直升機機電管理計算機雙余度設計范文

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在早期，飛機的機電系統都是相互獨立，自成系統，每個系統從數據采集、數據處理到數據顯示，自成一體，造成系統間資源利用效率低。隨著機電系統越來越多，機載設備也越來越多，導致系統可靠性降低，維修時間增加，影響飛機的安全和任務完成。為了提高可靠性，縮短維修時間，需對各機電系統進行綜合控制與管理，研制了機電綜合管理系統。直升機上，機電管理計算機作為機電綜合管理系統的核心處理部件，主要用于處理來自各機電系統的信息，并與航空電子系統進行信息交互，實現機上信息共享。隨著直升機機電綜合管理系統集成度和綜合化程度提高，機電綜合管理系統重要性也越來越高，采用單余度設計的機電管理計算機已無法滿足系統的安全性和任務可靠性要求。機電綜合管理系統的構型應依據機電系統功能需求及安全性需求進行設計，并對系統構型進行初步安全性分析（PSSA），其分析結果應滿足總體要求、功能需求及安全性要求。本文依據機電系統需求設計了一種典型的雙余度構型的機電管理計算機，并描述了余度技術的設計方法。

機電管理計算機構型

該典型機電管理計算機采用同構型的A、B雙通道設計，實現雙余度構型。機電管理計算機硬件資源和軟件完全一致，兩個通道并行工作，通過CCDL（交叉通道數據鏈）實現數據共享。兩個通道配置相同的功能模塊，主要包括CPU功能模塊、CCDL功能模塊、電源功能模塊、總線功能模塊，如圖1所示。CPU功能模塊用于執行計算和調度功能，每個CPU功能模塊執行每個通道所需的數學運算和邏輯運算，獨立完成每個通道的控制和管理；執行自測試和本通道其他功能模塊的檢測，并監控另一通道的健康狀態。CCDL功能模塊通過FPGA實現雙通道之間的數據通信。電源功能模塊用于為機電管理計算機供電，任一通道的電源功能模塊均能為兩個通道同時供電。總線功能模塊用于與其他設備的總線通信。

雙余度設計

同步功能為了保證兩個通道在同一時刻工作，需對兩個通道進行同步，采用軟硬件結合的方式實現。A、B兩通道之間通過2路離散量，首先分別輸出一個“低”，在一定時間內若獲取到對方通道輸入的“低”，再輸出一個“高”，在一定時間內若獲取到對方通道輸入的“高”，則同步成功。同步功能包括上電同步和周期同步。上電同步是在機電管理計算機上電初始化完成之后進行。周期同步是在每個基本周期開始之前進行，用于消除時鐘累計誤差。若周期同步失敗，則兩個通道獨立工作。通道識別功能通道識別功能用于上電后A、B通道的識別。機電管理計算機上電后，各通道獲取本通道的通道值，并通過CCDL獲取對方通道的通道值，進行比較之后識別A、B通道。若獲取對方通道值失敗，或者獲取的對方通道值與本通道一樣，表示通道識別故障，兩個通道按本通道值工作。總線數據傳輸策略每個通道通過CCDL可以獲取對方通道的總線數據，對于總線數據發送，結合是否為主控通道、能否正確獲取對方通道數據來確定發送數據；對于總線數據接收，結合是否為主控通道、能否正確接收本通道數據、能否正確獲取對方通道數據來確定接收數據。健康管理每個通道會對自身資源進行自測試，包括上電自測試、周期自測試、維護自測試。自測試完成之后可以獲取自測試結果，并通過CCDL可以獲取對方通道的自測試結果。根據兩個通道的自測試結果進行表決，可以確定主備通道，并能夠實現內部資源重組。

結束語

采用余度構型的機電綜合管理系統是提高機電系統綜合化和集成化程度的手段，也極大地提高了直升機的任務可靠性和安全性，通過試驗結果表明，該設計能較好地完成機電綜合管理系統的任務，將是以后機電綜合管理技術發展的方向。該設計技術也可應用于其他機載計算機的設計中。

作者：吳麗媛 王偉 單位：中國直升機設計研究所