双CPU冗余机电作动器控制系统研究

发布时间：2017-10-31 20:44

  本文关键词：双CPU冗余机电作动器控制系统研究

  更多相关文章： EMA 冗余 热备份 可靠性 同步

【摘要】：作为一种主要的功率电传作动器,机电作动器(Electro-Mechanical Actuator,EMA)是指通过控制电动机从而控制负载运动的一类执行器。随着多电飞机和全电飞机的快速发展,EMA已成为当下一个研究热点,并将得到越来越广泛的应用。本课题的目的是研制一套冗余EMA控制系统,负责六台EMA的控制和协调,作为飞控计算机与EMA之间的接口,系统自身需具有较强的容错能力和可靠性能。首先,进行了容错技术和机内测试技术的研究,在详细分析了各种冗余方式的基础上,提出了采用相似双余度热备份结构,并确定了系统的总体设计方案。其次,根据总体方案进行了系统的硬件设计,设计了仲裁切换、双机通讯、LVDT调理及自监控等硬件模块,其中采用双端口RAM实现了双机通信功能,进行两个CPU之间的数据交换和信息共享,采用CPLD实现了仲裁切换功能,进行逻辑判断和冗余切换;采用模块化和层次化设计方法设计了系统软件,先分析了软件功能与结构,具体设计了系统管理模块和容错管理模块软件,深入研究了双机同步、双机通信、同步故障诊断、故障检测等功能的实现,同时进行了软件容错设计。最后,利用马尔可夫过程理论进行了系统可靠性建模与仿真分析,并完成了硬件和软件的失效模拟试验,结果表明本系统具有较强的容错能力以及较高的可靠性。
【关键词】：EMA 冗余 热备份 可靠性 同步
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V242
【目录】：

• 摘要4-5
• abstract5-11
• 缩略词11-12
• 第一章 绪论12-18
• 1.1 研究目的与意义12
• 1.2 国内外研究概述12-16
• 1.2.1 EMA发展概况12-14
• 1.2.2 冗余技术概述14-15
• 1.2.3 BIT技术概述15-16
• 1.3 本文主要研究内容16-18
• 第二章 冗余EMA控制系统总体设计18-30
• 2.1 冗余EMA控制系统的功能需求18
• 2.2 容错技术研究18-23
• 2.2.1 容错技术18-20
• 2.2.2 硬件容错技术20-22
• 2.2.3 软件容错技术22-23
• 2.3 冗余EMA控制系统BIT方案设计23-26
• 2.3.1BIT设计原则和测试点选取23-24
• 2.3.2 冗余EMA控制系统故障来源及表现24-25
• 2.3.3 BIT方案设计25-26
• 2.4 总体方案设计26-29
• 2.4.1 余度级别的选择26
• 2.4.2 双机工作方式的选择26-27
• 2.4.3 可靠性设计27-28
• 2.4.4 系统总体设计28-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第三章 冗余EMA控制系统硬件设计30-44
• 3.1 余度EMA控制系统硬件整体设计30
• 3.2 CPU模块设计30-32
• 3.2.1 调试接口31-32
• 3.2.2 时钟模块32
• 3.2.3 故障显示模块32
• 3.3 仲裁切换模块设计32-35
• 3.3.1 逻辑判断模块33
• 3.3.2 冗余切换模块33-34
• 3.3.3 CPLD选型和电路实现34-35
• 3.4 双CPU通讯模块35-37
• 3.5 LVDT调理与自监控电路设计37-40
• 3.6 通信模块设计40-41
• 3.6.1 CAN总线40
• 3.6.2 串行通信接口40-41
• 3.7 输入输出接口设计41-42
• 3.8 供电方案设计42-43
• 3.9 本章小结43-44
• 第四章 冗余EMA控制系统软件设计44-55
• 4.1 系统软件总体设计44-45
• 4.1.1 系统软件设计方法44
• 4.1.2 系统软件功能与结构44-45
• 4.2 系统管理模块设计45-49
• 4.2.1 双机同步46
• 4.2.2 双机通信46-47
• 4.2.3 同步故障诊断47-49
• 4.3 容错管理模块设计49-53
• 4.3.1 各功能模块自检49-51
• 4.3.2 双CPU比较仲裁51-53
• 4.3.3 故障记录53
• 4.4 软件容错设计53-54
• 4.5 本章小结54-55
• 第五章 仿真与试验55-61
• 5.1 冗余控制系统可靠性分析55-57
• 5.1.1 冗余控制系统马尔可夫模型55
• 5.1.2 冗余控制系统可靠度计算55-56
• 5.1.3 可靠度仿真分析56-57
• 5.2 失效模拟试验57-60
• 5.2.1 硬件失效模拟试验58-59
• 5.2.2 软件失效模拟试验59-60
• 5.3 本章小结60-61
• 第六章 总结与展望61-63
• 6.1 全文总结61
• 6.2 研究展望61-63
• 参考文献63-67
• 致谢67-68
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文68

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 吴正辉;金丰;银恺;;某型起落架转弯控制器余度设计及机内测试[J];机械设计与研究;2013年03期

2 蒋登峰;周娟;;随机存取存储器故障分析及测试方案实现[J];中国计量学院学报;2010年03期

3 徐书凯;胡勤丰;王大伟;;基于卡尔曼观测器的永磁同步电机自抗扰控制[J];电机与控制应用;2010年05期

4 卢超;;单片机系统中的抗干扰及可靠性设计[J];仪表技术;2010年02期

5 王丽丽;陈欣;;无人机飞行控制计算机余度管理软件[J];南京航空航天大学学报;2009年S1期

6 满梦华;原亮;丁国良;巨政权;宋亮;;嵌入式高可靠性异构双机冗余系统的设计[J];计算机应用;2009年08期

7 马伯渊;吕京梅;张志同;;PLC软冗余系统性能分析[J];电力自动化设备;2009年02期

8 秦旭东;陈宗基;李卫琪;;大型民机的非相似余度飞控计算机研究[J];航空学报;2008年03期

9 同江;蔡远文;伯伟;任江涛;;BIT技术的发展现状与应用分析[J];兵工自动化;2008年04期

10 周元钧;赵运坤;葛云海;;复合式余度机电作动系统容错控制与性能分析[J];北京航空航天大学学报;2008年03期

，

本文编号：1123702