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

機電管理計算機構(gòu)型

該典型機電管理計算機采用同構(gòu)型的A、B雙通道設(shè)計，實現(xiàn)雙余度構(gòu)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(shù)據(jù)鏈）實現(xiàn)數(shù)據(jù)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(zhí)行計算和調(diào)度功能，每個CPU功能模塊執(zhí)行每個通道所需的數(shù)學(xué)運算和邏輯運算，獨立完成每個通道的控制和管理；執(zhí)行自測試和本通道其他功能模塊的檢測，并監(jiān)控另一通道的健康狀態(tài)。CCDL功能模塊通過FPGA實現(xiàn)雙通道之間的數(shù)據(jù)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(shè)備的總線通信。

雙余度設(shè)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(jìn)行同步，采用軟硬件結(jié)合的方式實現(xiàn)。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(nèi)若獲取到對方通道輸入的“低”，再輸出一個“高”，在一定時間內(nèi)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(jìn)行。周期同步是在每個基本周期開始之前進(jìn)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(jìn)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(shù)據(jù)傳輸策略每個通道通過CCDL可以獲取對方通道的總線數(shù)據(jù)，對于總線數(shù)據(jù)發(fā)送，結(jié)合是否為主控通道、能否正確獲取對方通道數(shù)據(jù)來確定發(fā)送數(shù)據(jù)；對于總線數(shù)據(jù)接收，結(jié)合是否為主控通道、能否正確接收本通道數(shù)據(jù)、能否正確獲取對方通道數(shù)據(jù)來確定接收數(shù)據(jù)。健康管理每個通道會對自身資源進(jìn)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(jié)果，并通過CCDL可以獲取對方通道的自測試結(jié)果。根據(jù)兩個通道的自測試結(jié)果進(jìn)行表決，可以確定主備通道，并能夠?qū)崿F(xiàn)內(nèi)部資源重組。

結(jié)束語

采用余度構(gòu)型的機電綜合管理系統(tǒng)是提高機電系統(tǒng)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(wù)可靠性和安全性，通過試驗結(jié)果表明，該設(shè)計能較好地完成機電綜合管理系統(tǒng)的任務(wù)，將是以后機電綜合管理技術(shù)發(fā)展的方向。該設(shè)計技術(shù)也可應(yīng)用于其他機載計算機的設(shè)計中。

作者：吳麗媛 王偉 單位：中國直升機設(shè)計研究所