本發(fā)明涉及航空，具體為多電飛機(jī)直流電源高壓gcu雙備份仲裁系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、飛機(jī)的發(fā)電機(jī)控制器（gcu）是交流發(fā)電機(jī)的核心控制與保護(hù)裝置，能夠在飛行中實(shí)現(xiàn)對(duì)電源的智能調(diào)節(jié)與監(jiān)控，以確保電源正常供電并提供高品質(zhì)的電能。gcu對(duì)發(fā)電機(jī)的正常、可靠工作至關(guān)重要，它不僅能穩(wěn)定電能輸出，還能保護(hù)發(fā)電機(jī)避免過(guò)載、短路等電氣故障，從而保障飛機(jī)上眾多電子設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，必須定期對(duì)gcu進(jìn)行檢測(cè)和維護(hù)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理潛在的故障隱患，從而確保發(fā)電機(jī)控制器的持續(xù)可靠工作，并滿足機(jī)載設(shè)備的供電需求。

2、然而，在雙冗余系統(tǒng)中，gcu的微處理器控制系統(tǒng)面臨著仲裁切換的問(wèn)題。微處理器需要在主備系統(tǒng)之間進(jìn)行仲裁，以決定當(dāng)前工作微處理器的優(yōu)先級(jí)，以確保冗余設(shè)計(jì)的有效性和可靠性。但在實(shí)際運(yùn)行中，微處理器i/o口可能出現(xiàn)異常，導(dǎo)致冗余紊亂，進(jìn)而影響電源系統(tǒng)的正常運(yùn)行。因此，設(shè)計(jì)一種具有高可靠性的多電飛機(jī)直流電源高壓gcu雙備份仲裁系統(tǒng)是很有必要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了多電飛機(jī)直流電源高壓gcu雙備份仲裁系統(tǒng)，具備高可靠性的優(yōu)點(diǎn)，解決了上述背景技術(shù)中的問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述高可靠性的目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：多電飛機(jī)直流電源高壓gcu雙備份仲裁系統(tǒng)，包括脈沖缺失檢測(cè)模塊、i/o狀態(tài)檢測(cè)模塊、仲裁控制邏輯模塊、冗余切換電路模塊；

3、所述脈沖缺失檢測(cè)模塊用于使用555定時(shí)器生成定時(shí)脈沖，檢測(cè)555定時(shí)器輸出的脈沖信號(hào)是否連續(xù)；

4、優(yōu)選的，所述脈沖缺失檢測(cè)模塊進(jìn)一步包括使用555定時(shí)器設(shè)置為單穩(wěn)態(tài)模式或施密特觸發(fā)器模式，生成特定頻率和寬度的定時(shí)脈沖信號(hào)，將555定時(shí)器的輸出連接到一個(gè)脈沖監(jiān)測(cè)電路，使用d觸發(fā)器捕捉555定時(shí)器的輸出狀態(tài)變化，d觸發(fā)器的時(shí)鐘輸入連接到脈沖信號(hào)，設(shè)置一個(gè)定時(shí)器，監(jiān)測(cè)脈沖信號(hào)的連續(xù)性，在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)接收到的脈沖數(shù)量少于預(yù)定數(shù)量，則認(rèn)為發(fā)生了脈沖缺失。

5、所述i/o狀態(tài)檢測(cè)模塊用于實(shí)時(shí)檢測(cè)i/o口的電平狀態(tài)，判斷其為低電平、高電平或高阻態(tài)；

6、所述仲裁控制邏輯模塊用于利用門電路處理i/o口狀態(tài)數(shù)據(jù)，決定使用主微處理器或備用微處理器；

7、優(yōu)選的，所述仲裁控制邏輯模塊負(fù)責(zé)評(píng)估來(lái)自各個(gè)檢測(cè)模塊的信號(hào)，并根據(jù)預(yù)設(shè)的規(guī)則做出決策，評(píng)估各個(gè)微處理器的運(yùn)行狀態(tài)。

8、所述冗余切換電路模塊用于根據(jù)仲裁控制邏輯，在主微處理器發(fā)生故障時(shí)自動(dòng)切換至備用微處理器。

9、優(yōu)選的，所述冗余切換電路模塊進(jìn)一步包括通過(guò)脈沖和io狀態(tài)來(lái)確定故障概率，并且把故障發(fā)生的概率和對(duì)應(yīng)閾值進(jìn)行比較，確定是不是要進(jìn)行切換操作，采用logistic回歸分析方法建構(gòu)的評(píng)估模型對(duì)仲裁控制進(jìn)行整體風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；

10、logistic的指數(shù)方程為：，

11、式中，是故障發(fā)生的概率，是脈沖連續(xù)與否，是i/o是否是低電平，是i/o是否是高電平，是i/o是否是高阻態(tài)，，，，為各個(gè)變量的回歸系數(shù)，b是常數(shù)項(xiàng)。

12、當(dāng)確定要進(jìn)行切換操作的時(shí)候，仲裁控制邏輯模塊開(kāi)始評(píng)估冗余策略的優(yōu)先級(jí)，根據(jù)優(yōu)先級(jí)選擇對(duì)應(yīng)的模式切換，設(shè)置多個(gè)核心指標(biāo)，并為每個(gè)指標(biāo)定義評(píng)分規(guī)則，指標(biāo)包括可靠性需求、容忍停機(jī)時(shí)間、性能需求、任務(wù)關(guān)鍵性和資源利用率，指標(biāo)對(duì)優(yōu)先級(jí)權(quán)重可能不同，通過(guò)層次分析法確定優(yōu)先級(jí)權(quán)重：

13、計(jì)算總分s：

14、式中，，，，，是權(quán)重，r是可靠性需求評(píng)分，t是容忍停機(jī)時(shí)間評(píng)分，p是性能需求評(píng)分，k是任務(wù)關(guān)鍵性評(píng)分，u是資源利用率評(píng)分。

15、多電飛機(jī)直流電源高壓gcu雙備份仲裁方法，包括以下步驟：

16、s1：選用555定時(shí)器作為脈沖缺失檢測(cè)的核心元件，將gcu的輸出脈沖信號(hào)連接至555定時(shí)器的觸發(fā)端；

17、s2：使用門電路來(lái)監(jiān)測(cè)i/o口的狀態(tài)，區(qū)分低電平、高電平和高阻狀態(tài)，為每種狀態(tài)設(shè)計(jì)一個(gè)監(jiān)測(cè)電路；

18、優(yōu)選的，所述s2進(jìn)一步包括低電平狀態(tài)監(jiān)測(cè)電路：使用一個(gè)非門和一個(gè)比較器，將i/o口信號(hào)接入非門的輸入，非門輸出連接到比較器的輸入，當(dāng)i/o口信號(hào)為低電平時(shí)，非門輸出為高電平，比較器檢測(cè)到高電平，表明i/o口處于低電平狀態(tài)；

19、高電平狀態(tài)監(jiān)測(cè)電路：使用一個(gè)與門和一個(gè)比較器，將i/o口信號(hào)連接到與門的一個(gè)輸入，另一輸入接正電壓，與門輸出連接到比較器的輸入，當(dāng)i/o口信號(hào)為高電平時(shí)，與門輸出為高電平，比較器檢測(cè)到高電平，表明i/o口處于高電平狀態(tài)；

20、高阻狀態(tài)監(jiān)測(cè)電路：使用一個(gè)運(yùn)算放大器配置為比較器，并結(jié)合一個(gè)電阻分壓網(wǎng)絡(luò)，i/o口信號(hào)通過(guò)高阻電阻連接到運(yùn)算放大器的非反相輸入端，反相輸入端接地，在高阻狀態(tài)下，運(yùn)算放大器的輸出將不確定，設(shè)定一個(gè)故障閾值，當(dāng)i/o口處于高阻狀態(tài)時(shí)，運(yùn)算放大器的輸出將保持在低電平，將運(yùn)算放大器輸出連接至后續(xù)的邏輯電路，用于指示高阻狀態(tài)。

21、s3：利用門電路和分立器件構(gòu)建仲裁控制邏輯，根據(jù)預(yù)設(shè)的優(yōu)先級(jí)權(quán)重，設(shè)計(jì)邏輯電路；

22、s4：使用觸發(fā)器鎖定檢測(cè)到的電平信號(hào)，設(shè)計(jì)切換電路，在主系統(tǒng)失效時(shí)，切換到備用系統(tǒng)。

23、優(yōu)選的，s4進(jìn)一步包括使用d觸發(fā)器來(lái)鎖定電平信號(hào)，將待檢測(cè)信號(hào)連接到觸發(fā)器的d輸入，時(shí)鐘信號(hào)由一個(gè)定時(shí)器或其他事件觸發(fā)生成，輸出q將用于控制切換電路，當(dāng)q為高電平時(shí)，表示主系統(tǒng)正常工作；當(dāng)q為低電平時(shí)，表示需要切換到備用系統(tǒng)；

24、使用比較器或電壓監(jiān)測(cè)電路，檢測(cè)主系統(tǒng)的狀態(tài)，設(shè)置一個(gè)故障閾值，當(dāng)電壓低于該值時(shí)，表示主系統(tǒng)失效，比較器的輸出連接到觸發(fā)器的復(fù)位輸入；

25、采用多路選擇器或繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的切換，將主系統(tǒng)和備用系統(tǒng)的輸出連接到多路選擇器的輸入，根據(jù)觸發(fā)器的輸出控制多路選擇器的選擇信號(hào)，當(dāng)觸發(fā)器鎖定狀態(tài)時(shí)，選擇信號(hào)為主系統(tǒng)輸出，當(dāng)主系統(tǒng)失效時(shí)，選擇信號(hào)切換到備用系統(tǒng)輸出。

26、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供多電飛機(jī)直流電源高壓gcu雙備份仲裁系統(tǒng)，具備以下有益效果：

27、1.使用觸發(fā)器鎖定檢測(cè)到的電平信號(hào)，設(shè)計(jì)切換電路，在主系統(tǒng)失效時(shí)，切換到備用系統(tǒng)，確保在主系統(tǒng)失效的情況下，能夠可靠地切換到備用系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)gcu調(diào)壓雙備份的可靠運(yùn)行，提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。

28、2.冗余切換電路模塊，通過(guò)設(shè)定閾值和條件，自動(dòng)識(shí)別不同的故障模式，確定多種冗余策略，并為每種策略設(shè)定優(yōu)先級(jí)，能夠?qū)崟r(shí)、無(wú)需人工干預(yù)地適應(yīng)各種故障模式，并在多種冗余策略之間智能切換。

29、3.設(shè)計(jì)故障切換邏輯，結(jié)合閾值判斷主系統(tǒng)故障，定義多級(jí)閾值，將閾值判斷與故障樹(shù)分析結(jié)合，實(shí)施閾值監(jiān)控，主系統(tǒng)參數(shù)超出閾值時(shí)，觸發(fā)故障樹(shù)中的相應(yīng)節(jié)點(diǎn)，通過(guò)故障樹(shù)分析，識(shí)別故障原因，根據(jù)故障樹(shù)分析結(jié)果，制定相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施。

技術(shù)特征：

1.多電飛機(jī)直流電源高壓gcu雙備份仲裁系統(tǒng)，其特征在于，包括脈沖缺失檢測(cè)模塊、i/o狀態(tài)檢測(cè)模塊、仲裁控制邏輯模塊和冗余切換電路模塊；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多電飛機(jī)直流電源高壓gcu雙備份仲裁系統(tǒng)，其特征在于，所述脈沖缺失檢測(cè)模塊進(jìn)一步包括使用555定時(shí)器設(shè)置為單穩(wěn)態(tài)模式或施密特觸發(fā)器模式，生成特定頻率和寬度的定時(shí)脈沖信號(hào)，將555定時(shí)器的輸出連接到一個(gè)脈沖監(jiān)測(cè)電路，使用d觸發(fā)器捕捉555定時(shí)器的輸出狀態(tài)變化，d觸發(fā)器的時(shí)鐘輸入連接到脈沖信號(hào)，設(shè)置一個(gè)定時(shí)器，監(jiān)測(cè)脈沖信號(hào)的連續(xù)性，在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)接收到的脈沖數(shù)量少于預(yù)定數(shù)量，則認(rèn)為發(fā)生了脈沖缺失。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多電飛機(jī)直流電源高壓gcu雙備份仲裁系統(tǒng)，其特征在于，所述仲裁控制邏輯模塊負(fù)責(zé)評(píng)估各個(gè)微處理器的運(yùn)行狀態(tài)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多電飛機(jī)直流電源高壓gcu雙備份仲裁系統(tǒng)，其特征在于，所述仲裁控制邏輯模塊包括通過(guò)脈沖和io狀態(tài)來(lái)確定故障概率，并且把故障發(fā)生的概率和對(duì)應(yīng)閾值進(jìn)行比較，確定是不是要進(jìn)行切換操作，采用logistic回歸分析方法建構(gòu)的評(píng)估模型對(duì)仲裁控制進(jìn)行整體風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多電飛機(jī)直流電源高壓gcu雙備份仲裁系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)確定要進(jìn)行切換操作的時(shí)候，仲裁控制邏輯模塊開(kāi)始評(píng)估冗余策略的優(yōu)先級(jí)，根據(jù)優(yōu)先級(jí)選擇對(duì)應(yīng)的模式切換，設(shè)置多個(gè)核心指標(biāo)，并為每個(gè)指標(biāo)定義評(píng)分規(guī)則，指標(biāo)包括可靠性需求、容忍停機(jī)時(shí)間、性能需求、任務(wù)關(guān)鍵性和資源利用率，指標(biāo)對(duì)優(yōu)先級(jí)權(quán)重可能不同，通過(guò)層次分析法確定優(yōu)先級(jí)權(quán)重：

6.多電飛機(jī)直流電源高壓gcu雙備份仲裁方法，應(yīng)用于權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的多電飛機(jī)直流電源高壓gcu雙備份仲裁系統(tǒng)，其特征在于，包括以下步驟：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多電飛機(jī)直流電源高壓gcu雙備份仲裁方法，其特征在于，所述s2進(jìn)一步包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多電飛機(jī)直流電源高壓gcu雙備份仲裁方法，其特征在于，所述s4進(jìn)一步包括使用d觸發(fā)器來(lái)鎖定電平信號(hào)，將待檢測(cè)信號(hào)連接到觸發(fā)器的d輸入，時(shí)鐘信號(hào)由一個(gè)定時(shí)器或其他事件觸發(fā)生成，輸出q將用于控制切換電路，當(dāng)q為高電平時(shí)，表示主系統(tǒng)正常工作；當(dāng)q為低電平時(shí)，表示需要切換到備用系統(tǒng)；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及航空技術(shù)領(lǐng)域，且公開(kāi)了多電飛機(jī)直流電源高壓GCU雙備份仲裁系統(tǒng)，包括脈沖缺失檢測(cè)模塊、I/O狀態(tài)檢測(cè)模塊、仲裁控制邏輯模塊和冗余切換電路模塊；脈沖缺失檢測(cè)模塊用于使用555定時(shí)器生成定時(shí)脈沖，檢測(cè)555定時(shí)器輸出的脈沖信號(hào)是否連續(xù)；I/O狀態(tài)檢測(cè)模塊用于實(shí)時(shí)檢測(cè)I/O口的電平狀態(tài)，判斷其為低電平、高電平或高阻態(tài)；仲裁控制邏輯模塊用于利用門電路處理I/O口狀態(tài)數(shù)據(jù)，決定使用主微處理器或備用微處理器；冗余切換電路模塊用于根據(jù)仲裁控制邏輯，在主微處理器發(fā)生故障時(shí)自動(dòng)切換至備用微處理器。本發(fā)明具備高可靠性的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：姬微,桑震,魯萬(wàn)軍,付奇
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京航宇創(chuàng)通技術(shù)股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6