UUV控制系統(tǒng)計算機(jī)冗余設(shè)計研究.pdf

1、隨著人們對UUV的性能和功能要求越來越高，UUV工作的環(huán)境也越來越復(fù)雜，因此需要保證UUV具有更高的可靠性。由于冗余技術(shù)可以有效提升系統(tǒng)可靠性，并且在國內(nèi)外的無人機(jī)及飛行控制計算機(jī)系統(tǒng)已得到廣泛應(yīng)用，但是，其在UUV上的應(yīng)用依然比較少見，主要因為UUV受體積、重量等的限制比較嚴(yán)格，所以將冗余技術(shù)應(yīng)用于UUV控制系統(tǒng)計算機(jī)仍是很具挑戰(zhàn)性的研究課題。本文以研究能滿足于高可靠性系統(tǒng)的冗余技術(shù)為基本立足點(diǎn)，設(shè)計一種應(yīng)用于UUV控制系統(tǒng)的TMR（

2、Triple Modular Redundancy）運(yùn)動控制計算機(jī)系統(tǒng)。
　　根據(jù)UUV控制系統(tǒng)現(xiàn)在以及未來的實際需求，依據(jù)運(yùn)動控制計算機(jī)系統(tǒng)的冗余設(shè)計原則，從冗余結(jié)構(gòu)設(shè)計、硬件設(shè)計、通信鏈路設(shè)計以及軟件系統(tǒng)選擇等四個方面研究并設(shè)計了計算機(jī)冗余系統(tǒng)總體方案。結(jié)合TMR運(yùn)動控制計算機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)制，提出了從系統(tǒng)的冗余管理、系統(tǒng)的可靠性和安全性分析以及TMR運(yùn)動控制計算機(jī)系統(tǒng)的實驗驗證三個方面來實施設(shè)計方案。

3、　　針對系統(tǒng)的冗余管理，依據(jù)冗余管理方案的設(shè)計原則提出了冗余管理方案；在方案中，針對冗余系統(tǒng)的任務(wù)同步問題，設(shè)計了任務(wù)同步方案，該方案采用基于任務(wù)檢測點(diǎn)的同步算法，可以實現(xiàn)冗余系統(tǒng)的初始化同步、輸入同步和輸出同步；針對處理器故障和輸出接口故障設(shè)計了處理器故障的心跳檢測算法和輸出接口故障的比較監(jiān)控檢測算法；針對冗余系統(tǒng)的表決輸出問題，提出了改進(jìn)的基于歷史信息的“三取二”表決算法，設(shè)計了冗余系統(tǒng)工作在三模冗余狀態(tài)以及降級之后的表決算法流程圖

4、。
　　為驗證設(shè)計方案的合理性，對TMR運(yùn)動控制計算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行可靠性和安全性評估。通過建立馬爾可夫狀態(tài)轉(zhuǎn)移模型，得出TMR運(yùn)動控制計算機(jī)系統(tǒng)的可靠度和安全度表達(dá)式，然后針對表達(dá)式中的三個重要參數(shù)：失效率、故障覆蓋率和系統(tǒng)運(yùn)行時間，假定失效率一定時，分析對比單機(jī)系統(tǒng)的可靠度與TMR計算機(jī)系統(tǒng)對應(yīng)不同故障覆蓋率時的可靠度；還分析了系統(tǒng)的可靠度和安全度隨故障覆蓋率和系統(tǒng)運(yùn)行時間的變化規(guī)律。
　　為驗證設(shè)計方案的可行性，設(shè)計了故障模