飞行控制计算机出现板卡故障的飞行容错控制方法及系统

1.本发明属于飞行器控制技术领域，特别涉及一种飞行控制计算机出现板卡故障的飞行容错控制方法及系统。


背景技术：

2.随着科学技术的飞速发展和高科技的广泛普及，计算机已成为各行各业最常用的工具之一。飞机飞行控制系统计算机已经在飞行控制领域普及，但计算机维修知识较为复杂。飞机在飞行过程中会遇到各种不能解决的计算机硬件故障。
3.主板是微型计算机系统中最大的一块电路板，有时又称为母板或系统板，是一块带有各种插口的大型印刷电路板(pcb)。它将主机的中央处理器(cpu)芯片、存储器芯片、控制芯片、只读存储器(rom)、基本输入输出系统(bios)芯片等结合在一起。主板是负责连接电脑配件的桥梁，其工作的稳定性直接影响着飞行控制系统能否正常运行。由于它所集成的组件和电路多而复杂，因此产生故障的原因也相对较多。
4.飞行控制系统若失去正常运行的能力，大概率是由于飞行控制计算机板卡出现故障导致某些飞行控制模块无法正常工作，其可被观测到的明显特征是飞行控制系统内信息出现丢失，最终导致飞行控制系统在计算机板卡出现故障时无法进行正常控制。


技术实现要素：

5.为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种飞行控制计算机出现板卡故障的飞行容错控制方法及系统，旨在解决现有技术中飞行控制系统在计算机板卡出现故障时无法进行正常控制的问题。
6.为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：第一方面，本发明提供一种飞行控制计算机出现板卡故障的飞行容错控制方法，包括以下步骤：构建故障标准信息库，故障标准信息库中存储多个故障标准信息，每个故障标准信息对应不同的具体故障；构建容错控制标准指令库，容错控制标准指令库中存储多个容错控制标准指令，每个容错控制标准指令对应不同的计算机板卡的故障状态；获取计算机板卡的运行数据，计算机板卡的运行数据超过预设的告警门限值，生成对应的通信故障信息；获取中央处理器中的运行数据，根据中央处理器中的运行数据和通信故障信息检测计算机板卡的故障状态，生成对应的固件故障信息；将通信故障信息和固件故障信息与故障标准信息库进行匹配，得到对应的具体故障；将具体故障与容错控制标准指令库进行匹配，得到对应的容错控制标准指令，将容错控制标准指令发布给飞机，完成容错控制。
7.第二方面，本发明提供一种飞行控制计算机出现板卡故障的飞行容错控制系统，包括：故障标准信息库构建模块，用于构建故障标准信息库，故障标准信息库中存储多个故障标准信息，每个故障标准信息对应不同的具体故障；容错控制标准指令库构建模块，用于构建容错控制标准指令库，容错控制标准指令库中存储多个容错控制标准指令，每个容错控制标准指令对应不同的计算机板卡的故障状态；通信故障信息生成模块，用于获取计算机板卡的运行数据，计算机板卡的运行数据超过预设的告警门限值，生成对应的通信故障信息；固件故障信息生成模块，用于获取中央处理器中的运行数据，根据中央处理器中的运行数据和通信故障信息检测计算机板卡的故障状态，生成对应的固件故障信息；故障匹配模块，用于将通信故障信息和固件故障信息与故障标准信息库进行匹配，得到对应的具体故障；容错控制模块，用于将具体故障与容错控制标准指令库进行匹配，得到对应的容错控制标准指令，将容错控制标准指令发布给飞机，完成容错控制。
8.第三方面，本发明提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行计算机程序时实现上述方法的步骤。
9.第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。
10.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明提出的一种飞行控制计算机出现板卡故障的飞行容错控制方法及系统，飞行控制系统信息检测模块通过与飞行控制系统通信模块通讯，可以直接检测并记录丢失的飞行控制系统内的信息；板卡处理器自检模块通过获取运行数据，等于获取了飞行控制系统计算机板卡的环境信息，进而对整个飞行控制系统计算机板卡可能出现故障的模块实现监测；在飞行控制系统信息检测模块确认故障指令后，通过发送到飞机地面站通信模块，可以避免故障指令在断电之后丢失，且仅存储故障指令，也能够有效减小对无用或重复数据的传输和存储。通过构建的容错控制标准指令库模块，使得飞行控制系统可以依据故障信息简单、快速地做出容错控制指令。本发明面向飞行控制系统计算机板卡故障的飞机飞行容错控制系统可以自动对飞行控制系统计算机板卡故障产生的原因进行检测和分析，且整个计算机板卡故障诊断系统对数据处理能力的要求较低，不需要使用高成本的处理器进行辅助运算，故障标准指令库内包括多个故障标准指令，使得不同的具体主板故障能和相应的故障标准信息对应，可以有效的节约诊断成本，适合进行规模化生产和推广。
11.进一步地，为了后续能够实现依据信息来采取容错控制标准指令，不同的通信故障指令和固件故障指令会具备不同编码，以便区分具体的故障。
12.进一步地，时间信息可以直观知晓故障发生的时间，时间信息可以作为一个有效的区别，同时也可以知晓故障持续的时间。数据信息则可以直观的展示故障的严重程度。故障信息保证后续遇到相同故障时能够有效识别。
附图说明
13.为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，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相关的附图。
14.图1为本发明面向飞行控制系统计算机板卡故障的飞机飞行容错控制系统组成结构示意图。
15.图2为本发明面向飞行控制系统计算机板卡故障的飞机飞行容错控制方法流程图。
16.图3为本发明面向飞行控制系统计算机板卡故障的飞机飞行容错控制方法的系统图。
17.图4为本发明面向飞行控制系统计算机板卡故障的飞机飞行容错控制方法的整体工作流程图。
具体实施方式
18.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
19.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
21.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
22.此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
23.在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
24.下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1，本发明实施例公开了一种飞行控制计算机出现板卡故障的飞行容错控制系统，如图1所示，容错控制系统包括：故障信息库模块、飞行控制系统信息检测模块、板卡处理器自检模块、飞机地面站通信模块和容错控制标准指令库模块。
25.故障信息库模块存储多个故障标准信息，并对每个故障标准信息匹配对应的具体故障；飞行控制系统信息检测模块用于获取计算机板卡的运行数据，并判断计算机板卡的运行数据是否超过预设的告警门限值，将超过预设的告警门限值的数据生成对应的通信故障信息；板卡处理器自检模块用于获取中央处理器中的运行数据，并根据中央处理器中的运行数据和飞行控制系统信息检测模块获取的通信故障信息，检测计算机板卡的故障状态，生成对应的固件故障信息；飞机地面站通信模块接收飞行控制系统信息检测模块的通信故障信息和板卡处理器自检模块的固件故障信息；容错控制标准指令库模块存储多个容错控制标准指令，并对每个容错控制标准指令匹配对应的计算机板卡的故障状态，地面站依据容错控制标准指令库，匹配与通信故障信息或固件故障信息对应的容错控制标准指令，并将容错控制标准指令发布给飞机，实现容错控制。
26.具体的：故障信息库模块：构建故障标准信息库，所述故障标准信息库中存储有多个故障标准信息，每个故障标准信息对应不同的具体故障。
27.飞行控制系统信息检测模块：检测是否有丢失的控制系统内信息，根据丢失的控制系统内信息，则生成对应的通信故障信息。
28.板卡处理器自检模块：获取计算机板卡的运行数据，根据通信故障信息对计算机板卡的中央处理器进行检测，获取计算机板卡中的运行数据，依据运行数据信息生成对应的固件故障信息。
29.飞机地面站通信模块：将通信故障信息和固件故障信息发送到飞机地面站通信模块中；用户通过地面站操作，可以查看所有的通信故障信息或固件故障信息，并依据所述容错控制标准指令库，匹配与所述通信故障信息或固件故障信息对应的容错控制指令；显示该容错控制指令以及对应的具体故障信息。
30.容错控制标准指令库模块：构建容错控制标准指令库，所述容错控制标准指令库中存储有多个容错控制标准指令，每个容错控制标准指令处理对应的计算机板卡故障。
31.本发明提出的一种飞行控制计算机出现板卡故障的飞行容错控制方法，如图2所示，包括以下步骤：构建故障标准信息库，故障标准信息库中存储多个故障标准信息，每个故障标准信息对应不同的具体故障；构建容错控制标准指令库，容错控制标准指令库中存储多个容错控制标准指令，每个容错控制标准指令对应不同的计算机板卡的故障状态；获取计算机板卡的运行数据，计算机板卡的运行数据超过预设的告警门限值，生成对应的通信故障信息；获取中央处理器中的运行数据，根据中央处理器中的运行数据和通信故障信息检
测计算机板卡的故障状态，生成对应的固件故障信息；将获取的通信故障信息和固件故障信息发送到飞机地面站通信模块中，地面站根据容错控制标准指令库匹配与通信故障信息或固件故障信息对应的容错控制标准指令，将容错控制标准指令发布给飞机，完成容错控制。
32.本发明提出的一种飞行控制计算机出现板卡故障的飞行容错控制方法的控制系统，如图3所示，包括：故障标准信息库和容错控制标准指令库的构建模块，所述故障标准信息库和容错控制标准指令库的构建模块用于构建故障标准信息库，故障标准信息库中存储多个故障标准信息，每个故障标准信息对应不同的具体故障；构建容错控制标准指令库，容错控制标准指令库中存储多个容错控制标准指令，每个容错控制标准指令对应不同的计算机板卡的故障状态；通信故障信息获取模块，所述通信故障信息获取模块用于获取计算机板卡的运行数据，计算机板卡的运行数据超过预设的告警门限值，生成对应的通信故障信息；固件故障信息获取模块，所述固件故障信息获取模块用于获取中央处理器中的运行数据，根据中央处理器中的运行数据和通信故障信息检测计算机板卡的故障状态，生成对应的固件故障信息；容错控制模块，所述容错控制模块用于将获取的通信故障信息和固件故障信息发送到飞机地面站通信模块中，地面站根据容错控制标准指令库匹配与通信故障信息或固件故障信息对应的容错控制标准指令，将容错控制标准指令发布给飞机，完成容错控制。
33.本发明提出的一种飞行控制计算机出现板卡故障的飞行容错控制方法的整体工作原理及工作过程，如图4所示，具体包括如下步骤：步骤1，构建故障标准信息库，故障标准信息库中存储有多个故障标准信息，每个故障标准指令对应不同的具体故障。
34.故障标准指令库包括多个故障标准指令，使得不同的具体主板故障能和相应的故障标准信息对应，同时为了后续能够实现依据信息来采取容错控制标准指令，每个故障信息包括通信故障信息、固件故障信息，二者需要采用同样的编码方式设置一个标准编码，且每种故障标准信息对应的标准编码不一样，以作区别。例如，通信故障信息编码方式为ermcm000001，固件故障信息编码方式为ermsl000001。其各自对应的标准信息也不同分别为，ermst000001，ermst000301。
35.步骤2，获取计算机板卡的运行数据；若运行数据超过预设的告警门限值，则生成对应的通信故障信息。
36.步骤3，板卡处理器自检模块与飞行控制系统计算机板卡的中央处理器（即cpu）进行通讯，获取中央处理器中的运行数据，依据运行数据和通信故障信息检测板卡故障，生成对应的固件故障信息。
37.飞行控制系统计算机板卡的中央处理器具备的数据处理能力，使得中央处理器通常可以对计算机板卡内部的一些运行数据进行采集，使得板卡处理器自检模块可以直接通过与中央处理器进行通讯，并检测信息是否超过报警阈值，随后可以获取中央处理器检测到的故障信息，板卡处理器自检模块在接收到故障信息后，便会依据该故障信息生成对应的固件故障指令。同时，板卡处理器自检模块作为一个监测模块，其外围还具备多种检测传
感器，能够对计算机板卡的外部运行环境进行有效的检测，结合通信故障信息先模糊估计具体故障类型，在采集的运行数据出现超过告警门限值的情形时，同样会对应生成的固件故障指令。通过这两种检测方式的结合，便可以实现对整个计算机板卡内外运行环境的全面监测。这里需要说明，通信故障信息和固件故障信息的实际生成时的编码规则都是与故障标准信息一致的，分为通信故障信息和固件故障信息仅仅是针对故障来源不同；不同的通信故障指令和固件故障指令会具备不同编码，以便区分具体的故障。
38.步骤4，将通信故障信息、固件故障信息发送到飞机地面站通信模块中。
39.在生成通信故障信息、固件故障信息之后，如果仅在飞行控制系统中进行临时存储，那么一旦遇到掉电之类的故障或者存储模块故障时，则会直接导致所有的通信故障信息和固件故障信息丢失，从而导致后续无法进行准确的故障排查和分析。因此这里采用了将通信故障信息和固件故障信息发送到飞机地面站通信模块中，以保证故障信息得以保存，且能实现地面站用户的信息实时可观性。
40.步骤5，地面站可以接收通信故障信息、固件故障信息，并依据故障标准指令库，匹配与通信故障信息、固件故障信息对应的容错控制标准指令，将容错控制指令发布给飞机，完成容错控制。
41.在飞行控制系统启动后，无需用户操作本发明所述的容错控制系统会自动运行，容错控制系统会不停进行通信故障信息和固件故障信息的发布和订阅，然后在故障标准指令库中通过扫描的方式匹配到与编码一致的标准编码，进而获取对应的具体故障信息，这样就完成了对飞行控制系统计算机板卡故障的监测。
42.获取到具体故障信息后，便可以通过地面站展示具体故障信息，以便用户能够快速的了解飞机的状态并且进行故障清除。在本发明中，不仅有包括基本错误类型的具体故障信息，还有针对故障信息的容错控制方式，提高了容错控制的快速性与准确性。
43.地面站根据容错控制标准指令库匹配与通信故障信息或固件故障信息对应的容错控制标准指令的步骤如下：解析出所述通信故障信息、固件故障信息的编码信息、数据信息、时间信息；依据通信故障信息和固件故障信息的时间信息获取故障持续时间；依据通信故障信息和固件故障信息的数据信息获取故障的严重程度；依据所述通信故障信息、固件故障信息的编码信息对容错控制标准指令库进行扫描，获取与所述通信故障指令、固件故障指令的编码信息对应的容错控制标准指令，并将其交由飞行控制系统处理并实施。
44.本发明提出的一种飞行控制计算机出现板卡故障的飞行容错控制方法中，每个所述通信故障指令和固件故障指令皆包括编码信息、数据信息、时间信息；每个所述故障标准指令皆包括不同的标准编码信息、所述具体故障信息；所述编码信息和所述标准编码信息的生成规则一致。运行数据包括电压数据、电流数据、温度数据、风扇运行数据，所述电压数据、电流数据、温度数据、风扇运行数据分别对应不同的报警阈值。
45.本发明提出的一种飞行控制计算机出现板卡故障的飞行容错控制方法，通过与中央处理器通讯，可以直接获取计算机板卡的中央处理器获取运行数据，可以获取计算机板卡外围环境的信息，进而对整个计算机板卡可能出现故障的模块实现监测；通过构建故障标准信息库，使得故障指令可以简单、快速锁定具体故障。构建容错控制标准指令库，可以
自动在计算机板卡故障产生的故障的情况下，对飞行控制系统进行容错控制，这使得整个计算机板卡故障容错控制方法对数据处理能力的要求较低，不需要使用高成本的处理器进行辅助运算，可以有效的节约成本。
46.在本发明中，如果生成的通信故障信息和固件故障信息并没有匹配到故障标准信息库，则需要及时对故障标准信息库中的故障标准信息进行补充更新，以保证后续遇到相同故障时能够有效识别。通信故障信息和固件故障信息中除了包含作为标记的编码外，通常还包括时间信息和数据信息。时间信息可以直观知晓故障发生的时间，毕竟不是所有的故障都会直接让计算机板卡停止运行或掉电，因此在之后进行故障排查时，可能会需要面临同时匹配多条通信故障信息、固件故障信息的情形，而时间信息可以作为一个有效的区别，同时也可以知晓故障持续的时间。数据信息则可以直观的展示故障的严重程度。
47.在本发明中，每个容错控制标准指令皆包括具体板卡故障信息、飞机位置信息、飞机速度信息、飞机姿态信息，控制模式信息；每个容错控制标准指令的生成规则和飞行控制系统的一致。非致命的板卡故障以及所造成的信息丢失可以通过飞行控制系统以及地面站进行调节，譬如：由地面站向飞行控制系统发送所需要的控制信息，使得飞机继续飞行任务；遭遇致命的板卡故障则需要地面站协助，更改飞行模式，使飞机尽快降落。
48.故障标准信息的标准编码信息主要用作区别标记，且可以通过标准编码信息来获取对应的具体故障信息；当获取通信故障信息和固件故障信息后，便可以通过匹配编码信息和标准编码信息来获取对应的具体故障信息，通过这种方式可以极大的减少数据传输和存储的压力，且容易更准确的进行故障定位。
49.本发明一实施例提供的终端设备，该实施例的终端设备包括：处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序。所述处理器执行所述计算机程序时实现上述各个方法实施例中的步骤。或者，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能。
50.所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器中，并由所述处理器执行，以完成本发明。
51.所述终端设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述终端设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器。
52.所述处理器可以是中央处理单元(centralprocessingunit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digitalsignalprocessor，dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmablegatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。
53.所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述终端设备的各种功能。
54.所述终端设备集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，
可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器（rom，read-onlymemory）、随机存取存储器（ram，randomaccessmemory）、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
55.本发明提出的一种飞行控制计算机出现板卡故障的飞行容错控制系统具有以下关键点：1）容错控制系统必须具有一定的鲁棒性，在出现故障时，可以应对飞机模型的不确定性和外部干扰；2）配套的故障检测与隔离系统，可以更好更高效地监测舵面状态，辅助容错控制系统调整无人机姿态；3）无人机任务模块应该将舵面的故障纳入考虑的范围，在飞行性能降低的情况下选择平缓的飞行姿态进行飞行任务。
56.本发明公开的一种飞行控制计算机出现板卡故障的飞行容错控制方法，该方法采取自适应多模型观测器模块实现对舵面故障的监测与隔离，其可以工作在整个飞行包线上，能够应对舵面任意位置的卡死和摆动故障。采取控制分配器模块结合非线性动态逆容错控制器模块补偿出现的舵面故障，对无人机的姿态进行调整并使其保持稳定。本发明主要就最常见的飞行控制计算机板卡故障进行容错控制，使飞机在飞行中遭遇飞行控制计算机板卡故障时，依然可以安全稳定的运行。该方法采取自适应观测器与自适应学习来确保在传感器故障时，采取必要的容错控制以避免误控制的发生。例如对飞机的传感器增益的变化和恒偏差等故障，可以通过飞行控制软件补偿进行修正等。以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。