双通道控制命令冲突解决方法

米耘锋，李文军，缪纬涛，滕飞，葛声

（西安航空计算技术研究所，陕西西安，710065）

0 引言

随着中国民用航空的快速发展，通过引入越来越多的电子系统，民用飞机的开发得到加强，更高的安全性成为行业为之努力的重要目标。尤其是航空电子系统在飞行安全的重大发展上发挥了关键作用[1]。

低空空域的逐渐开放，使通用航空也将进入快速发展期，对于通用飞机分立式座舱向综合化座舱系统转化也已成为发展趋势，为了避免可能引起灾难性、危险性、严重性的功能失效，需要采取容错技术将故障的概率降低到相应的可靠性等级以下[2]。

1 研究背景

民用飞机及其航电系统高安全性的要求，使得许多航电系统之间或系统内设备之间进行连接时会保证物理线路的冗余，以确保当一路通道因某种干扰异常工作时，其他通道仍能工作以确保安全。但是，由于实际线路传输中往往因各种干扰的存在导致无法避免的控制命令延迟问题，研究了数字通道传输延迟和一种数字通道传输延迟时间的测量方法。

告警系统主要用于唤起飞行员注意；说明事件性质；指导飞行员采取正确行动。同时，告警级别的定义要根据功能危害分析中相应功能丧失的危害来设定，在不影响飞行，干扰飞行员操纵的情况下，要尽可能采取多感官的告警形式。

座舱告警系统应能够对飞机各系统自动监控，并在必要时向飞行员提供有关信息。视觉告警盒听觉告警应考虑“人机工效”的特点，并且应确定告警信息等级和优先级。

2 问题描述

当前航电系统为提高安全性、可靠性，航电系统之间或系统内设备之间进行连接时会保证物理线路的冗余。

2.1 问题架构

本文描述的方法针对的问题可抽象为航电系统与系统之间，或系统内设备之间，例如，由控制系统向执行系统发送控制命令时，为确保安全性，采用两路独立的物理通道作为互相备份。该潜在命令冲突系统所对应的架构如图1所示。

图1 双通道潜在命令冲突系统示意图

2.2 命令冲突原因分析

当两条通道的控制命令存在延迟时，将易于产生命令冲突，延迟图如图2所示。

图2 双通道命令延迟示意图

通过图2进行分析，可得出有两种情况可能出现控制命令冲突问题。第一种情况，当发送速度快的通道1（本文中将发送速度快的通道定义为通道1，因延迟而发送速度慢的通道定义为通道2）开始发送，而发送速度慢的通道2尚未开始时（从通道1发送控制命令起，记50ms以内），第二种情况为通道1发送控制命令终止使能时，而通道2发送控制命令尚未终止时（从通道1发送控制命令终止时，记50ms以内），在这两个时段控制命令产生冲突，执行系统易于采集到不一致的控制命令，可能会造成执行系统的异常。

2.3 当前解决方法

传统方法对以上问题通常采用一次只采信一个通道的策略，当检测到一个通道故障后，则进行通道切换，切换至另外一路互为备份的通道，实质上并未实现真正的控制命令共同决策，对安全性的提升有限。

3 本文方法

3.1 方法描述

本文提出的双通道控制命令冲突的解决方法，定义逻辑1为命令使能，逻辑0为命令禁止；包括以下步骤。

（1）系统初始化，按照发送通道的发送速度从快到慢顺序编号，发送速度最快的定义为发送通道1，发送速度最慢的定义为发送通道2。

（2）命令采集：按顺序依次采集接收通道1，接收通道2的接收数据。

（3）根据控制系统和执行系统之间约定的通信协议，依次判断2路接收通道的接收数据是否有效：如果均为无效数据，当前任务结束，跳转至步骤（2）。如果存在有效数据：若首次采集到的有效数据仅一个，则以该有效数据作为当前轮决策结果，根据当前轮决策结果执行下一步系统功能，然后跳转至步骤（4），进行下一次命令采集；若首次采集到的有效数据有两个，将首次采集到的两个有效数据进行“或”操作，以当前“或”操作结果作为当前轮决策结果，根据当前轮决策结果执行下一步系统功能，然后跳转至步骤（4）进行下一次命令采集。

（4）按顺序依次采集接收通道1，接收通道2的接收数据。

（5）根据控制系统和执行系统之间约定的通信协议，依次判断2路接收通道的接收数据是否有效：如果均为无效数据，当前任务结束，跳转至步骤（4）；如果存在有效数据：若当前采集的有效数据仅一个，将该有效数据和上一轮决策结果进行“或”操作，得到本轮决策结果，根据本轮决策结果执行下一步系统功能，然后跳转至步骤（4），进行下一次命令采集；若当前采集的有效数据有两个，则将当前采集的两个有效数据进行“或”操作，再将该“或”操作结果与上一轮决策结果进行“或”操作，得到本轮决策结果，根据本轮决策结果执行下一步系统功能，然后跳转至步骤（4），进行下一次命令采集。进一步地，上述步骤（3）和（5）中还需要另行约定控制系统和执行系统之间传输数据是否有效的规则。

3.2 方法流程图

双通道命令冲突解决方法流程图如图3所示。

图3 双通道命令冲突解决方法流程图

4 小结

本文的方法可以解决控制系统与执行系统之间双通道带延迟的控制命令冲突问题。事实上，现实应用中，具有更为复杂的多通道，延迟时间更长的复杂系统，可以在本文的方法上进一步研究和完善，以适用于更广阔的应用场景。

参考文献

[1]MOIR I,SEABRIDGE A.民用航空电子[M].范秋丽,等译.北京：航空工业出版社,2009.

[2]张双,茹伟,张磊.小型综合座舱显示系统软件设计与实现[J].电光与控制,2013,P62-65.