[go: up one dir, main page]

RU208237U1 - Analog-to-digital aircraft flight control computer - Google Patents

Analog-to-digital aircraft flight control computer Download PDF

Info

Publication number
RU208237U1
RU208237U1 RU2021124166U RU2021124166U RU208237U1 RU 208237 U1 RU208237 U1 RU 208237U1 RU 2021124166 U RU2021124166 U RU 2021124166U RU 2021124166 U RU2021124166 U RU 2021124166U RU 208237 U1 RU208237 U1 RU 208237U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
module
processors
analog
computing
aircraft
Prior art date
Application number
RU2021124166U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Анатольевич Маскин
Сергей Георгиевич Милкин
Николай Александрович Недовесов
Анна Юрьевна Никитичева
Александр Константинович Саморуков
Дмитрий Александрович Селезнев
Original Assignee
Акционерное общество "Конструкторское бюро промышленной автоматики" (АО "КБПА")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Конструкторское бюро промышленной автоматики" (АО "КБПА") filed Critical Акционерное общество "Конструкторское бюро промышленной автоматики" (АО "КБПА")
Priority to RU2021124166U priority Critical patent/RU208237U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU208237U1 publication Critical patent/RU208237U1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Safety Devices In Control Systems (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к области авиационного приборостроения и может быть использована в отказобезопасных системах автоматического управления летательных аппаратов (ЛА), например, вертолетов и самолетов гражданской и военной авиации общего назначения, выполняя функцию центрального вычислителя режимов полета. Технический результат - комплексирование информации-сигналов различной этимологии, как аналоговых, так и цифровых, от внешних информационных систем, и возможность побитного сравнения результатов вычислений каждого из вычислительных процессоров. Технический результат достигается вычислителем управления полетом ЛА аналого-цифровым, содержащим двухканальный модуль вычислительный (МВ), модуль последовательного обмена (МПО), выполняющий функцию приема и выдачи сигналов цифрового интерфейса, снабженный вычислительным процессором, модуль аналогового интерфейса (МАИ), выполняющий функцию приема и выдачи аналоговых сигналов, снабженный вычислительным процессором. Модуль МВ содержит два вычислительных процессора и выполняет функцию центрального вычислительного ядра. Процессоры модулей МВ, МПО и МАИ объединены синхронным последовательным интерфейсом, а каждый из модулей МПО и МАИ формируют два независимых разнородных канала поступления информации от своих процессоров в каждый из процессоров МВ, необходимой для управления полетом ЛА. 1 ил.The utility model relates to the field of aviation instrumentation and can be used in fail-safe automatic control systems for aircraft (LA), for example, helicopters and general-purpose civil and military aircraft, acting as a central flight mode computer. EFFECT: aggregation of information-signals of various etymologies, both analog and digital, from external information systems, and the possibility of bitwise comparison of the calculation results of each of the computing processors. The technical result is achieved by an analog-to-digital aircraft flight control computer containing a two-channel computing module (MC), a serial exchange module (SME) that performs the function of receiving and issuing digital interface signals, equipped with a computer processor, an analog interface module (MAI) that performs the function of receiving and issuance of analog signals, equipped with a computing processor. The MB module contains two computing processors and performs the function of a central computing core. The processors of the MV, MPO and MAI modules are united by a synchronous serial interface, and each of the MPO and MAI modules form two independent heterogeneous channels for the receipt of information from their processors to each of the MV processors necessary to control the flight of the aircraft. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к области авиационного приборостроения и может быть использована в отказобезопасных системах автоматического управления летательных аппаратов (ЛА), например, вертолетов и самолетов гражданской и военной авиации общего назначения, выполняя функцию центрального вычислителя режимов полета.The utility model relates to the field of aviation instrumentation and can be used in fail-safe automatic control systems for aircraft (AC), for example, helicopters and general-purpose civil and military aircraft, performing the function of a central computer for flight modes.

Известна компьютерная аппаратная система управления полетом беспилотного самолета, содержащая модуль минимальной системы DSP и модуль обработки аналоговых сигналов, модуль ввода/вывода цифровых сигналов, модуль вывода D/A и модуль последовательной связи, электрически соединенный с модулем минимальной системы DSP; аппаратная система также содержит модуль высоты давления воздуха, модуль системы направления и ориентации с ограниченным доступом и расширенный модуль сегнетоэлектрической памяти, электрически соединенный с модулем последовательной связи. Минимальный системный модуль DSP питается от микросхемы с двойным питанием TPS767D301. Аппаратная система управления полетом беспилотного самолета использует DSP в качестве ядра обработки. Компьютер управления полетом имеет небольшие размеры и обладает широкими возможностями автономной навигации и может быть легко установлен в кабине управления беспилотным самолетом. Компьютерная система управления полетом беспилотного самолета имеет легкий вес, может снизить общий вес беспилотного самолета, тем самым улучшая нагрузку на выполнение задания (см. патент на изобретение № CN107561957, МПК G 05B 19/042, опубл.09.01.2018 г.).Known computer hardware flight control system of an unmanned aircraft, containing a minimum DSP system module and an analog signal processing module, an input / output digital signal module, a D / A output module and a serial communication module electrically connected to the minimum DSP system module; the hardware system also contains an air pressure altitude module, a restricted access guidance and attitude control module, and an extended ferroelectric memory module electrically connected to the serial communication module. The minimum system DSP module is powered by the TPS767D301 dual power IC. The hardware flight control system of the unmanned aircraft uses DSP as the processing core. The flight control computer is small and has extensive autonomous navigation capabilities and can be easily installed in the cockpit of an unmanned aircraft. The computer flight control system of an unmanned aircraft is lightweight, it can reduce the total weight of an unmanned aircraft, thereby improving the load on the task (see patent for invention No. CN107561957, IPC G 05B 19/042, publ. 09.01.2018).

Основным недостатком системы является ее недостаточная надежность, снижающая, в свою очередь, безопасность полета ЛА. Это обусловлено отсутствием контроля за корректностью выдаваемого на выходе управляющего сигнала и возможностью выдачи заведомо некорректного управляющего сигнала, а также отсутствием защиты от неконтролируемого отказа, т.е. такого вида отказов, факт возникновения и причина возникновения которых не определяются системами контроля. Частным случаем такого вида отказа является невозможность оперативного установления в случае выдачи некорректного сигнала источника такого сигнала, а именно до входа в аппаратную систему управления полетом или в ней самой, что также негативно влияет на ремонтопригодность системы и усложняет такие работы.The main disadvantage of the system is its insufficient reliability, which, in turn, reduces the flight safety of the aircraft. This is due to the lack of control over the correctness of the control signal issued at the output and the possibility of issuing a deliberately incorrect control signal, as well as the lack of protection against uncontrolled failure, i.e. such type of failures, the fact of occurrence and the cause of occurrence of which are not determined by control systems. A particular case of this type of failure is the impossibility of promptly establishing the source of such a signal if an incorrect signal is issued, namely, before entering the flight control hardware system or in it itself, which also negatively affects the maintainability of the system and complicates such work.

Известна также система управления полетом летательного аппарата имеющая согласующее устройство, снабженное контроллером, содержащим аналоговые и цифровые модули приема и выдачи сигналов. Входная часть согласующего устройства взаимодействует с выходной частью системы автопилота, а выходная часть согласующего устройства взаимодействует с входной частью системы автопилота. Контроллер содержит блоки преобразования для преобразования другого формата заданного значения, т.е. цифрового заданного значения, в прежний формат другого заданного значения, т.е. аналогового заданного значения (см. патент на изобретение № FR2939214, МПК G 05D 1/10, опубл.04.06.2010 г.).Also known is a flight control system of an aircraft having a matching device equipped with a controller containing analog and digital modules for receiving and issuing signals. The input part of the matching device interacts with the output part of the autopilot system, and the output part of the matching device interacts with the input part of the autopilot system. The controller contains conversion blocks for converting a different setpoint format, i.e. a digital setpoint, to the old format of another setpoint, i.e. analog setpoint (see patent for invention No. FR2939214, IPC G 05D 1/10, publ. 04.06.2010).

В известной системе управления полетом ЛА также отсутствует механизм должного контроля за корректностью выходного сигнала и правильностью обработки входящих сигналов от систем ЛА. Это негативно влияет на общую надежность системы управления полетом и снижает безопасность полета ЛА. Кроме того, это также приводит к отсутствию защиты от неконтролируемого отказа, снижающего функциональные возможности системы управления полетом.The well-known aircraft flight control system also lacks a mechanism for proper control over the correctness of the output signal and the correct processing of incoming signals from aircraft systems. This negatively affects the overall reliability of the flight control system and reduces the flight safety of the aircraft. In addition, it also results in a lack of protection against uncontrolled failure, reducing the functionality of the flight control system.

Наиболее близким по технической сущности к предложенной полезной модели является известный автопилот для учебно-тренировочного самолета, содержащий вычислитель управления, подключенный первым каналом информационного обмена к сервоприводам руля высоты, элеронов, руля направления и триммера руля высоты, а вторым каналом информационного обмена - к одному или двум многофункциональным индикаторам, комплекту аппаратуры ближней навигации и посадки VOR/ILS/маркерного приемника/автоматического радиокомпаса и радиовысотомеру, взаимодействующей с автопилотом аппаратуры комплекса БРЭО, при этом вычислитель управления выполнен двухканальным и содержит два одновременно работающих и дублирующих друг друга вычислительных модуля с автономными модулями вторичного электропитания, подключенными к самолетной системе электроснабжения постоянного тока с двух бортов, каждый из вычислительных модулей связан с другим вычислительным модулем внутренним каналом информационного обмена по интерфейсу RS-422 и с сервоприводами руля высоты, элеронов, руля направления и триммера руля высоты по двум интерфейсам CAN (ARINC 825) и разовым командам первого канала информационного обмена, а также с датчиками пилотажной и навигационной информации и многофункциональными индикаторами комплекса БРЭО по кодовым линиям связи ARINC 429 и разовым командам второго канала информационного обмена, а электромагнитные муфты сцепления всех сервоприводов запитаны от сети постоянного тока через переключатель на штурвале управления самолета (см. патент РФ на полезную модель № 191643, МПК B 64C 13/16, G05D 1/00, опубл. 14.08.2019 г.).The closest in technical essence to the proposed utility model is a well-known autopilot for a training aircraft, containing a control computer connected by the first information exchange channel to the servos of the elevator, aileron, rudder and elevator trim tab, and the second information exchange channel to one or two multifunctional indicators, a set of equipment for short-range navigation and landing VOR / ILS / marker receiver / automatic radio compass and a radio altimeter interacting with the autopilot of the equipment of the avionics complex, while the control computer is two-channel and contains two simultaneously operating and duplicating computing modules with autonomous secondary modules power supply connected to the aircraft DC power supply system from two aircraft, each of the computing modules is connected to the other computing module by an internal data exchange channel via the RS-422 interface and with a servo elevator drives, aileron, rudder and elevator trimmer via two CAN interfaces (ARINC 825) and one-time commands of the first communication channel, as well as with flight and navigation information sensors and multifunctional indicators of the avionics complex via ARINC 429 code communication lines and one-time commands the second communication channel, and the electromagnetic clutches of all servos are powered from the DC mains through the switch on the aircraft control wheel (see. RF patent for useful model No. 191643, IPC B 64C 13/16, G05D 1/00, publ. 08/14/2019).

Известный автопилот для учебно-тренировочного самолета выполнен двухканальным и для повышения надежности содержит два одновременно работающих и дублирующих друг друга вычислительных модуля с автономными модулями вторичного электропитания, каждый из которых продолжает работать в штатном режиме при отказе первого. Для формирования выходного сигнала используются среднеарифметические величины, которые вычисляются из расчетов каждого из вычислительного модуля. При этом в случае выхода из строя одного из них, в качестве расчетного показателя используются только результаты вычислений этого работающего модуля. Вместе с тем, вычислительная система известного автопилота не предоставляет возможности проверки корректности выходного вычисления каждого из вычислительных модулей, что приводит к некорректности как среднеарифметической величины при обоих работающих вычислительных модулях, так и в расчетных показателях одного оставшегося в эксплуатации вычислительного модуля в случае выхода из строя другого. Также вычислительная система известного автопилота не предоставляет защиты от неконтролируемого отказа, может допустить значительное перемещение управляющих ЛА элементов по некорректным сигналам и не предоставляет возможность физического отключения линии управления исполнительными механизмами ЛА. Указанные обстоятельства снижают надежность известного автопилота и сужают его функциональные возможности.The known autopilot for a trainer aircraft is designed as two-channel and, to increase reliability, contains two simultaneously operating and duplicating computing modules with autonomous secondary power supply modules, each of which continues to operate in the normal mode if the first fails. To generate the output signal, the arithmetic mean values are used, which are calculated from the calculations of each of the computational module. In this case, in the event of failure of one of them, only the calculation results of this working module are used as a calculated indicator. At the same time, the computing system of the known autopilot does not provide the ability to check the correctness of the output computation of each of the computational modules, which leads to the incorrectness of both the arithmetic mean value with both computational modules working, and in the calculated indicators of one remaining computational module in case of failure of the other. ... Also, the computing system of the known autopilot does not provide protection against uncontrolled failure, can allow significant movement of the aircraft control elements by incorrect signals, and does not provide the possibility of physically disconnecting the control line of the aircraft actuators. These circumstances reduce the reliability of the known autopilot and narrow its functionality.

Задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является повышение надежности вычислителя управления полетом летательного аппарата и расширение его функциональных возможностей за счет обеспечения защиты от неконтролируемого отказа и повышения ремонтопригодности бортовой системы управления полетом в целом.The problem to be solved by the present utility model is to increase the reliability of the flight control computer of the aircraft and expand its functionality by providing protection against uncontrolled failure and improving the maintainability of the onboard flight control system as a whole.

Техническим результатом, достигаемым при решении поставленной задачи, является комплексирование информации-сигналов различной этимологии, как аналоговых, так и цифровых, от внешних информационных систем, и возможность побитного сравнения результатов вычислений каждого из вычислительных процессоров. The technical result achieved when solving the problem is the integration of information-signals of various etymologies, both analog and digital, from external information systems, and the possibility of a bit-by-bit comparison of the results of calculations of each of the computational processors.

Указанный технический результат достигается тем, что в вычислитель управления полетом летательного аппарата аналого-цифровой, содержащий двухканальный модуль вычислительный (МВ), согласно полезной модели, введены модуль последовательного обмена (МПО), выполняющий функцию приема и выдачи сигналов цифрового интерфейса, снабженный вычислительным процессором, модуль аналогового интерфейса (МАИ), выполняющий функцию приема и выдачи аналоговых сигналов, снабженный вычислительным процессором, при этом модуль МВ содержит два вычислительных процессора и выполняет функцию центрального вычислительного ядра, причем процессоры модулей МВ, МПО и МАИ объединены синхронным последовательным интерфейсом, а каждый из модулей МПО и МАИ формируют два независимых разнородных канала поступления информации от своих процессоров в каждый из процессоров МВ, необходимой для управления полетом ЛА.The specified technical result is achieved by the fact that in the analog-to-digital aircraft flight control computer, containing a two-channel computing module (MB), according to the utility model, a serial exchange module (MPO) is introduced, which performs the function of receiving and issuing digital interface signals, equipped with a computing processor, an analog interface module (MAI), which performs the function of receiving and issuing analog signals, equipped with a computing processor, while the MB module contains two computing processors and performs the function of a central computing core, and the processors of the MB, MPO and MAI modules are united by a synchronous serial interface, and each of The MPO and MAI modules form two independent heterogeneous channels for the receipt of information from their processors into each of the MB processors necessary for flight control of the aircraft.

Симметричная архитектура, построенная вокруг ядра - процессоров вычислительного модуля МВ, реализует в себе принципы самоконтролируемой процессорной пары.The symmetric architecture, built around the core - processors of the MB computational module, implements the principles of a self-controlled processor pair.

Под термином «самоконтролируемая процессорная пара» понимается набор из двух процессоров, выполняющих одинаковую прикладную задачу, с возможностью сравнения результатов вычисления каждого из процессоров.The term "self-monitoring processor pair" is understood as a set of two processors performing the same applied task, with the possibility of comparing the calculation results of each of the processors.

При этом ресурсы ввода-вывода располагаются на двух модулях - МПО и МАИ, доступ к которым по синхронному последовательному интерфейсу имеют оба процессора МВ как процессоры самоконтролируемой пары.In this case, the I / O resources are located on two modules - MPO and MAI, which are accessed via a synchronous serial interface by both MV processors as processors of a self-controlled pair.

В процессе обработки и передачи сигнала между модулем последовательного обмена (МПО), выполняющим функцию приема и выдачи сигналов цифрового интерфейса, модулем аналогового интерфейса (МАИ), выполняющим функцию приема и выдачи аналоговых сигналов, и вычислительным модулем, происходит комплексирование (сочетание) информации-сигналов различной этимологии, как аналоговых, так и цифровых после их соответствующей математической обработки (приведения к единому виду) процессором соответствующего модуля, отвечающим за обработку такого сигнала - модуля последовательного обмена (МПО), отвечающего за обработку цифрового сигнала, или модуля аналогового интерфейса (МАИ), отвечающего за обработку аналогового сигнала.In the process of processing and transmitting a signal between the serial exchange module (MPO), which performs the function of receiving and issuing digital interface signals, the analog interface module (MAI), which performs the function of receiving and issuing analog signals, and the computing module, the information-signals are combined (combined) of various etymologies, both analog and digital, after their corresponding mathematical processing (bringing to a single form) by the processor of the corresponding module, which is responsible for processing such a signal - the serial exchange module (MPO), which is responsible for processing the digital signal, or the analog interface module (MAI) responsible for processing an analog signal.

Такое комплексирование необходимо, поскольку сигналы от внешних информационных бортовых систем, таких как датчики основных полетных данных, требуют проверки на достоверность. Сравнение сигналов от систем, измеряющих различные физические параметры и основанных на различных физических принципах действия, при этом формирующих как аналоговые, так и цифровые выходные сигналы, с приведением к общему виду и последующей обработки, позволят избежать использования недостоверной информации в вычислениях и, соответственно, избежать неконтролируемого отказа.This integration is necessary because signals from external onboard information systems, such as basic flight data sensors, require validation. Comparison of signals from systems that measure various physical parameters and are based on different physical principles of operation, while generating both analog and digital output signals, with reduction to a general view and subsequent processing, will avoid the use of unreliable information in calculations and, accordingly, avoid uncontrolled failure.

Развитая система встроенного контроля позволяет контролировать собственную исправность, побитно, т.е. информационными пакетами минимального размера, сравнивая результаты вычислений процессоров МВ, исправность каналов получения данных, также побитно сравнивая значения входных сигналов, как аналоговых, так и цифровых, в процессоры МВ, а также судить об исправности внешних источников информации, что значительно повышает надежность, оперативность реагирования на возникающие некорректные сигналы бортовых систем и систем архитектуры вычислителя управления полетом и снижает вероятность неконтролируемого отказа.A developed system of built-in control allows you to control your own serviceability, bit by bit, i.e. information packets of the minimum size, comparing the results of calculations of the MB processors, the serviceability of the data acquisition channels, also bit by bit comparing the values of the input signals, both analog and digital, to the MB processors, as well as to judge the serviceability of external information sources, which significantly increases the reliability and responsiveness to the emerging incorrect signals of on-board systems and systems of the architecture of the flight control computer and reduces the likelihood of an uncontrolled failure.

Вместе с тем, при выявлении ошибки в выходном сигнале, предложенная конструкция вычислителя управления полетом летательного аппарата аналого-цифрового позволяет исключить сам вычислитель или подтвердить наличие в нем ошибки, что упрощает восстановление работоспособности системы управления в целом, исключить потенциально лишние операции по монтажу/демонтажу составных блоков системы и повышает ремонтопригодность системы управления полетом ЛА в целом.At the same time, if an error is detected in the output signal, the proposed design of the analog-to-digital aircraft flight control computer allows to exclude the computer itself or to confirm the presence of an error in it, which simplifies the restoration of the control system as a whole, to exclude potentially unnecessary operations for mounting / dismounting of composite components. system blocks and increases the maintainability of the aircraft flight control system as a whole.

Полезная модель иллюстрируется чертежом, где показана блок-схема внутренней структуры вычислителя. Позиции на чертеже обозначают следующее: 1 - модуль вычислительный (МВ); 2 - модуль аналогового интерфейса (МАИ); 3 - модуль последовательного обмена (МПО); 4 - вычислительный процессор модуля 2 МАИ; 5 - вычислительный процессор модуля 3 МПО; 6 и 7 - вычислительные процессоры модуля 1 МВ; 8 - последовательный синхронный интерфейс.The utility model is illustrated in the drawing, which shows a block diagram of the internal structure of the calculator. Positions in the drawing denote the following: 1 - computing module (MB); 2 - analog interface module (MAI); 3 - serial exchange module (MPO); 4 - computing processor of module 2 MAI; 5 - computing processor of module 3 of the MPO; 6 and 7 - computing processors of the 1 MB module; 8 - serial synchronous interface.

Вычислитель управления полетом летательного аппарата аналого-цифровой содержит двухканальный модуль 1 вычислительный (МВ), модуль 2 аналогового интерфейса (МАИ), выполняющий функцию приема и выдачи аналоговых сигналов, модуль 3 последовательного обмена (МПО), выполняющий функцию приема и выдачи сигналов цифрового интерфейса. Каждый из модулей 2 и 3 снабжен вычислительным процессором: модуль 2 МАИ снабжен вычислительным процессором 4, а модуль 3 МПО снабжен вычислительным процессором 5.The analog-to-digital aircraft flight control computer contains a two-channel computing module 1 (MV), an analog interface module 2 (MAI), which performs the function of receiving and issuing analog signals, and a serial exchange module 3 (MPO), which performs the function of receiving and issuing digital interface signals. Each of modules 2 and 3 is equipped with a computing processor: module 2 of the MAI is equipped with a computing processor 4, and module 3 of the MPO is equipped with a computing processor 5.

Модуль 1 МВ содержит два вычислительных процессора 6 и 7 и выполняет функцию центрального вычислительного ядра.Module 1 MB contains two computing processors 6 and 7 and performs the function of a central computing core.

Процессоры 4-7 модулей 1-3 МВ, МАИ и МПО объединены синхронным последовательным интерфейсом 8.Processors 4-7 modules 1-3 MV, MAI and MPO are united by a synchronous serial interface 8.

Каждый из модулей 2 МАИ и 3 МПО формируют два независимых разнородных по этимологии (аналоговый или цифровых) канала поступления информации от своих процессоров 4 и 5 в каждый из процессоров 6 и 7 модуля 1 МВ, необходимой для управления полетом ЛА.Each of the modules 2 MAI and 3 MPO form two independent etymologically dissimilar (analog or digital) channels of information flow from their processors 4 and 5 to each of the processors 6 and 7 of the 1 MB module, which is necessary for flight control of the aircraft.

Особенностью предложенного вычислителя управления полетом является его архитектура, построенная вокруг ядра - вычислительного модуля 1, реализующего в себе принципы самоконтролируемой процессорной пары. При такой структуре оба процессора 6 и 7 выполняют одинаковую прикладную задачу, сравнивая результаты вычислений. Ресурсы ввода-вывода - вычислительные процессоры 4 и 5 - располагаются соответственно на двух периферийных модулях 2 МАИ и 3 МПО, доступ к которым имеют оба процессора 6 и 7 модуля 1 МВ самоконтролируемой пары по синхронному последовательному интерфейсу 8. Один из периферийных модулей 2 МАИ предназначен для приема и выдачи аналоговых сигналов. Второй периферийный модуль 3 МПО предназначен для приема и выдачи сигналов цифрового интерфейса (ARINC 429, MIL-STD-1553). Все сигналы, формируемые модулями 2 и 3, принимаются эхо-контролем блока, который представляет собой обратный прием сигнала модулем 2 МАИ и модулем 3 МПО, аналогичного выдававшегося этими модулями на выход, сравнение его с эталонным (целевым) сигналом. Таким образом, достигается информационная избыточность, при которой количество анализируемой информации превышает степень ее неопределенности, позволяющая повысить контролепригодность блока, а также глубину поиска собственных отказов и части отказов сопрягаемых бортовых систем ЛА.A feature of the proposed flight control computer is its architecture, built around the core - computing module 1, which implements the principles of a self-controlled processor pair. With this structure, both processors 6 and 7 perform the same application task, comparing the results of calculations. I / O resources - computing processors 4 and 5 - are located respectively on two peripheral modules 2 MAI and 3 MPO, access to which both processors 6 and 7 of module 1 MV of a self-monitoring pair have via synchronous serial interface 8. One of the peripheral modules 2 MAI is designed for receiving and issuing analog signals. The second peripheral module 3 MPO is designed to receive and output digital interface signals (ARINC 429, MIL-STD-1553). All signals generated by modules 2 and 3 are received by the echo-control of the unit, which is a reverse reception of a signal by module 2 MAI and module 3 MPO, similar to that issued by these modules at the output, comparing it with the reference (target) signal. Thus, information redundancy is achieved, in which the amount of analyzed information exceeds the degree of its uncertainty, which makes it possible to increase the controllability of the unit, as well as the depth of the search for its own failures and part of the failures of the interfaced aircraft systems.

Вычислитель управления полетом летательного аппарата аналого-цифровой работает следующим образом.Analog-to-digital aircraft flight control computer operates as follows.

Вычислитель управления полетом ЛА аналого-цифровой принимает информацию о запросах летчика/оператора на включение/выключение режимов автоматического управления, формируемых при помощи пульта управления. Произведя необходимые расчеты, вычислитель управления формирует управляющие сигналы, задающие положение рулевых машин автопилота. Для конкретного типа ЛА применение вычислителя в составе системы автоматического управления данного ЛА обеспечивается согласованием протоколов информационного взаимодействия с бортовыми системами ЛА и разработкой специализированного программного обеспечения для загрузки в вычислитель управления полетом ЛА, реализующего совместно с аппаратурой вычислителя функции автоматического управления для данного ЛА.The analog-to-digital aircraft flight control computer receives information about the pilot / operator's requests to turn on / off the automatic control modes generated by the control panel. Having made the necessary calculations, the control computer generates control signals that set the position of the steering gears of the autopilot. For a specific type of aircraft, the use of a computer as part of the automatic control system of this aircraft is ensured by the coordination of protocols of information interaction with the on-board systems of the aircraft and the development of specialized software for loading into the flight control computer of the aircraft, which, together with the computer equipment, implements automatic control functions for this aircraft.

Вычислитель управления полетом ЛА аналого-цифровой принимает информацию от бортовых систем/датчиков ЛА об угловом положении, скоростных, высотных параметрах ЛА. При этом сигналы от разных бортовых систем имеет разную этимологию: ряд бортовых систем выдает аналоговый сигнал, другие - цифровой сигнал.The analog-digital aircraft flight control computer receives information from the aircraft onboard systems / sensors about the angular position, speed, altitude parameters of the aircraft. At the same time, signals from different on-board systems have different etymologies: a number of on-board systems provide an analog signal, others - a digital signal.

При этом одни и те же показатели, например, скорость и ускорение, поступают как в виде аналогового, так и цифрового сигнала от разных систем. Эти сигналы обрабатываются математически, соответственно, процессором 4 модуля 2 МАИ и процессором 5 модуля 3 МПО и передаются в вычислительные процессоры 6 и 7 модуля 1 МВ.In this case, the same indicators, for example, speed and acceleration, come in the form of both analog and digital signals from different systems. These signals are processed mathematically, respectively, by the processor 4 of the module 2 MAI and the processor 5 of the module 3 MPO and are transmitted to the computing processors 6 and 7 of the module 1 MB.

Вычислитель управления полетом ЛА аналого-цифровой выполнен таким образом, чтобы исключить влияние отказов и/или неисправностей на безопасность полета. Для этого в вычислитель управления полетом ЛА аналого-цифровой заложен принцип информационной избыточности в части взаимодействия с бортовыми системами и в вычислительной части.The analog-digital aircraft flight control computer is designed in such a way as to exclude the influence of failures and / or malfunctions on flight safety. For this purpose, the analog-to-digital aircraft flight control computer incorporates the principle of information redundancy in terms of interaction with on-board systems and in the computing part.

Под информационной избыточностью понимается превышение объема фактической информации над информационной неопределенностью системы.Information redundancy is understood as the excess of the volume of factual information over the information uncertainty of the system.

Вычислитель управления полетом ЛА аналого-цифровой состоит из трех функциональных модулей:The analog-to-digital aircraft flight control computer consists of three functional modules:

модуля 1 вычислительного (МВ) на основе самоконтролируемой процессорной пары - процессором 6 и 7, выполняющего функции центрального вычислительного ядра;a computing module 1 (MB) based on a self-controlled processor pair - a processor 6 and 7, performing the functions of a central computing core;

модуля 2 аналогового интерфейса (МАИ), содержащего процессор 4 внешнего аналогового интерфейса;an analog interface module 2 (MAI) containing a processor 4 of an external analog interface;

модуля 3 последовательного обмена (МПО), содержащего процессор 5 внешнего последовательного интерфейса (приемники и передатчики ARINC429 и оконечное устройство резервированного мультиплексного канала MIL-STD-1553).module 3 of the serial exchange (MPO), containing the processor 5 of the external serial interface (receivers and transmitters ARINC429 and the terminator of the redundant multiplexed channel MIL-STD-1553).

Все модули имеют в своем составе вторичные источники питания, работающие от системы питания ЛА напряжением +27 В. Процессоры 4-7 модулей 1 МВ, 2 МАИ и 3 МПО объединены синхронным последовательным интерфейсом 8. Регулятором работы вычислителя управления полетом ЛА выступает один из процессоров модуля 1 МВ, например, процессор 6, который генерирует тактовый сигнал и сигналы синхронизации приема и выдачи информации в/из других процессоров 4 и 5, являющихся абонентами. All modules include secondary power supplies operating from the aircraft power supply system with a voltage of +27 V. Processors 4-7 modules 1 MV, 2 MAI and 3 MPO are united by a synchronous serial interface 8. One of the processors of the module acts as a regulator of the aircraft flight control computer 1 MB, for example, a processor 6, which generates a clock signal and synchronization signals for receiving and sending information to / from other processors 4 and 5, which are subscribers.

Процессоры 6 и 7 модуля 1 МВ получают одинаковую, бит в бит, информацию от процессоров 4 и 5 модуля 2 МАИ и модуля 3 МПО, сравнивают ее, решают одинаковую прикладную задачу, обмениваются результатами вычислений (в том числе и промежуточными). Один из процессоров модуля 1 МВ, например, процессор 7 является контролирующим, получая информацию не только от процессоров 4 и 5, но и информацию от другого процессора модуля 1 МВ - регулирующего процессора 6, выдаваемую им в процессоры 4 и 5, для ее сравнения с собственными вычислениями.Processors 6 and 7 of the 1 MB module receive the same, bit by bit, information from processors 4 and 5 of the MAI module 2 and the MPO module 3, compare it, solve the same applied problem, exchange the results of calculations (including intermediate ones). One of the processors of the 1 MB module, for example, processor 7, is a controlling one, receiving information not only from processors 4 and 5, but also information from another processor of the 1 MB module - the regulating processor 6, which it sends to processors 4 and 5 for comparison with own calculations.

На основании этого процессоры 6 и 7 могут делать вывод о достоверности информации, выдаваемой процессором 6 в модули 2 МАИ и 3 МПО. При однократном расхождении результатов при приеме информации, вычислениях и выдаче информации в модули 2 МАИ и 3 МПО используются данные, полученные на предыдущем такте решения. При расхождении результатов в течении определенного количества тактов решения каждый из процессоров 6 и 7 модуля 1 МВ имеет возможность генерировать сигнал «Отказ» блока вычислителя управления полетом ЛА, который приведет к прекращению выдачи сигналов автоматического управления и сигнализации летчику об отключении автоматического управления и необходимости принять ручное управление ЛА.Based on this, the processors 6 and 7 can make a conclusion about the reliability of the information issued by the processor 6 to the modules 2 MAI and 3 MPO. In case of a single discrepancy in the results when receiving information, calculating and issuing information to modules 2 of the MAI and 3 of the MPO, the data obtained in the previous cycle of the solution are used. If the results differ within a certain number of decision cycles, each of the processors 6 and 7 of the 1 MB module has the ability to generate a signal "Failure" of the aircraft flight control calculator unit, which will lead to the termination of the issuance of automatic control signals and signaling to the pilot about the disconnection of automatic control and the need to accept manual aircraft control.

Использование полезной модели обеспечивает возможность оперативно выявить и локализовать возникающий отказ/неисправность, не допуская значительного перемещения рулевых машин автопилота по некорректным сигналам, а также значительно уменьшить вероятность неконтролируемого отказа, т.е. фактически обнаружить некорректность информации выдаваемой продолжающими визуально штатно работать бортовыми системами ЛА. Это достигается обеспечением полной идентичности информации, поступающей от бортовых систем на оба процессора 6 и 7 вычислительного модуля, и синхронным вычислением сигналов автоматического управления. В случае выявления нештатной ситуации средствами встроенного контроля, все выходные сигналы вычислителя переводятся в состояние «Обрыв» с выдачей сигнала об отказе во внешние сопрягаемые системы.The use of the utility model provides the ability to quickly identify and localize the resulting failure / malfunction, preventing significant movement of the autopilot steering gears on incorrect signals, and also significantly reduce the likelihood of an uncontrolled failure, i.e. in fact, to detect the incorrectness of the information issued by the on-board aircraft systems that continue to visually operate normally. This is achieved by ensuring complete identity of the information coming from the onboard systems to both processors 6 and 7 of the computing module, and synchronous calculation of automatic control signals. If an abnormal situation is detected by means of built-in control, all output signals of the calculator are transferred to the "Break" state with the issuance of a failure signal to the external interfaced systems.

При этом за счет сравнения сигналов на выходе с модуля 1 МВ с эталонными - «целевыми» - значениями, можно потенциально установить некорректность работы систем самого вычислителя управления полетом ЛА или подтвердить его работоспособность, что упростит и ускорит в конечном итоге восстановление работоспособности системы, исключив как ненужный ремонт самого вычислителя управления полетом ЛА. At the same time, by comparing the signals at the output from the 1 MV module with the reference - "target" - values, it is possible to potentially establish the incorrect operation of the systems of the aircraft flight control computer itself or to confirm its operability, which will simplify and speed up, in the end, the restoration of the system operability, excluding both unnecessary repair of the aircraft flight control computer itself.

Вместе с тем информационная избыточность и дублирование входной информации для анализа для повышения достоверности контроля обеспечивается не аппаратной избыточностью (увеличением количества периферийных модулей), а комплексированием (сочетанием) информации от датчиков с разными интерфейсами (аналоговым и цифровым), полученной через вышеописанные периферийные модули 2 МАИ и 3 МПО и, если необходимо, дополнительно преобразованной. В дополнении к аппаратной избыточности в вычислительной части данный принцип позволяет контролировать работоспособность каналов получения данных, модулей вычислителя управления полетом ЛА, а также потенциально судить об исправности внешних источников информации, тем самым повышая отказобезопасность.At the same time, information redundancy and duplication of input information for analysis to increase the reliability of control is provided not by hardware redundancy (an increase in the number of peripheral modules), but by the integration (combination) of information from sensors with different interfaces (analog and digital) obtained through the above-described peripheral modules 2 MAI and 3 IGOs and, if necessary, further reformed. In addition to hardware redundancy in the computing part, this principle allows you to monitor the operability of data acquisition channels, aircraft flight control computer modules, as well as potentially judge the operability of external information sources, thereby increasing fail safety.

Claims (1)

Вычислитель управления полетом летательного аппарата аналого-цифровой, содержащий двухканальный модуль вычислительный, отличающийся тем, что в него введены модуль последовательного обмена, выполняющий функцию приема и выдачи сигналов цифрового интерфейса, снабженный вычислительным процессором, модуль аналогового интерфейса, выполняющий функцию приема и выдачи аналоговых сигналов, снабженный вычислительным процессором, при этом двухканальный модуль вычислительный содержит два вычислительных процессора и выполняет функцию центрального вычислительного ядра, причем процессоры модулей - двухканальный модуль вычислительный, модуль последовательного обмена и модуль аналогового интерфейса объединены синхронным последовательным интерфейсом, а каждый из модулей - модуль последовательного обмена и модуль аналогового интерфейса формируют два независимых разнородных канала поступления информации от своих процессоров в каждый из процессоров двухканального модуля вычислительного, необходимой для управления полетом летательного аппарата.An analog-to-digital aircraft flight control computer, containing a two-channel computing module, characterized in that a serial exchange module is inserted into it, which performs the function of receiving and issuing digital interface signals, equipped with a computing processor, an analog interface module performing the function of receiving and issuing analog signals, equipped with a computing processor, while the two-channel computing module contains two computing processors and performs the function of a central computing core, and the processors of the modules are a two-channel computing module, a serial exchange module and an analog interface module are united by a synchronous serial interface, and each of the modules is a serial exchange module and a module analog interface form two independent heterogeneous channels of information flow from their processors to each of the processors of a two-channel computing module, which is necessary to control the effects of the flight of the aircraft.
RU2021124166U 2021-08-14 2021-08-14 Analog-to-digital aircraft flight control computer RU208237U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021124166U RU208237U1 (en) 2021-08-14 2021-08-14 Analog-to-digital aircraft flight control computer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021124166U RU208237U1 (en) 2021-08-14 2021-08-14 Analog-to-digital aircraft flight control computer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU208237U1 true RU208237U1 (en) 2021-12-09

Family

ID=79174799

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021124166U RU208237U1 (en) 2021-08-14 2021-08-14 Analog-to-digital aircraft flight control computer

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU208237U1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115237640A (en) * 2022-08-12 2022-10-25 中国商用飞机有限责任公司 Integrated modular avionics system, data transmission method, aircraft and readable storage medium
RU2845342C1 (en) * 2025-01-08 2025-08-15 Общество с ограниченной ответственностью "Радиокомп" General purpose flight controller for a multi-rotor unmanned aerial vehicle

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05278694A (en) * 1992-03-31 1993-10-26 Nec Corp Abnormality disposition apparatus for airplane or the like
US20070050100A1 (en) * 2005-06-08 2007-03-01 Gustafson Eric S Auto-control override system for aircraft
US20080033604A1 (en) * 2006-04-19 2008-02-07 Jed Margolin System and Method For Safely Flying Unmanned Aerial Vehicles in Civilian Airspace
US20180276995A1 (en) * 2016-06-10 2018-09-27 ETAK Systems, LLC Flying Lane Management with Lateral Separations between Drones
RU2733453C1 (en) * 2020-07-07 2020-10-01 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Кавказский федеральный университет" Automatic control method of robotic drone in autonomous mode
RU2755097C1 (en) * 2020-12-17 2021-09-13 Фонд содействия развитию науки, инноваций и технологий Information and control complex with intelligent crew support

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05278694A (en) * 1992-03-31 1993-10-26 Nec Corp Abnormality disposition apparatus for airplane or the like
US20070050100A1 (en) * 2005-06-08 2007-03-01 Gustafson Eric S Auto-control override system for aircraft
US20080033604A1 (en) * 2006-04-19 2008-02-07 Jed Margolin System and Method For Safely Flying Unmanned Aerial Vehicles in Civilian Airspace
US20180276995A1 (en) * 2016-06-10 2018-09-27 ETAK Systems, LLC Flying Lane Management with Lateral Separations between Drones
RU2733453C1 (en) * 2020-07-07 2020-10-01 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Кавказский федеральный университет" Automatic control method of robotic drone in autonomous mode
RU2755097C1 (en) * 2020-12-17 2021-09-13 Фонд содействия развитию науки, инноваций и технологий Information and control complex with intelligent crew support

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115237640A (en) * 2022-08-12 2022-10-25 中国商用飞机有限责任公司 Integrated modular avionics system, data transmission method, aircraft and readable storage medium
RU2845342C1 (en) * 2025-01-08 2025-08-15 Общество с ограниченной ответственностью "Радиокомп" General purpose flight controller for a multi-rotor unmanned aerial vehicle

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3709181B1 (en) Fly-by-wire systems and related operating methods
US7017861B1 (en) Control system for actuators in an aircraft
CN102915038B (en) Dual-redundancy autonomous flight control system for micro-miniature unmanned helicopters
US9221538B2 (en) Flight control system for unmanned aerial vehicle
US20060100750A1 (en) Dual/triplex flight control architecture
US5493497A (en) Multiaxis redundant fly-by-wire primary flight control system
US10850864B2 (en) Electronic avionics systems and methods
US4472780A (en) Fly-by-wire lateral control system
US4799159A (en) Digital automatic flight control system with disparate function monitoring
EP3428758B1 (en) Fbw rotorcraft control using state comparison calculated by redundant processors
US8104720B2 (en) System and method for an integrated backup control system
US4622667A (en) Digital fail operational automatic flight control system utilizing redundant dissimilar data processing
Yeh Safety critical avionics for the 777 primary flight controls system
US8862290B1 (en) Flight system for an aircraft having an autoland system
CN113791642A (en) Flight control unit, aircraft control system and method and aircraft
JPS59212902A (en) Multiplexing controller
GB2514659A (en) Backup control system
RU208237U1 (en) Analog-to-digital aircraft flight control computer
US5560570A (en) Automatic piloting device for aerodynes
CA2706982C (en) Testing device and method for checking the operability of a nose wheel steering control unit in an aircraft
CN116661331B (en) A redundant flight control computer system utilizing software and hardware collaboration
CN119165879A (en) A redundant flight control system and method
RU211194U1 (en) Aircraft flight control computer
EP1980924A1 (en) System and method of redundancy management for fault effect mitigation
KR102577755B1 (en) Fault tolerant flight control computer using additional analytical channel