UUV控制系統(tǒng)計算機冗余設計研究.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)境也越來越復雜，因此需要保證UUV具有更高的可靠性。由于冗余技術可以有效提升系統(tǒng)可靠性，并且在國內(nèi)外的無人機及飛行控制計算機系統(tǒng)已得到廣泛應用，但是，其在UUV上的應用依然比較少見，主要因為UUV受體積、重量等的限制比較嚴格，所以將冗余技術應用于UUV控制系統(tǒng)計算機仍是很具挑戰(zhàn)性的研究課題。本文以研究能滿足于高可靠性系統(tǒng)的冗余技術為基本立足點，設計一種應用于UUV控制系統(tǒng)的TMR（

2、Triple Modular Redundancy）運動控制計算機系統(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)運動控制計算機系統(tǒng)的冗余設計原則，從冗余結構設計、硬件設計、通信鏈路設計以及軟件系統(tǒng)選擇等四個方面研究并設計了計算機冗余系統(tǒng)總體方案。結合TMR運動控制計算機系統(tǒng)的結構特點以及系統(tǒng)的運行機制，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運動控制計算機系統(tǒng)的實驗驗證三個方面來實施設計方案。

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)的任務同步問題，設計了任務同步方案，該方案采用基于任務檢測點的同步算法，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，提出了改進的基于歷史信息的“三取二”表決算法，設計了冗余系統(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、。
　　為驗證設計方案的合理性，對TMR運動控制計算機系統(tǒng)進行可靠性和安全性評估。通過建立馬爾可夫狀態(tài)轉移模型，得出TMR運動控制計算機系統(tǒng)的可靠度和安全度表達式，然后針對表達式中的三個重要參數(shù)：失效率、故障覆蓋率和系統(tǒng)運行時間，假定失效率一定時，分析對比單機系統(tǒng)的可靠度與TMR計算機系統(tǒng)對應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)運行時間的變化規(guī)律。
　　為驗證設計方案的可行性，設計了故障模