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《南京航空航天大学》 2017年
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无人机容错飞行控制系统关键技术研究

吕迅竑  
【摘要】:近年来,无人机在军用、民用领域得到了前所未有的重视。无人机应用越来越广,功能越来越强,对飞行控制系统的安全、可靠性要求也越来越高。提高飞行控制系统的可靠性,可以从两个方面来实现:一方面提高系统硬件和软件的可靠性,使系统在高可靠的平台上运行;另一方面,使用容错控制律,使系统不仅在正常情况下达到满意的控制性能,在故障或损伤情况下,能够依据故障特性和损伤特性改变控制策略,通过重构或重组保证系统的稳定性,使系统保持可接受的性能。居于此,本论文对无人机容错飞行控制计算机硬件余度技术及容错控制技术进行研究。(1)对容错飞行控制计算机安全可靠性、实时性、维护性等设计需求进行分析,说明无人机容错飞控计算机的设计特点;对典型的军用、民用、无人机的容错飞行控制计算机体系结构进行研究,阐述了针对不同需求设计的系统架构的特点及关键余度管理算法;总结了容错飞行控制计算机随科技进步的发展趋势。在此基础上,提出一种基于FlexRay串行总线的分布式三模余飞控计算机系统(FDTMR-FCCS)架构,FlexRay总线既是单通道计算机的背板总线,也是3个通道计算机的交叉数据互联总线。可靠性分析表明FDTMR-FCCS的可靠性高于传统的三模余计算机。(2)针对FDTMR-FCCS设计了拜占庭故障检测逻辑,利用FDTMR-FCCS的结构特点,使系统在使用口头协议的情况下,用3台计算机抑制1个拜占庭故障。此外,提供成员管理服务提高通信系统的一致性。使用一种分级数据交叉传输方法降低拜占庭故障检测的数据通信量,确保系统的实时性。给出了FlexRay关键参数的设定、数据帧及任务的调度方法。静态数据帧负荷段长度通过最大化带宽利用率获取,代价函数考虑了信息的传输频率。FlexRay系统工作于同步方式,使用多任务并行调度方法实现信息及任务调度,降低了同步调度的难度,提高了系统的扩展能力。对每个数据帧标号(FID)设置一个周期调度表,使得不同的数据帧可以共用一个FID,从而减少了FID的分配。(3)针对某型无人机,研制了FDTMR-FCCS原理样机,并在XX型无人机半物理仿真测试系统中进行了仿真及测试,验证了设计方法的可行性和实用性。(4)对已在飞行试验或高可信仿真试验中验证的重构飞行控制方法进行研究,对参数在线辨识、神经网络、动态逆、模型预测控制方法的原理、研究成果、验证项目、潜在优点和缺点等进行了说明。研究了无动力无人飞行器进场着陆段结构损伤及舵面卡死下的重构飞行控制器,该控制器包含一个反演轨迹控制器和一个动态逆内环控制器,逆模型使用线性化模型,用神经网络在线补偿逆模型的误差。针对轨道飞行器进行仿真,高可信度仿真试验表明,该控制系统在舵面卡死及机翼损伤的情况下,可以保持系统纵向稳定,满足安全着陆的要求。
【学位授予单位】:南京航空航天大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:V279;V249.1

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前9条
1 龚志鹏;陈特放;邹复民;陈意军;陈军根;;基于FlexRay静态段快速最优调度算法[J];电子与信息学报;2015年05期
2 龚志鹏;陈特放;邹复民;陈意军;李延平;;基于AUTOSAR的FlexRay动态段调度[J];电子学报;2015年01期
3 章勇;陈欣;吕迅竑;;基于FlexRay网络的飞行控制计算机总线通信系统[J];机械设计与制造工程;2013年03期
4 谢勇;李仁发;阮华斌;彭鑫;;最优的FlexRay静态段配置算法[J];通信学报;2012年11期
5 王刚;荣健;丁天宝;;FlexRay网络静态段时间参数优化[J];西南交通大学学报;2012年02期
6 张增安;陈欣;吕迅竑;;一种用于无人机的分布式飞行控制系统设计[J];计算机系统应用;2010年08期
7 秦旭东;陈宗基;李卫琪;;大型民机的非相似余度飞控计算机研究[J];航空学报;2008年03期
8 陈宗基,秦旭东,高金源;非相似余度飞控计算机[J];航空学报;2005年03期
9 ;Fault-tolerant Control Systems-An Introductory Overview[J];自动化学报;2005年01期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 章卫国;刘小雄;;解析余度技术研究与应用综述[A];中国航空学会控制与应用第十二届学术年会论文集[C];2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 刘路;无人机余度飞行控制软件设计与研究[D];南京航空航天大学;2011年
2 刘小雄;高空长航时无人机飞行控制计算机系统冗余设计技术研究[D];西北工业大学;2004年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 黄波;曹帮林;张福鑫;陈伟;;一种三模混合冗余总线控制系统设计研究[J];航天控制;2015年06期
2 南英;陈昊翔;杨毅;吕开妮;;现代主要控制方法的研究现状及展望[J];南京航空航天大学学报;2015年06期
3 王跃飞;张恒;张亚生;刘红军;;汽车FlexRay网络静态段帧封装机制研究[J];中国机械工程;2015年22期
4 刘樑骄;谢国琪;李仁发;杨柳;谢勇;;通信竞争的混合关键级系统多DAG动态调度策略[J];计算机研究与发展;2015年11期
5 黄亚龙;季爱明;;FlexRay网络静态段参数设计优化[J];测控技术;2015年10期
6 刘艺涛;;现代飞机作动系统余度设计和维修性分析[J];机床与液压;2015年16期
7 赖雄鸣;苏健航;余艳群;王成;张勇;言兰;黄河;;前起落架转弯操纵系统设计及其余度控制技术研究[J];机械设计;2015年06期
8 吴祥;王玮;许东辉;;基于AUTOSAR规范的车载FlexRay Nm研究[J];汽车科技;2015年03期
9 殷斌;陆熊;陶想林;;非相似三余度飞控计算机设计和可靠性分析[J];测控技术;2015年05期
10 张锐;赵博龙;索晓杰;;余度飞行控制计算机的组成架构分析[J];航空计算技术;2015年02期
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 潘家伟;水槽泥石流实验巨石运移姿态检测系统设计[D];成都理工大学;2018年
2 包国宁;无人机余度飞行控制系统研究[D];厦门大学;2017年
3 范影;多CPU负荷分担式飞行控制软件设计技术研究[D];南京航空航天大学;2017年
4 刘利加;基于FlexRay的主从式容错飞控计算机软件设计[D];南京航空航天大学;2017年
5 茹毅;飞车控制系统的研究与设计[D];北京工业大学;2016年
6 李妍;基于FlexRay总线飞行控制计算机核心单元设计[D];南京航空航天大学;2016年
7 陈军花;基于FlexRay的三余度飞行控制计算机设计[D];南京航空航天大学;2016年
8 赵庆涛;多传感器移动机器人姿态测控系统完好性检测研究与实现[D];南京航空航天大学;2016年
9 陈望舒;无人机舵机伺服系统的故障诊断和冗余技术[D];南京航空航天大学;2015年
10 李志顺;基于VxWorks的检查点容错技术研究[D];吉林大学;2014年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 罗成;谢维信;;传感器网络拥塞避免与控制的模糊AQM算法[J];电子学报;2014年04期
2 王聪;张凤荔;王瑞锦;李敏;杨晓翔;;一种网络时延矩阵分布式自适应重建算法[J];电子与信息学报;2014年04期
3 徐超;何炎祥;陈勇;刘健博;吴伟;李清安;;一种多核系统可靠性加强的任务调度方法[J];电子学报;2013年05期
4 郝海青;马航;庄健;;新型复杂进化全局优化算法的研究[J];电子学报;2013年04期
5 叶芃;曾浩;田书林;向川云;潘卉青;王厚军;;一种高速并行采样实时校正方法研究[J];电子学报;2013年01期
6 王琴;陈欣;吕迅竑;;基于FlexRay总线的无人机飞行控制计算机[J];兵工自动化;2011年12期
7 谢轶群;李仁发;王蓉;谢勇;;基于车用FlexRay网络的应用原型系统[J];计算机工程;2011年23期
8 张志文;陈欣;吕迅竑;;一种分布式结构飞行控制计算机内部总线节点设计[J];电子技术应用;2011年11期
9 王刚;丁天宝;荣健;张卓;吕轶斌;;FlexRay网络中带宽利用率的理论研究[J];计算机应用;2011年10期
10 赵睿;秦贵和;范铁虎;;FlexRay通信协议的总线周期优化[J];计算机应用研究;2010年10期
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张增安;无人机容错飞行控制计算机的设计研究[D];南京航空航天大学;2010年
2 周月平;无人机余度飞行控制软件的设计与研究[D];南京航空航天大学;2010年
3 曲建清;无人机自动起飞/着陆控制律和控制逻辑设计[D];南京航空航天大学;2009年
4 王丽丽;无人机余度飞行控制计算机关键技术研究[D];南京航空航天大学;2009年
5 袁果;三模冗余系统中的同步研究[D];西南交通大学;2008年
6 梁葆华;移动式自动检测系统模拟量接口单元设计研究[D];南京航空航天大学;2008年
7 张兵;移动式自动检测系统中央处理器单元设计研究[D];南京航空航天大学;2008年
8 马秋瑜;无人机飞控系统实时余度软件设计[D];西北工业大学;2007年
9 林成文;机载软件图形化设计与自动代码生成研究[D];西北工业大学;2007年
10 杨林芳;无人机容错飞行控制系统研究[D];南京航空航天大学;2007年
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1 杜恒;;基于足球比赛路径规划的农用无人机定位和导航研究[J];农机化研究;2019年10期
2 问延安;蒋倩;;智慧监管:民用无人机企业监管的路径选择[J];长沙航空职业技术学院学报;2018年04期
3 卢俊文;王倩营;;无人机演变与发展研究综述[J];飞航导弹;2017年11期
4 ;反辐射无人机 天生雷达杀手[J];今日科苑;2017年07期
5 W.HK;;贵飞“鹞鹰”无人机系统完成首次实时巡查出警任务[J];军民两用技术与产品;2017年11期
6 姚思浩;;无人机的发展现状与趋势[J];电子制作;2018年01期
7 周超;向绪友;钟旭;贺艺;;无人机在农业中的应用及展望[J];湖南农业科学;2017年11期
8 金浩波;;无人机侦查之兴起与规制[J];铁道警察学院学报;2017年05期
9 杨健;程程;;无人机——从远古的飞翔梦想到现代的空天使者[J];科技中国;2017年10期
10 林鹰;;车载无人机快递系统[J];交通与运输;2017年06期
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1 黄兆麒;关万隆;李嘉伟;;无人机在边境管控中的应用研究[A];2017年(第三届)中国航空科学技术大会论文集(下册)[C];2017年
2 王志广;张春元;康东轩;;中继式无人机自组网方案设计[A];OSEC首届兵器工程大会论文集[C];2017年
3 杨光;王振宇;;无人机用活塞发动机质量与可靠性标准规范[A];质量管理体系评估最佳实践论文集[C];2017年
4 朱德铭;蔚文杰;;推进无人机装备保障科学发展的思考[A];航空装备维修技术及应用研讨会论文集[C];2015年
5 颜春艳;勉力财;张九民;;无人机系统用户技术资料体系研究[A];航空装备维修技术及应用研讨会论文集[C];2015年
6 王振宇;;航母无人机系统技术发展研究[A];航空装备维修技术及应用研讨会论文集[C];2015年
7 ;前言[A];2014(第五届)中国无人机大会论文集[C];2014年
8 祖先锋;李猛;韩玉芹;陈璞;;军用无人机系统计量保障体系研究[A];2014(第五届)中国无人机大会论文集[C];2014年
9 丁照蕾;刘泽勋;;美国无人机系统控制模块架构[A];2014(第五届)中国无人机大会论文集[C];2014年
10 顾天一;陈云翔;张磊;;基于环境的无人机数据链效能评估[A];2014(第五届)中国无人机大会论文集[C];2014年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 姚天宇;中国无人机将成世界市场“捕食者”[N];中国航天报;2016年
2 李大光 李晨;追赶世界一流的中国无人机[N];中国青年报;2011年
3 本报记者 王玉东;极飞科技助农业数字化成效显著[N];农资导报;2018年
4 本报记者 王建鹏;极飞科技点燃“农业飞翔”梦想[N];中国农机化导报;2018年
5 莱文;推动我国无人机产业高质量发展[N];中国质量报;2018年
6 中国青年报·中青在线记者 崔丽;无人机国家队列阵 “翼龙”凌空展翼[N];中国青年报;2018年
7 记者 常斐;中航(成都)无人机系统股份有限公司揭牌成立[N];成都日报;2018年
8 本报记者 叶青 通讯员 肖玲;有了这个门槛 无人机产业“飞”得更高[N];科技日报;2019年
9 子铎;变革融合 驭“龙”高飞[N];中国航空报;2018年
10 航空工业沈阳所 岳智敏 张健;航母舰载无人机的发展与关键技术[N];中国航空报;2017年
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1 孟凡琨;无人机目标跟踪与避障研究[D];长安大学;2018年
2 王勋;基于拟态物理学的无人机编队控制与重构方法研究[D];国防科学技术大学;2016年
3 薛武;无人机影像定位优化技术研究[D];战略支援部队信息工程大学;2017年
4 邓海强;翼身融合布局无人机总体多学科设计优化研究[D];南京航空航天大学;2017年
5 徐淑芳;基于连通性的无人作战网络关键技术研究[D];南京航空航天大学;2017年
6 吕迅竑;无人机容错飞行控制系统关键技术研究[D];南京航空航天大学;2017年
7 裴信彪;新型多旋翼无人机的低成本组合导航与稳定控制[D];中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所);2018年
8 邱东海;无人机起降滑跑与减振缓冲关键技术研究[D];中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所);2018年
9 徐福祥;基于无人机及多源数据的黄海绿潮监测研究[D];中国科学院大学(中国科学院烟台海岸带研究所);2018年
10 朱小宁;航空物探无人机飞行姿态测量技术研究[D];吉林大学;2018年
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1 范浩楠;基于声波信号的室内无人机定位研究[D];西北大学;2018年
2 陈亚锋;无人机飞行数据实时异常检测系统研制[D];哈尔滨工业大学;2017年
3 任一可;我国民用无人机法律规制问题研究[D];西北大学;2018年
4 冯雪峰;无人机单镜头倾斜摄影测量的精度研究[D];华北理工大学;2018年
5 李红阳;基于无人机摄影测量技术的土地调查方法研究[D];华北理工大学;2018年
6 滕腾;CCS项目中CO_2泄露风险的无人机遥感监测响应研究[D];西北大学;2018年
7 鲁佳隽(Lucian);无人机河道巡检系统设计与实现[D];南京师范大学;2018年
8 耿路;基于海情的掠海无人机RCS问题研究[D];南京师范大学;2018年
9 吕梦;无人机在高速公路边坡日常养护巡查的应用研究[D];长安大学;2018年
10 刘强军;基于FPGA的无人机惯性导航算法研究与电路设计[D];哈尔滨工业大学;2017年
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