合设计主要是通过相关的设计工作实现实时判别㊁记录飞行过程的故障ꎬ并且在对故障类型进行划分后自动进行对应的飞行故障隔离以及处理ꎮ无人直升机的飞控系统会直接影响到飞行任务执行效果ꎬ在对其故障综合以及余度管理进行设计时ꎬ应当考虑到去不可切除性ꎬ然后充分利用已有资源实现故障资源的隔离ꎬ为飞控系统的稳定运行提供保障ꎮ监控面在飞控系统软件各个人物中的设置ꎬ能够确保软件的系统综合以及余度管理ꎬ因为监控面当中会设计有传感器㊁飞控计算机以及测控链路等十分关键的部件ꎮ在设计飞控软件监控面时主要包含：传感器输入信号㊁测控链路㊁供电信号以及飞控计算机ꎮ各个监控面中的各项监控点还设计了故障检测门限以及故障拍数ꎬ可以对飞行过程系统故障进行实时检测ꎬ并且还能够准确判别故障将其对应到具体的部件ꎬ在对故障信息进行综合分析后可以对相应资源进行余度管理ꎬ最后将故障信息及时传送给测控平台ꎮ另外ꎬ在保障飞行安全的基础上ꎬ为了对无人直升机资源进行充分利用ꎬ还设计了相应的故障恢复机制ꎮ(三)双余度飞控系统软件系统状态控制设计
无人直升机的飞控系统控制主要由三个类别：四轴控制㊁导航控制以及发动机控制ꎮ无人直升机飞控系统软件中的控制模态主要包含６种：发动机模态控制㊁起降模态控制㊁悬停模态控制㊁纵向模态控制㊁
横向模态控制以及导航模态控制ꎬ其控制率结算主要包括横向控制律结算㊁纵向控制律结算㊁航向控制律结算㊁高度通道控制律结算以及发动机控制律结算ꎮ不同的控制模态可以分解为一组执行序列ꎬ之后再分别对每一个执行序列提取执行步骤ꎬ将２０ｍｓ为时间片进行其子模态运行时间组ꎬ之后便能完成与之对应的控制律结算ꎮ
三㊁结语
监控系统软件
综上所述ꎬ双余度飞控系统与其他飞控系统相比具有十分明显的优点ꎬ其十分适合小型无人机ꎬ但是现阶段双余度飞控计算机技术在无人机飞控系统当中还没有得到广泛应用ꎮ文章对双余度飞控系统软件设计技术在无人直升机中的应用进行简单介绍ꎬ对系统软件执行方案设计㊁故障综合及余度管理设计和系统状态控制设计分别进行了分析ꎬ期望可以为相关工作的开展提供参考ꎬ为无人直升机飞控系统的实时性以及可靠性的提高提供促进作用ꎮ
参考文献:
[１]孙刚ꎬ徐智.双余度飞控系统软件设计技术在无人直升机
中的应用[Ｊ].电子测试ꎬ２０１９(１３):８５－８７.
[２]王慧娟ꎬ王道波.一种无人机用小型双余度电动伺服舵机的设计[Ｊ].微电机ꎬ２０１０ꎬ４３(３):２４
－２７.
作者简介:
孙京宁ꎬ南京模拟技术研究所ꎮ
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