本文關鍵詞：小型無人機負荷分擔式容錯飛行控制軟件設計

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【摘要】：隨著小型無人機應用日益廣泛、功能日趨復雜,飛行控制系統(tǒng)的規(guī)模和復雜度不斷提高,飛行控制軟件的可靠性面臨著嚴峻挑戰(zhàn),針對系統(tǒng)小型化結構特點,設計一種具有高可靠性的飛行控制軟件,對無人機飛行任務的順利完成至關重要。本文在具有高集成度嵌入式雙處理器飛行控制計算機平臺上,設計開發(fā)負荷分擔式雙機容錯飛行控制軟件,以提高飛行控制系統(tǒng)的可靠性。首先,根據(jù)系統(tǒng)硬件資源配置和軟件開發(fā)環(huán)境,結合飛行控制軟件功能需求,提出了總體設計方案,并采用分層模塊化設計思想,完成了軟件總體結構設計、功能模塊劃分和雙機任務分配。其次,在綜合考慮軟件功能需求和性能要求基礎上,設計開發(fā)了遙控遙測、數(shù)據(jù)融合、導航制導、控制律解算、控制輸出和雙機通信等功能模塊,并采用軟總線架構對各功能模塊進行統(tǒng)一調度和管理,實現(xiàn)了軟件飛行控制和飛行管理功能;在此基礎上通過雙機故障檢測,設計故障診斷、故障處理和系統(tǒng)重構策略,實現(xiàn)了軟件容錯功能。再次,在軟件功能設計實現(xiàn)基礎上,結合Vx Works多任務調度機制,進行了飛行控制軟件任務劃分和優(yōu)先級分配,確定了任務調度策略、任務間通訊和同步機制,并針對多任務環(huán)境下存在的資源訪問沖突問題提出了相應的解決方案。最后,在半物理仿真環(huán)境下對軟件功能進行仿真驗證,結果表明負荷分擔式飛行控制軟件滿足飛行控制、飛行管理和容錯功能要求,具有較高的可靠性。
【關鍵詞】：小型無人機 雙處理機 負荷分擔 故障檢測 容錯
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V249.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 注釋表13-14
• 第一章 緒論14-22
• 1.1 引言14-16
• 1.2 課題研究背景及意義16-17
• 1.3 國內外研究現(xiàn)狀17-21
• 1.3.1 小型無人機飛行控制系統(tǒng)研究現(xiàn)狀17-18
• 1.3.2 雙機容錯系統(tǒng)研究現(xiàn)狀18-20
• 1.3.3 飛行控制軟件開發(fā)模式20-21
• 1.4 本文研究內容以及章節(jié)安排21-22
• 第二章 飛行控制軟件方案設計22-33
• 2.1 引言22
• 2.2 軟件運行環(huán)境22-25
• 2.2.1 硬件資源配置22-24
• 2.2.2 軟件開發(fā)環(huán)境24-25
• 2.3 軟件需求分析25-28
• 2.3.1 飛行控制功能25-26
• 2.3.2 飛行管理功能26
• 2.3.3 容錯功能26-27
• 2.3.4 軟件性能分析27-28
• 2.4 軟件結構設計28-32
• 2.4.1 總體結構設計28-30
• 2.4.2 功能模塊劃分30-31
• 2.4.3 雙機任務分配31-32
• 2.5 本章小結32-33
• 第三章 飛行控制軟件功能模塊設計33-57
• 3.1 引言33
• 3.2 軟總線結構分析33-38
• 3.2.1 軟總線簡介33
• 3.2.2 系統(tǒng)資源管理33-36
• 3.2.3 功能模塊調度關系分析36-38
• 3.3 功能模塊設計38-52
• 3.3.1 遙控遙測模塊38-41
• 3.3.2 數(shù)據(jù)融合模塊41-42
• 3.3.3 導航制導模塊42-47
• 3.3.4 控制律解算模塊47-49
• 3.3.5 控制輸出模塊49-50
• 3.3.6 雙機通信模塊50-52
• 3.3.7 容錯管理模塊52
• 3.4 功能模塊動態(tài)管理52-56
• 3.4.1 功能模塊基本操作53-54
• 3.4.2 功能模塊遷移54-56
• 3.5 本章小結56-57
• 第四章 容錯策略設計57-72
• 4.1 引言57
• 4.2 任務階段劃分57-61
• 4.2.1 系統(tǒng)初始化階段57-58
• 4.2.2 雙機配合階段58-59
• 4.2.3 系統(tǒng)重組階段59-60
• 4.2.4 單機運行階段60
• 4.2.5 任務階段轉換關系60-61
• 4.3 故障檢測61-65
• 4.3.1 系統(tǒng)故障基本類型61-62
• 4.3.2 處理機自檢測62-63
• 4.3.3 雙機互檢測63-64
• 4.3.4 通信狀態(tài)檢測64-65
• 4.4 故障診斷與處理65-69
• 4.4.1 故障處置策略65-67
• 4.4.2 雙機任務切換67-69
• 4.5 關鍵問題分析69-71
• 4.5.1 系統(tǒng)死鎖69
• 4.5.2 雙機同步69-71
• 4.6 本章小結71-72
• 第五章 任務調度分析與設計72-84
• 5.1 引言72
• 5.2 飛行控制軟件多任務劃分72-74
• 5.2.1 任務劃分規(guī)則72
• 5.2.2 軟件任務劃分72-74
• 5.3 任務優(yōu)先級設計74-76
• 5.3.1 任務優(yōu)先級設計一般方法74
• 5.3.2 軟件任務優(yōu)先級分配74-76
• 5.4 任務調度策略研究76-80
• 5.4.1 VxWorks任務調度策略76-77
• 5.4.2 任務狀態(tài)與狀態(tài)轉換77-78
• 5.4.3 飛行控制軟件任務管理與調度78-80
• 5.5 資源訪問控制策略80-83
• 5.5.1 資源訪問控制80
• 5.5.2 互斥資源訪問機制及特點分析80-82
• 5.5.3 飛行控制軟件資源訪問控制策略82-83
• 5.6 本章小結83-84
• 第六章 軟件測試與仿真驗證84-98
• 6.1 引言84
• 6.2 半物理仿真環(huán)境構建84-85
• 6.3 系統(tǒng)實時性測試85-88
• 6.3.1 中斷響應時間測試85-86
• 6.3.2 任務切換時間測試86-87
• 6.3.3 任務負荷測試87-88
• 6.4 飛行控制軟件功能驗證88-97
• 6.4.1 飛行控制功能驗證88-92
• 6.4.2 飛行管理功能驗證92-93
• 6.4.3 容錯功能驗證93-97
• 6.5 本章小結97-98
• 第七章 總結與展望98-100
• 7.1 本文研究工作總結98-99
• 7.2 后續(xù)工作展望99-100
• 參考文獻100-103
• 致謝103-104
• 在學期間的研究成果及發(fā)表的學術論文104

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本文編號：820402