UUV控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)冗余設(shè)計(jì)研究.pdf

1、隨著人們對(duì)UUV的性能和功能要求越來(lái)越高，UUV工作的環(huán)境也越來(lái)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(guó)內(nèi)外的無(wú)人機(jī)及飛行控制計(jì)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(jiàn)，主要因?yàn)閁UV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(jì)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(jì)一種應(yīng)用于UUV控制系統(tǒng)的TMR（

2、Triple Modular Redundancy）運(yùn)動(dòng)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
　　根據(jù)UUV控制系統(tǒng)現(xiàn)在以及未來(lái)的實(shí)際需求，依據(jù)運(yùn)動(dòng)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的冗余設(shè)計(jì)原則，從冗余結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、通信鏈路設(shè)計(jì)以及軟件系統(tǒng)選擇等四個(gè)方面研究并設(shè)計(jì)了計(jì)算機(jī)冗余系統(tǒng)總體方案。結(jié)合TMR運(yùn)動(dòng)控制計(jì)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(dòng)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證三個(gè)方面來(lái)實(shí)施設(shè)計(jì)方案。

3、　　針對(duì)系統(tǒng)的冗余管理，依據(jù)冗余管理方案的設(shè)計(jì)原則提出了冗余管理方案；在方案中，針對(duì)冗余系統(tǒng)的任務(wù)同步問(wèn)題，設(shè)計(jì)了任務(wù)同步方案，該方案采用基于任務(wù)檢測(cè)點(diǎn)的同步算法，可以實(shí)現(xiàn)冗余系統(tǒng)的初始化同步、輸入同步和輸出同步；針對(duì)處理器故障和輸出接口故障設(shè)計(jì)了處理器故障的心跳檢測(cè)算法和輸出接口故障的比較監(jiān)控檢測(cè)算法；針對(duì)冗余系統(tǒng)的表決輸出問(wèn)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(jì)了冗余系統(tǒng)工作在三模冗余狀態(tài)以及降級(jí)之后的表決算法流程圖

4、。
　　為驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的合理性，對(duì)TMR運(yùn)動(dòng)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行可靠性和安全性評(píng)估。通過(guò)建立馬爾可夫狀態(tài)轉(zhuǎn)移模型，得出TMR運(yùn)動(dòng)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的可靠度和安全度表達(dá)式，然后針對(duì)表達(dá)式中的三個(gè)重要參數(shù)：失效率、故障覆蓋率和系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間，假定失效率一定時(shí)，分析對(duì)比單機(jī)系統(tǒng)的可靠度與TMR計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)不同故障覆蓋率時(shí)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(shí)間的變化規(guī)律。
　　為驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的可行性，設(shè)計(jì)了故障模