一种现场可重构配置的柔性连接方法及装置与流程

本发明涉及自动控制和检测技术领域，尤其涉及一种现场可重构配置的柔性连接方法及装置。

背景技术：

一种大型运输及姿态控制平台主要承担着一体式大型设备的运输、姿态控制等任务，是一种具有车控、配电、温控、定位、瞄准、远控、故障诊断等多功能的复杂系统。大型运输及姿态控制平台控制系统包含了机电液整个控制回路，受成本控制和仪器设计的影响，其对于机械、液压控制回路并没有更多的冗余设计。但是在电气控制部分中，存在多种冗余通道，常见的有放大器、a/d、d/a等。一般来讲，这些器件在电路中有多路通道而实际只连接一路，这造成了系统资源的浪费，且隐性提高了成本。

随着平台系统复杂度的不断提高，系统对软硬件配置要求更高，对于易损元件更需有足够的备份。在平台系统执行工作时，当系统线路元件发生某些故障时，系统存在无法正常工作的隐患。严重时可导致配电、定位、瞄准等重要功能受损。一般来讲，确定故障原因后，对于硬件的拆解、更新、重组、封装是一个相当繁琐的过程。这在多数情况下需要停止任务，将设备移送至维修厂，由专业人员进行设备检修。整个维修时间可能很长，使得任务难以有效按时完成。

因此，对于系统中的冗余和备份元件，如何提高其利用效率，在现场出现设备故障时，快速定位故障器件，及时有效地替用冗余备份器件，从而在现场完成系统快速自恢复，保证系统任务正常完成，是实际中需要解决的重要问题。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的现场可重构配置的柔性连接方法及装置。

为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：

本发明的一个方面提供了一种现场可重构配置的柔性连接方法，包括：将冗余元件和备份器件利用可编程多通道开关接入电路中，得到系统通道；利用矩阵法建立系统通道开关的数学模型；确定可用通道，利用可用通道进行数据通信；检测可用通道是否产生故障；在可用通道产生故障的情况下，检测可用通道的故障位置；将故障位置与系统通道的数学模型进行对照，判断故障位置处是否存在备用元件；如果故障位置处存在备用元件，则将备用元件加入系统中，得到新的系统通道；根据新的系统通道利用矩阵法建立新通道开关的数学模型；重新配置输入输出的映射关系，确定新的可用通道；利用新的可用通道进行数据通信。

其中，重新配置输入输出的映射关系，确定新的可用通道包括：接收上位机通过现场总线通信方式或者遥控器通过无线通信方式发送的配置指令；根据配置指令重新配置输入输出的映射关系，确定新的可用通道。

其中，系统通道开关的数学模型包括：多通道开关的矩阵，多通道开关的矩阵为利用矩阵描述的系统通道开关的m条输入和n条输出的状态，其中m≥2且为自然数，n≥2且为自然数；其中，系统通道开关的输入和输出的状态包括：信号从可编程的系统通道开关的第i条通道输入，第j条通道输出时，确定矩阵的(i，j)写作第一值，其他未输出的写作第二值的状态，其中，i≤m且为自然数，j≤n且为自然数。

其中，第i条通道包括一个或多个，第j条通道包括一个或多个。

其中，多通道开关的矩阵包括多个，系统通道开关还包括：等效开关，等效开关利用相邻的多通道开关矩阵相乘得到。

本发明另一方面提供了一种现场可重构配置的柔性连接装置，包括：接入模块，用于将冗余元件和备份器件利用可编程多通道开关接入电路中，得到系统通道；建立模块，用于利用矩阵法建立系统通道开关的数学模型；通信模块，用于确定可用通道，利用可用通道进行数据通信；检测模块，用于检测可用通道是否产生故障，在可用通道产生故障的情况下，检测可用通道的故障位置；判断模块，用于将故障位置与系统通道的数学模型进行对照，判断故障位置处是否存在备用元件，如果故障位置处存在备用元件，则将备用元件加入系统中，得到新的系统通道；建立模块，还用于根据新的系统通道利用矩阵法建立新通道开关的数学模型；配置模块，用于重新配置输入输出的映射关系，确定新的可用通道；通信模块，还用于利用新的可用通道进行数据通信。

其中，配置模块通过如下方式重新配置输入输出的映射关系，确定新的可用通道：配置模块，具体用于接收上位机通过现场总线通信方式或者遥控器通过无线通信方式发送的配置指令；根据配置指令重新配置输入输出的映射关系，确定新的可用通道。

其中，系统通道开关的数学模型包括：多通道开关的矩阵，多通道开关的矩阵为利用矩阵描述的系统通道开关的m条输入和n条输出的状态，其中m≥2且为自然数，n≥2且为自然数；其中，系统通道开关的输入和输出的状态包括：信号从可编程的系统通道开关的第i条通道输入，第j条通道输出时，确定矩阵的(i，j)写作第一值，其他未输出的写作第二值的状态，其中，i≤m且为自然数，j≤n且为自然数。

其中，第i条通道包括一个或多个，第j条通道包括一个或多个。

其中，多通道开关的矩阵包括多个，系统通道开关还包括：等效开关，等效开关利用相邻的多通道开关矩阵相乘得到。

由此可见，通过本发明提供的现场可重构配置的柔性连接方法及装置，在电气控制部分发生某些故障时的情况下，可以完成现场可重构配置的柔性连接，利用通道化、智能化的手段，在系统故障时对系统通道进行重建，以满足系统正常工作的要求，提高了系统元件的利用效率和系统整体的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的现场可重构配置的柔性连接方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的现场可重构配置的柔性连接方法的一种具体的流程图；

图3为本发明实施例提供的现场可重构配置的柔性连接装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

图1示出了本发明实施例提供的现场可重构配置的柔性连接方法的流程图，参见图1，本发明实施例提供的现场可重构配置的柔性连接方法，包括：

s1，将冗余元件和备份器件利用可编程多通道开关接入电路中，得到系统通道。

具体地，首先在系统中增加冗余和备份元件，利用本发明实施例提供的现场可重构配置的柔性连接方法，可以提高冗余和备份元件的利用效率，在现场出现设备故障时，可以及时有效地替用冗余备份器件，快速分析解决此类系统故障，现场快速恢复系统的正常工作。

s2，利用矩阵法建立系统通道开关的数学模型。

作为本发明实施例的一个可选实施方式，系统通道开关的数学模型包括：多通道开关的矩阵，多通道开关的矩阵为利用矩阵描述的系统通道开关的m条输入和n条输出的状态，其中m≥2且为自然数，n≥2且为自然数，其中系统通道开关的输入和输出的状态包括：信号从可编程的系统通道开关的第i条通道输入，第j条通道输出时，确定矩阵的(i，j)写作第一值，其他未输出的写作第二值的状态，其中，i≤m且为自然数，j≤n且为自然数。

具体实施时，系统通道开关的数学模型(也可称为可编程多通道开关模型)，是将开关的m条输入和n条输出的状态，用矩阵的方法描述。当信号从可编程多通道开关的第i条通道输入，第j条通道输出时，将矩阵的(i，j)写作“1”，其他未输出的写作“0”，如此，便可用矩阵实现对多通道开关的模型建立。如表1所示，当信号从1号通道输入时，其会从2号通道输出，而其他通道不会有输出。同理，当信号从m号通道输入时，其会从3号通道输出，其他通道无信号传出。如此，对于每一个特定的多通道开关，都有一个唯一的矩阵描述其当前的状态设置。对于系统中的多个冗余元件，可使用多个多通道开关，即多个矩阵描述整个系统开关的状态。每一个开关对应的矩阵，都可视为系统开关的一个“状态变量”。全部矩阵的集合，构成了系统开关的“状态空间”。

表1多通道开关的矩阵描述

作为本发明实施例的一个可选实施方式，第i条通道包括一个或多个，第j条通道包括一个或多个。具体地，对于多通道开关可进行灵活的配置，实现单入单出、单入多出、多入多出等不同的输入输出形式。如表1所示，当从开关的2号通道输入时，输出的1号和n号通道均有信号，以此实现单入多出。此外，由于存在多条线路，可实现信号的并行传输。设a信号从1通道传入，b信号从2通道传入，最终a信号从2通道传出，b信号从1和n通道传出，进入后面存在多冗余的器件中，以此进行并行信号的同时传输。

作为本发明实施例的一个可选实施方式，多通道开关的矩阵包括多个，系统通道开关还包括：等效开关，等效开关利用相邻的多通道开关矩阵相乘得到。具体地，相邻的多通道开关的矩阵可以相乘，根据矩阵乘法运算的意义，其结果等效为这两个开关的等效开关。设系统中存在某一m输入n输出的可编程多通道开关，可将其状态用矩阵a描述。又设其后存在一n输入p输出的可编程多通道开关，其状态用矩阵b描述。将这两个开关等效为一个m输入p输出的开关，令c＝a×b，则c矩阵为该等效开关的数学描述。同理，多个开关的等效描述，为多个矩阵的乘法。因此，利用矩阵乘法，可求出局部多个开关的等效开关，或是全部开关的等效开关，以便进行系统开关的计算分析和验证。

s3，确定可用通道，利用可用通道进行数据通信；

s4，检测可用通道是否产生故障；

s5，在可用通道产生故障的情况下，检测可用通道的故障位置；

s6，将故障位置与系统通道的数学模型进行对照，判断故障位置处是否存在备用元件；

s7，如果故障位置处存在备用元件，则将备用元件加入系统中，得到新的系统通道；

s8，根据新的系统通道利用矩阵法建立新通道开关的数学模型。

具体地，在使用时，可以先确定一个可用通道，利用该可用通道进行数据通信，当系统的某一环节出项故障时，检测故障位置，对照建立的系统通道开关的数学模型，分析故障处是否存在备用元件，若该环节处存在备用元件，将其加入系统，最终得到一条新的系统通道，得到新通道的数学模型。由此当系统某通道发生故障时，若存在由多路通道开关控制的冗余通道，则可研究该开关的矩阵，找出当前可用的通道，保证数据的正常通信。

s9，重新配置输入输出的映射关系，确定新的可用通道；

s10，利用新的可用通道进行数据通信。

具体地，可以对新通道开关的数学模型发出指令，重新配置输入输出的映射关系，确定新的可用通道，使信号从新的可用通道正常通过，以便利用新的可用通道进行数据通信。

作为本发明实施例的一个可选实施方式，重新配置输入输出的映射关系，确定新的可用通道包括：接收上位机通过现场总线通信方式或者遥控器通过无线通信方式发送的配置指令；根据配置指令重新配置输入输出的映射关系，确定新的可用通道。具体地，可以通过上位机利用现场总线通信方式发送配置指令，还可以开发可编程多通道开关的遥控器，利用无线通信的技术，实现现场对各个多通道开关快速控制，并发出矩阵配置指令，最终完成系统的通道重构和功能恢复。基于现场工作条件的复杂性，在利用现场总线通信方式不方便的情况下，可利用zigbee无线通讯技术，为系统的开关配置遥控装置，在发生故障时用遥控装置对各开关进行相应的配置，实现系统通道的柔性连接和可重构配置。

由此，本发明实施例提供的现场可重构配置的柔性连接方法，将各种可用的冗余元件和重要备份器件利用可编程多通道开关接入电路中，然后利用矩阵法建立多通道开关的数学模型。当系统的某一环节出项故障时，检测故障位置，对照此环节处多通道开关的矩阵模型，分析故障处是否存在备用元件。若该环节处存在备用元件，将其加入系统，最终得到一条新的系统通道，得到新通道的数学模型。然后对相关可编程通道开关发出指令，命令其重新配置输入输出的映射关系，使系统转换至其他可用通道。

由此可见，通过本发明实施例提供的现场可重构配置的柔性连接方法，在电气控制部分发生某些故障时的情况下，可以完成现场可重构配置的柔性连接，利用通道化、智能化的手段，在系统故障时对系统通道进行重建，以满足系统正常工作的要求，提高了系统元件的利用效率和系统整体的可靠性。

图2示出了本发明实施例提供的现场可重构配置的柔性连接方法的一种具体实施方式的流程图，以下结合图2，对本发明实施例提供的现场可重构配置的柔性连接方法进行进一步说明，参见图2，本发明实施例提供的现场可重构配置的柔性连接方法，包括：

将各种可用的冗余元件和重要备份器件利用可编程多通道开关接入电路中，然后利用矩阵法建立多通道开关的数学模型；

当系统的某一环节出项故障时，检测并确定故障位置；

对照多通道开关的数学模型，分析故障处是否存在备用元件；

如果存在备用元件，将其加入系统，最终得到一条新的系统通道，得到新通道的数学模型，分析可用重构通道；如果不存在备用元件，则确定不可重构，结束流程；

利用上位机，对相关可编程通道开关发出指令，命令其重新配置输入输出的映射关系，使系统转换至其他可用通道，或者开发可编程多通道开关的遥控器，利用zigbee无线通信的技术，发送开关指令，命令其重新配置输入输出的映射关系，使系统转换至其他可用通道，以重构通道；

完成系统的通道重构和功能恢复，利用新的可用通道完成数据通信。

以下，以一种具体的实现方案对本发明进行进一步说明，但是本发明并不局限于此：

本发明在对故障通路进行重构的过程中，加入了可编程多通道开关，以此连接电气系统中的冗余通路。假设系统中依次存在一个3路放大器，一个4路a/d和4路d/a，则可在这三个器件前分别选用n输入3输出、3输入4输出、4输入4输出的多通道开关，这里选择n＝2，它们的状态由表2，3，4中的矩阵给出。

表2三路放大器的矩阵描述

表3四路a/d的矩阵描述

表4四路d/a的矩阵描述

如表2，3，4所示，当信号接入输入通道1时，其可从开关的第2、3路输出，然后通过放大器的2、3路，进入a/d的多通道开关，从a/d的1,4路输出，之后通过d/a的多通道开关，从d/a的第2路输出。

将上面的三个矩阵做乘法，求得一个2×4的等效矩阵，如表5所示。通过表5知，将系统开关合并后，从1号通道输入，则从2号通道输出，这与前面求解的结果相吻合。

表5系统开关的等效矩阵描述

假设当前系统不能正常工作，经检测，接入的放大器的2,3路出现故障，则分析放大器的矩阵，发现有通道1冗余，则通过上位机或用现场无线控制，对此多通道开关发出指令，使其从1号通道输入时，可从1号通道输出。其矩阵可重新配置为表6所示。

表6重新配置后放大器的矩阵描述

然后可求出系统开关的等效矩阵，如表7所示。根据表7可知，此时系统开关的1,3号通道都有输出。此外，可再行配置其他开关的矩阵，最终实现系统路径的配置要求，实现系统的重构恢复。

表7重新配置后系统开关的等效矩阵描述

在以上示例中，最后重新配置为一个单输入多输出的系统。若系统中需要多路输入，如并行检测系统，则可按需要配置为多输入多输出的系统，以提高系统的信息传输和处理的能力。

图3示出了本发明实施例提供的现场可重构配置的柔性连接装置的结构示意图，本发明实施例提供的现场可重构配置的柔性连接装置利用上述现场可重构配置的柔性连接方法，在此仅对本发明实施例提供的现场可重构配置的柔性连接装置进行简要说明，其他未尽事宜，请参照上述现场可重构配置的柔性连接方法的相关说明，在此不再赘述，参见图3，本发明实施例提供的现场可重构配置的柔性连接装置，包括：

接入模块，用于将冗余元件和备份器件利用可编程多通道开关接入电路中，得到系统通道；

建立模块，用于利用矩阵法建立系统通道开关的数学模型；

通信模块，用于确定可用通道，利用可用通道进行数据通信；

检测模块，用于检测可用通道是否产生故障，在可用通道产生故障的情况下，检测可用通道的故障位置；

判断模块，用于将故障位置与系统通道的数学模型进行对照，判断故障位置处是否存在备用元件，如果故障位置处存在备用元件，则将备用元件加入系统中，得到新的系统通道；

建立模块，还用于根据新的系统通道利用矩阵法建立新通道开关的数学模型；

配置模块，用于重新配置输入输出的映射关系，确定新的可用通道；

通信模块，还用于利用新的可用通道进行数据通信。

作为本发明实施例的一个可选实施方式，配置模块通过如下方式重新配置输入输出的映射关系，确定新的可用通道：配置模块，具体用于接收上位机通过现场总线通信方式或者遥控器通过无线通信方式发送的配置指令；根据配置指令重新配置输入输出的映射关系，确定新的可用通道。

作为本发明实施例的一个可选实施方式，系统通道开关的数学模型包括：多通道开关的矩阵，多通道开关的矩阵为利用矩阵描述的系统通道开关的m条输入和n条输出的状态，其中m≥2且为自然数，n≥2且为自然数，其中，系统通道开关的输入和输出的状态包括：信号从可编程的系统通道开关的第i条通道输入，第j条通道输出时，确定矩阵的(i，j)写作第一值，其他未输出的写作第二值的状态，其中，i≤m且为自然数，j≤n且为自然数。

作为本发明实施例的一个可选实施方式，第i条通道包括一个或多个，第j条通道包括一个或多个。

作为本发明实施例的一个可选实施方式，多通道开关的矩阵包括多个，系统通道开关还包括：等效开关，等效开关利用相邻的多通道开关矩阵相乘得到。

由此可见，通过本发明实施例提供的现场可重构配置的柔性连接装置，在电气控制部分发生某些故障时的情况下，可以完成现场可重构配置的柔性连接，利用通道化、智能化的手段，在系统故障时对系统通道进行重建，以满足系统正常工作的要求，提高了系统元件的利用效率和系统整体的可靠性。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。