小型无人机负荷分担式容错飞行控制软件设计

发布时间：2017-09-09 12:19

  本文关键词：小型无人机负荷分担式容错飞行控制软件设计

  更多相关文章： 小型无人机 双处理机 负荷分担 故障检测 容错

【摘要】：随着小型无人机应用日益广泛、功能日趋复杂,飞行控制系统的规模和复杂度不断提高,飞行控制软件的可靠性面临着严峻挑战,针对系统小型化结构特点,设计一种具有高可靠性的飞行控制软件,对无人机飞行任务的顺利完成至关重要。本文在具有高集成度嵌入式双处理器飞行控制计算机平台上,设计开发负荷分担式双机容错飞行控制软件,以提高飞行控制系统的可靠性。首先,根据系统硬件资源配置和软件开发环境,结合飞行控制软件功能需求,提出了总体设计方案,并采用分层模块化设计思想,完成了软件总体结构设计、功能模块划分和双机任务分配。其次,在综合考虑软件功能需求和性能要求基础上,设计开发了遥控遥测、数据融合、导航制导、控制律解算、控制输出和双机通信等功能模块,并采用软总线架构对各功能模块进行统一调度和管理,实现了软件飞行控制和飞行管理功能;在此基础上通过双机故障检测,设计故障诊断、故障处理和系统重构策略,实现了软件容错功能。再次,在软件功能设计实现基础上,结合Vx Works多任务调度机制,进行了飞行控制软件任务划分和优先级分配,确定了任务调度策略、任务间通讯和同步机制,并针对多任务环境下存在的资源访问冲突问题提出了相应的解决方案。最后,在半物理仿真环境下对软件功能进行仿真验证,结果表明负荷分担式飞行控制软件满足飞行控制、飞行管理和容错功能要求,具有较高的可靠性。
【关键词】：小型无人机 双处理机 负荷分担 故障检测 容错
【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】：2015
【分类号】：V249.1
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 注释表13-14
• 第一章 绪论14-22
• 1.1 引言14-16
• 1.2 课题研究背景及意义16-17
• 1.3 国内外研究现状17-21
• 1.3.1 小型无人机飞行控制系统研究现状17-18
• 1.3.2 双机容错系统研究现状18-20
• 1.3.3 飞行控制软件开发模式20-21
• 1.4 本文研究内容以及章节安排21-22
• 第二章 飞行控制软件方案设计22-33
• 2.1 引言22
• 2.2 软件运行环境22-25
• 2.2.1 硬件资源配置22-24
• 2.2.2 软件开发环境24-25
• 2.3 软件需求分析25-28
• 2.3.1 飞行控制功能25-26
• 2.3.2 飞行管理功能26
• 2.3.3 容错功能26-27
• 2.3.4 软件性能分析27-28
• 2.4 软件结构设计28-32
• 2.4.1 总体结构设计28-30
• 2.4.2 功能模块划分30-31
• 2.4.3 双机任务分配31-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第三章 飞行控制软件功能模块设计33-57
• 3.1 引言33
• 3.2 软总线结构分析33-38
• 3.2.1 软总线简介33
• 3.2.2 系统资源管理33-36
• 3.2.3 功能模块调度关系分析36-38
• 3.3 功能模块设计38-52
• 3.3.1 遥控遥测模块38-41
• 3.3.2 数据融合模块41-42
• 3.3.3 导航制导模块42-47
• 3.3.4 控制律解算模块47-49
• 3.3.5 控制输出模块49-50
• 3.3.6 双机通信模块50-52
• 3.3.7 容错管理模块52
• 3.4 功能模块动态管理52-56
• 3.4.1 功能模块基本操作53-54
• 3.4.2 功能模块迁移54-56
• 3.5 本章小结56-57
• 第四章 容错策略设计57-72
• 4.1 引言57
• 4.2 任务阶段划分57-61
• 4.2.1 系统初始化阶段57-58
• 4.2.2 双机配合阶段58-59
• 4.2.3 系统重组阶段59-60
• 4.2.4 单机运行阶段60
• 4.2.5 任务阶段转换关系60-61
• 4.3 故障检测61-65
• 4.3.1 系统故障基本类型61-62
• 4.3.2 处理机自检测62-63
• 4.3.3 双机互检测63-64
• 4.3.4 通信状态检测64-65
• 4.4 故障诊断与处理65-69
• 4.4.1 故障处置策略65-67
• 4.4.2 双机任务切换67-69
• 4.5 关键问题分析69-71
• 4.5.1 系统死锁69
• 4.5.2 双机同步69-71
• 4.6 本章小结71-72
• 第五章 任务调度分析与设计72-84
• 5.1 引言72
• 5.2 飞行控制软件多任务划分72-74
• 5.2.1 任务划分规则72
• 5.2.2 软件任务划分72-74
• 5.3 任务优先级设计74-76
• 5.3.1 任务优先级设计一般方法74
• 5.3.2 软件任务优先级分配74-76
• 5.4 任务调度策略研究76-80
• 5.4.1 VxWorks任务调度策略76-77
• 5.4.2 任务状态与状态转换77-78
• 5.4.3 飞行控制软件任务管理与调度78-80
• 5.5 资源访问控制策略80-83
• 5.5.1 资源访问控制80
• 5.5.2 互斥资源访问机制及特点分析80-82
• 5.5.3 飞行控制软件资源访问控制策略82-83
• 5.6 本章小结83-84
• 第六章 软件测试与仿真验证84-98
• 6.1 引言84
• 6.2 半物理仿真环境构建84-85
• 6.3 系统实时性测试85-88
• 6.3.1 中断响应时间测试85-86
• 6.3.2 任务切换时间测试86-87
• 6.3.3 任务负荷测试87-88
• 6.4 飞行控制软件功能验证88-97
• 6.4.1 飞行控制功能验证88-92
• 6.4.2 飞行管理功能验证92-93
• 6.4.3 容错功能验证93-97
• 6.5 本章小结97-98
• 第七章 总结与展望98-100
• 7.1 本文研究工作总结98-99
• 7.2 后续工作展望99-100
• 参考文献100-103
• 致谢103-104
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文104

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 梁思礼;容错技术在航天领域中的应用[J];系统工程与电子技术;1993年12期

2 蒙建波,吴银成,杨俊永;容错技术与仪表的发展[J];仪器仪表学报;2002年S3期

3 宁新建;容错技术在火控计算机中的应用[J];航空兵器;2005年01期

4 龚健;杨孟飞;;基于可进化硬件的容错技术及其原理[J];航天控制;2006年06期

5 高呈斗;;容错技术与铁路信号[J];铁道科技动态;1986年02期

6 陈雪东,谢天怀,文有桂;容错技术在捷联惯性测量系统中的应用[J];系统工程与电子技术;1993年09期

7 方蕾;一种采用软硬件双重容错技术的微机系统[J];上海铁道大学学报;1996年03期

8 陈炜;计算机容错技术与应用[J];武汉工业大学学报;1998年04期

9 李志,王勇;工业容错技术引论[J];机械设计与制造工程;2002年01期

10 刘月苏,林宪旗,王道睿,文骁阳,王峰,刘真梅;容错技术在激光断面测量仪中的应用[J];山东科学;2002年02期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 蒙建波;吴银成;杨俊永;;容错技术与仪表的发展[A];第三次全国会员代表大会暨学术会议论文集[C];2002年

2 王东盛;;容错技术在卫星控制系统中的应用[A];第十届全国容错计算学术会议论文集[C];2003年

3 李卫东;;容错技术在梅钢的应用[A];全国冶金自动化信息网2012年年会论文集[C];2012年

4 庞海洋;李新明;;软件容错[A];第十届全国容错计算学术会议论文集[C];2003年

5 闵应骅;;网络容错与安全研究述评[A];第十届全国容错计算学术会议论文集[C];2003年

6 于洪涛;黄文轩;王和;;一种双机容错方案及其应用[A];开创新世纪的通信技术——第七届全国青年通信学术会议论文集[C];2001年

7 龚健;杨孟飞;;硬件进化系统的容错性研究[A];第十四届全国容错计算学术会议(CFTC'2011)论文集[C];2011年

8 欧阳一鸣;余雅琼;郭凯;;基于同构片上网络拓扑可重构的容错硬件结构[A];第六届中国测试学术会议论文集[C];2010年

9 罗宏;宿红毅;战守义;;无线传感器网络故障诊断与容错技术研究进展[A];第八届全国信息获取与处理学术会议论文集[C];2010年

10 高航;罗宇;;RTEMS上基于软件重算的容错支撑设计研究[A];2008年全国开放式分布与并行计算机学术会议论文集(下册)[C];2008年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 艾先;容错技术扫描[N];中国贸易报;2004年

2 ;容错技术的发展与应用展望[N];计算机世界;2001年

3 刘雨;让容错服务器“平民化”[N];中国计算机报;2007年

4 常文杰;新容错浪潮[N];网络世界;2004年

5 胡志敏;“双核”容错服务器来了[N];政府采购信息报;2007年

6 ;容错技术应用前景[N];中国高新技术产业导报;2004年

7 孔令男;容错技术高端商用领域的核心[N];中国国门时报;2004年

8 辽河石油勘探局物资公司 赵雁　林斌;存储容错：鱼与熊掌可以兼得[N];中国计算机报;2010年

9 记者刘雨;Stratus 加大中国行业市场拓展[N];中国计算机报;2003年

10 樊强;容错服务器 服务未来[N];中国电脑教育报;2004年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 黄达;基于忆阻器的自治容错技术研究[D];国防科学技术大学;2014年

2 李旭;基于非易失内存的高性能计算容错技术研究[D];国防科学技术大学;2013年

3 刘玲霞;Web服务容错关键技术研究[D];国防科学技术大学;2006年

4 林勇;基于进化型硬件的容错方法研究[D];中国科学技术大学;2007年

5 孙晓星;面向方面的软件容错模型设计与分析技术[D];华东理工大学;2012年

6 李海山;面向恢复的容错计算技术研究[D];哈尔滨工程大学;2007年

7 肖勇;面向航天的多源信息流系统综合诊断与容错研究[D];东华大学;2010年

8 赵天绪;集成电路缺陷分布模型和容错技术研究[D];西安电子科技大学;1999年

9 朱萍;硬实时容错调度算法研究[D];华中科技大学;2011年

10 徐建军;面向寄存器软错误的容错编译技术研究[D];国防科学技术大学;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 郑福真;高扩展高容错流式处理系统设计与实现[D];浙江大学;2015年

2 吴方军;MPI环境下多副本容错技术研究[D];东南大学;2015年

3 梁贺斌;基于可信度的DSP软件冗余容错表决方法研究[D];中国科学院国家空间科学中心;2016年

4 孟冲;小型无人机负荷分担式容错飞行控制软件设计[D];南京航空航天大学;2015年

5 代征;弹性函数在弹性容错技术中的应用研究[D];武汉大学;2004年

6 吴代贤;移动Agent的容错方法研究[D];西南师范大学;2004年

7 张国强;星载并行处理计算机系统容错技术研究[D];国防科学技术大学;2006年

8 王博伟;嵌入分布系统多模式容错技术研究[D];西北工业大学;2007年

9 张小丽;机电产品容错纠错设计与仿真技术研究[D];电子科技大学;2009年

10 张淑燕;基于嵌入式多核平台的并行冗余线程容错技术研究[D];哈尔滨工业大学;2009年

，

本文编号：820402