无人机分布式飞行控制计算机故障诊断分析

梁晓智

（天津航天中为数据系统科技有限公司，天津 300301）

对于无人机而言，飞行控制系统的稳定和安全系数一直是研究人员最为关注的问题。飞行控制系统主要由四部分构成，在这四部分当中，最为重要的就是飞行控制计算机。飞行控制计算机的主要工作内容是对有关设备进行管理以及完成飞行控制整个过程，并与地面之间进行有效的对接，可以说是非常关键的一个部分。从我国当前无人机行业发展的状况来看，无人机技术的发展仍然面临着一些困境以及挑战，这也意味着，无人机需要从各个方面出发，对故障诊断系统进行不断完善，以使其获得更好的发展。

1 分布式飞行控制计算机结构

分布式飞行控制计算机采用的工作方式存在一定特殊之处，其注重的是实现独立的工作机制。从分布式飞行控制计算机余度结构来看，其主要由两个部分构成。其中一个部分是主从备份模式，这种模式具有的特点是，在特定的时间内，只有主单元是参与工作的，其他单元仅是起到辅助作用。但当主单元发生一定故障的时候，备份单元就派上用场了，其区分为热备份和冷备份的，这两者采用的是不同的运作模式，两者之间还是有着本质上的差异的。另一个模式是多余度表决模式，这种模式并不依靠主单元独立发挥作用，其需要多个类似的单元同步运行，在运行的过程当中，依据获得的信息完成表决过程，做出相关判断。本文所研究的分布式飞行控制计算机包含了四个主要的部分，在这几部分当中，CPU是最为基础的一个部分，更是核心所在；SIO主要是获得信息，并和地面保持联系；AIO分为两个模块，分别进行不同的工作。

2 飞行控制计算机故障模型

飞行控制计算机与传感器系统、舵回路之间的信息流是通过各个模块之间的相互联系和作用来实现的。我们主要是把故障的种类进行了一个简单的划分，主要将其分为了两类，一类是分布式单元功能故障，这种故障显示为板卡级，也就是说板卡单元没有办法进行正常的运转活动；另外一类是单元功能模块故障，其主要显示为功能部件级，换言之，当其中的一个单元出现运行问题的时候，不会影响到其他的动能单元模块，其他部件仍然可以在正常的轨道上运行。这种运行模式在实际工作具有一定的优势，即在不会出现所有的模块都是受到故障的影响，进而出现无法正常运行的情况，可以在一定程度上保障系统的安全性与有效性。不过如果模拟量控制模块和执行机构之间的数据交换产生了问题，就会严重影响到正常的运转，因此，对于故障上的问题我们必须要提起重视，对其进行妥善的处理。

3 分布式飞行控制计算机故障诊断

3.1 通信总线故障诊断

对分布式飞行控制计算机内部单元之间进行故障检测的方式主要有两种，也就是比较常见的Push和Pull两种方式，它们进行检测的路径主要就是发送状态检测帧，这个过程可以有效地实现相关信息的传递，掌握每个单元的运行状态是处在什么层次，运行的效果如何，是否产生某些故障问题，从而实现故障检测的过程。具体的来看，Push方式和Pull方式是两个方向相反的过程，Pull是通过主控制单元向被检测单元发送状态检测帧，然后被检测单元在收到这种指令，进行回复的一个过程。而Push方式则是通过被检测单元来发送检测帧，由主检测单元来做出回应信息的。对于采用余度结构的飞行控制计算机而言，各个余度之间采用的故障检测方法是存在一定的差异的。面对这种状况，需要注意的是，不能由于主控制单元出现了故障问题，而影响了对于其他单元的检测判断。Pull飞行控制计算机使用的是四余度配置，其中有一条是主要的通道，其他的都是热备份，我们要注意并了解这种结构，同时要注意观察总线上的节点的状态，能否进行畅通的通信。对于CPU单元而言，其主要的功能是负责状态检测帧的发出，然后进行计数，这种技术是具有一定的周期性的，当收到应答帧后，就要对周期计数进行归零。另外，如果出现计数超过预计值的情况，就可以判断产生的故障问题，可以转换到备份总线通道上。通信总线的故障诊断并没有一个具体的判定标准，而需要结合真个系统的实际状况，分析具体情况的基础之上做出相关的判断，得出相应的结论，另外需要注意的一点是飞行控制系统强调时间性的，其做出的判断需要在一定的周期之内才能完成，否则就会失去其作用效果。一般而言，对于周期设计的阈值应该小于等于4。通过这种方式就可以得出心检测阈值的条件，一般来说是0＜μ≤T/Th，这个计算的方式是我们应该掌握的。

3.2 主控制单元输出表决故障诊断

飞行控制计算机的主控制单元所采用的主要方式是三余度配置。在进行故障诊断的过程当中，所采用的输出表决结构也是具有一定的特殊性的。三余度CPU单元通过对于信号的传输，从而完成完整的余度表决的过程，这整个过程都应该按照一定的程序，按部就班的进行，绝对不能够随意的进行操作。这主要是因为，对于故障的分析过程执行的操作必须是严谨的，一旦出现差错就很容易产生某些操作方面的问题，会严重的威胁到之后的相关工作的进行。除此之外，我们还应该明确一点，对于余度表决方法也不是只存在一种形式，可以根据系统的实际状况来进行方法的应用，然后，可以根据得出的表决结果，了解到运行的整体情况，然后实现CPU单元的有效切换。

3.3 功能单元外部设备接口故障诊断

串行通信单元通过利用硬件双余度输入表决这种方式，实现和传感器通信故障观测器的完美结合，根据信号的传输，相关信息流的传送结果进行判断，得出无人机分布式飞行控制计算机是否存在故障问题，得出确切的诊断结果。当故障模型观测器检测出存在故障时，就会产生信息的不同步，串行接口输入不一致等。当这种状况出现的时候，可以判定单元接口产生了一定的问题。另外，当无法得出具体的故障单元时，需要结合CPU单元的状况进行综合的分析，通过这个过程实现故障的诊断。当面对一些特殊状况的时候，可以考察不同的可能出现的状况和结果，然后根据这几种状况和结果，进行故障的定位，对其进行判断之后反馈回主控制单元，进而得出相关的控制结论。在对故障原因判断后，便可以进入相应的故障调节。

4 结束语

通过以上的分析可以得出无人机分布式飞行控制计算机故障诊断的基本情况。通过对分布式飞行控制计算机进行相关的探究，对结构的分析、模型的构建以及故障判断，能够得到一种新型的故障诊断的方法，通过这种方式，能够实现对无人机内部和外部的监督和控制，实现分布式飞行控制计算机故障的诊断。面对多方面存在的的问题，可以进行方式方法的创新，在不断地探索和研究当中发现更好的故障检测的方式和方法，以服务于无人机的故障检测工作。另外，对于控制器、执行机构和传感器的相关故障检测的操作，能够解决以往的故障观测器存在着的种种弊端，对于我国无人的未来发展具有一定的积极和建设性作用，有利于我国的无人机技术的快速发展。