冗餘信號的處理系統、相關方法和包括這類系統的航空器的製作方法

2024-03-24 02:32:05 2

專利名稱：冗餘信號的處理系統、相關方法和包括這類系統的航空器的製作方法
技術領域：
本發明涉及冗餘信號的處理系統、相關方法以及包括這類系統的航空器，以期監控和鈍化影響這些冗餘信號的源的不穩定的(erratique)或擺動的故障。
背景技術：
現今很多系統使用多個冗餘信號，這些冗餘信號代表同一物理量並來自多個源。 這尤其是行動裝置中的機載系統的情形，例如被設置用於航空器的電動飛行控制系統。多個冗餘源的使用實際上極大地提高了使用這些多個冗餘源的系統的可靠性。出於簡明的考量，儘管本發明適用於各種類型的系統，但在下文中將主要參照這類電動飛行控制系統來闡述本發明。因此，圖1示意性地示出用於航空器2的電動飛行控制系統的計算機1。計算機1 獲取來自飛行員的指令{Ci}，如操作杆位置，然後將指令轉譯(模塊10)為控制目標{0i}。同時，表示物理量的數值的測量，如風速測定和/或GPS測定和/或慣性測量，藉助於航空器的傳感器20進行實施。儘管考慮多個數值時本發明也適用，但在圖上和對於下文，僅示出和考慮所生成的數值集中的單一值，其記為X。控制目標{Oi}和值X由控制律11使用，以計算待應用於航空器2的操縱機構的合適的操縱命令{OGi}。由於電動飛行控制系統是關鍵的，因而其所集成的計算機1藉助多個冗餘源20， 通常通過雙重或三重冗餘，來獲取同一物理量X。從這些冗餘源獲得的值在圖上以信號 {XI，. . . XN}的形式示出。冗餘信號的使用允許通過使用由冗餘信號處理系統12實施的對源20的監控和鈍化原理，來整理進入控制律11中的有效值X。通過對冗餘信號{XI，. . . XN}的分析來實行由模塊12對源中故障進行的監控，通常以便確定和排除在記為T的預定時間期間被證實是錯誤的信號(並因此排除相關聯的有故障的源)。源的鈍化在於限制這類故障的影響，以避免例如值X的飽和起步(d6part en saturation)(或 『『embarquement (裝載)，，)。這些機構部分地在2004年Hoong Chuin Lau等著的公開文獻「Evaluation of time-varying availability in multi-echelon spare parts systems with passivation(帶鈍化的多級備件系統中的時變可用度評估)，，中述及。作為說明，在控制律計算機1中，對源的監控可具有將來自不同冗餘源的信號 {XI，. . . XN}相互間進行比較的形式，例如通過確定這些信號中的每一個和這些信號的線性組合之間的偏差來比較。然後，當在時限T中對於信號之一該偏差超過某一容許(或監控) 極限時，則宣告有故障並排除對應的源。為在檢測故障所必需的時間⑴內限制故障對控制律11和飛機2的性能的影響， 因而應用故障的鈍化算法。
這些算法例如包括在時間T+ ε期間，凍結在檢測到一個源與其它源存在偏差的時刻to的有效值X。因此，如果to < t < tO+T+ ε，則在時刻t的有效值是時刻to的有效值。在時窗T+ε後，有效信號重新變成為當前信號。然而這些機構並不總是適合於對影響源的信號{XI，. . . ΧΝ}的不穩定的或擺動的故障進行監控和鈍化。例如，在冗餘信號在時限T的期間交替地表現為有效的和錯誤的這種情形中，由於沒有信號在整個時段T期間都是錯誤的，因而現有技術的監控機構既不會啟動故障檢測，也不會將對應的源排除。因此，在時期T結束時，有效值X也存在是錯誤的風險，這是因為考慮了交替地表現為錯誤的當前信號。對於不同類型的現有故障、尤其是不穩定的或擺動的故障，監控和鈍化機構因而顯得並不是足夠可靠的。

發明內容
本發明旨在通過尤其提出一種冗餘信號處理系統來消除這種弊端，這種系統包括-輸入端，用於接收來自源的多個冗餘信號；-計算模塊，其基於冗餘輸入信號計算當前有效信號；-源的監控和鈍化模塊，其適於檢測在所述計算中考慮的錯誤信號，和適於從計算中根據至少一標準(例如上述的時段Τ)排除所述錯誤信號；和-輸出端，用於當沒有檢測到任何錯誤信號時，將所計算的所述當前有效信號作為有效輸出信號發送；其特徵在於，所述處理系統此外包括這樣的部件其用於一旦檢測到錯誤信號就切換到凍結模式，在所述凍結模式中，所述有效輸出信號在輸出端被凍結；和用於一旦不再檢測到任何錯誤信號則回到發送模式，在所述發送模式中，所計算的所述當前有效信號作為有效輸出信號被發送。本發明因此提供更為有效的監控和鈍化機構。實際上，根據本發明的監控總是保證檢測和排除有故障的源，而通過用於進行切換的部件的使用，鈍化得到顯著改善。這尤其是來源於這樣的事實以後，在有效輸出信號的凍結模式和所計算的有效信號的發送模式之間的切換「實時」被啟動，即自檢測到故障(失效)或故障(失效)消失起就被啟動。因此保證了沒有任何有效輸出信號產生自基於錯誤的輸入信號所進行的計算，這與關於不規則或不穩定類型的故障的已知的可靠性較差的技術正相反。為提高系統的可靠性，可考慮系統包括這樣的部件其用於在滑動時窗上確定表示時間——在該時間期間所述系統處於凍結模式——的量值，以自該量值達到排除極限值起，從計算中排除在所述時窗的時限過程中被檢測為是錯誤的至少一信號。這種設置允許與已知技術相反地，最終性地排除經歷不規則或不穩定類型的故障的故障源。這種排除因而允許僅藉助可靠的源來重新執行當前有效信號的計算。可調整排除極限值，以根據不穩定的或擺動的故障的頻率來調節排除機構的靈敏度。當有效輸出信號在第三方系統中作為伺服參考被使用時，這種增強的可靠性顯得
5特別地有效。實際上，在沒有這種確定機構時，有效輸出信號可隨時間被準凍結，從而會由於伺服循環引起命令的不一致。特別地，所述監控和鈍化模塊被設置用以在所述滑動時窗上確定表示其中信號被檢測為是錯誤的時間的量值，以便一旦該量值達到所述排除極限值就從計算中排除被檢測為錯誤的信號。這種設置保證對錯誤信號的更為精確的識別和因此對要排除的源的更為精確的識別，這是因為一時間(即所述量值)計時器可被分配給每個輸入信號。在一實施方式中，所述監控和鈍化模塊包括適於對於至少一輸入信號生成表示輸入信號的錯誤狀態或非錯誤狀態的布爾值的部件。這種設置允許獲得特別是在存在不穩定的或擺動的故障時，同時用於控制鈍化機構(切換)和監控機構(排除)的有效工具(布爾值)，這是因為該布爾值允許容易地設置統計，可利用這些統計進行決策。實際上，根據本發明的一特別的特徵，輸入信號的布爾值控制在所述滑動時窗上記錄所述量值的計時器，並且所述監控和鈍化模塊包括所述計時器與所述排除極限值的比較器，用以給所述計算模塊生成與所述計時器相關聯的排除輸入信號的排除信號。由這樣生成的布爾值進行控制的計時器的使用顯得無論在通過軟體指令還是硬體電路進行實施方面都較為簡單。這尤其從一實施方式得到體現，在該實施方式中設置成使計時器包括-換向器，換向器通過布爾值在與等於「1」的寄存器相連接的位置和與等於「0」的寄存器相連接的位置之間被控制，-加法器，加法器在輸入端接收換向器的輸出值和計時器的輸出值，以根據布爾值使計時器增量，-等同滑動時窗的時限的延遲器，延遲器在輸入端接收換向器的輸出值，-減法器，用於從所述加法器的輸出值中減去從所述延遲器輸出的延遲值，並因此產生所述計時器的輸出值。在這種設置中，計時器藉助於較為簡單實施的邏輯來實現。根據本發明的一特徵，監控和鈍化模塊包括與每個輸入信號相關聯的一計時器， 並且被布置用以關於每個輸入信號生成表示錯誤狀態的一布爾值。這樣，可容易識別出於不穩定的或擺動的故障而要被排除的輸入信號(和因此源)。作為變型，當兩個輸入信號在所述計算中被考慮時，監控和鈍化模塊包括唯一的計時器，和被布置用以生成表示兩個輸入信號所公共的錯誤狀態的唯一布爾值。這種設置限制所使用的資源和適於相對於兩個獲得的值確定錯誤的雙重冗餘的情形。實際上，在此情形中，兩值通常被一起宣告是錯誤的。在一實施方式中，適於生成表示輸入信號的錯誤狀態的布爾值的所述部件包括比較器，該比較器的輸出值對應所述布爾值，並且該比較器將所述輸入信號與基於所述輸入信號所計算的參考信號之間的偏差與容許極限值加以比較。參考信號可尤其等於所計算的當前有效信號，或實施不同的計算。需要注意的是，在僅存在兩冗餘輸入信號時，偏差可通過減法邏輯的簡單實施獲得。這種實施方式也顯得易於實施。特別地，監控和鈍化模塊包括或邏輯函數，其在輸入端接收表示在計算中所考慮的輸入信號的錯誤狀態的布爾值，和在輸出端生成所述切換部件的控制信號。這種邏輯易於實施，允許獲得有效地控制根據本發明的故障鈍化機構的唯一信號。在本發明的一實施方式中，所述切換部件包括由所述監控和鈍化模塊控制的換向器，該換向器用於向所述輸出端轉換對於凍結模式的有效輸出信號和對於發送模式的所計算的當前有效信號。作為示例，在凍結模式中，換向器可本身將有效信號的輸出模塊閉合。特別地，切換部件此外可包括斜率限制器，所述斜率限制器適於在向所述發送模式切換時實現凍結的有效輸出信號和所計算的當前有效信號之間的受控過渡。這種設置允許，在例如產生於源排除的當前有效信號明顯不同於在引起該排除的監控階段期間被凍結的有效輸出信號時，避免過於突然的過渡。相應地，本發明涉及冗餘信號的處理方法，這種方法包括以下步驟-在輸入端接收來自源的多個冗餘信號；-基於冗餘輸入信號計算當前有效信號；-檢測在所述計算中考慮的至少一錯誤信號，從計算中和當達到至少一標準時排除所述錯誤信號；和-當沒有檢測到任何錯誤信號時，將所計算的所述當前有效信號作為有效輸出信號發送；其特徵在於，所述方法包括這樣的步驟，其在於一旦檢測到錯誤信號就對有效輸出信號進行凍結，和這樣的步驟，其在於一旦不再檢測到任何錯誤信號就重進入所計算的當前有效信號以有效輸出信號進行發送的發送模式。該方法具有與前文所述的處理系統相似的優點，尤其是有效輸出信號從不會被在所述計算時被考慮的錯誤的輸入信號破壞的事實。作為選擇，該方法可包括與系統的上述特徵有關的步驟。特別地，該方法可包括在滑動時窗上確定表示時間——在該時間期間信號是錯誤的——的量值以一旦該量值達到排除極限值就從計算中排除該錯誤信號的步驟。此外，可提出對於至少一輸入信號，生成表示輸入信號的錯誤或非錯誤狀態的布爾值；使用該布爾值，用以更新在滑動時窗上記錄所述量值的計時器，和比較計時器與排除極限值，用以生成與計時器相關聯的輸入信號的排除信號；使用該布爾值，用以控制一換向器，該換向器被設置用以在輸出端轉換用於凍結模式的有效輸出信號和用於發送模式的所計算的當前有效信號。本發明還涉及用於航空器的電動飛行控制系統，這種系統包括計算機，計算機用於接收指令和來自源的冗餘信號，所述計算機包括控制律模塊，該模塊接收對應指令的信息和至少一有效信號，以生成航空器的操縱命令，計算機還包括如上所述的處理系統，處理系統適於對接收的冗餘信號進行處理以生成輸入控制律模塊的所述有效信號。本發明還涉及包括如上所述的電動飛行控制系統的航空器。電動飛行控制系統和航空器具有與上文所述的處理系統相類似的優點，並且作為選擇它們可包括涉及處理系統的上述特徵的部件。


本發明的其它特徵和優點還將在參照附圖所示的下文描述中得到展示，附圖中-圖1示出用於航空器的電動飛行控制系統；-圖2示意性地示出根據本發明的冗餘信號處理系統；-圖3示出在圖2的系統中應用的在三重冗餘的情況下對參考信號的確定；-圖4示意性地示出圖2的處理系統的輸出模塊；-圖5示出在三重冗餘的情形中，在圖2系統中內置的信號Xl的監控模塊；-圖6示意性地示出在三重冗餘的情形中，根據本發明的冗餘信號處理系統的組成件；-圖7示出圖2系統的排除模塊，其被設置用以確定輸入信號是否應被排除；-圖8示意性地示出在三重冗餘的情形中根據本發明的冗餘信號處理系統，不過其僅使用兩個輸入信號來生成一有效輸出信號；-圖9示出在多重冗餘的情形中根據本發明的冗餘信號處理系統；和-圖10示出在雙重冗餘的情形中根據本發明的冗餘信號處理系統。
具體實施例方式圖2示意性地示出根據本發明的一實施方式的冗餘信號處理系統。圖2的系統可尤其地由形成圖1的電動飛行控制計算機的一部分的系統12組成。系統12包括輸入端E1，...，EN，用於接收來自源20的多個冗餘信號XI，...， XN ；計算模塊120，用於例如按函數F:U = F(XI,. . .，XN)，利用冗餘輸入信號計算當前有效信號U ；輸出模塊122，其與計算模塊120相連接，用於在正常的發送模式Ml中將所計算的所述當前有效信號(U)作為有效輸出信號(X)發送。計算當前有效信號U的計算模塊120可使用不同的信號計算技術或在輸入端的冗餘信號XI，...，XN之中選擇一代表信號的選擇技術。圖3示出，例如，當冗餘輸入信號是三個信號即X1、X2和X3時選擇出一中間信號。在該示例中，模塊120在這三個輸入信號間進行表決，這在於在給定時刻，取對應所述輸入信號的三個值之中的中間值作為參考值(和因此作為當前有效值U)。中間值尤其是介於其它兩個值之間的值(圖上加粗表示)。在雙重冗餘(僅僅兩個輸入信號Xl和似)的情形中，參考值U可是這兩值的平均值。一般性地，計算模塊120也可應用輸入信號XI，...，XN的線性函數(例如平均值這)。
N回到圖2，系統還包括源的監控和鈍化模塊124，該模塊在輸入端接收冗餘信號 Xl,...,XN,和一旦其檢測到在所述計算中考慮的冗餘信號XI，...，XN是錯誤的，就生成給輸出模塊122的鈍化信號SP，和一旦對錯誤信號的檢測滿足至少一標準、例如在時限為T的滑動時窗中的一時間段時，則生成排除冗餘信號XI，...，XN的排除信號SE，如在下文中將看到的。作為變型，這種排除可在如果出現信號的過大錯誤(過大幅度等)的情況下立即被啟動。
輸出模塊122尤其包括這樣的部件在接收到指示已檢測到錯誤信號的鈍化信號 SP時，用於切換到凍結模式M2，在凍結模式中有效輸出信號X在輸出端S被凍結；和在沒有鈍化信號SP時(因而一旦不再檢測到任何錯誤信號)就回到發送模式M1，在發送模式中所計算的當前有效信號U作為有效輸出信號X被發送。一般性地，這裡所述的不同模塊可通過同一時鐘調控(cadencer)，以在一個時鐘循環(從t-Ι到t)實施所有計算。作為說明，鈍化信號SP因此在每個時鐘循環進行更新。圖4示出輸出模塊122的一實施方式，該輸出模塊包括由來自模塊124的鈍化信號SP控制的換向器1220、以及斜率限制器1222。在發送模式Ml (沒有信號SP或零信號)，換向器1220位於位置Pl，用於提供由模塊120計算的當前有效信號U給限制器1222的輸入端。在穩定運行時，即在其輸出值s = X等於輸入值e時，限制器1222傳送輸入的信號，同時將其變化速度限制在最大值。在凍結模式M2 (存在信號SP或非零信號)，換向器1220轉換到第二位置P2上，在該第二位置，限制器1222本身再被閉合，從而允許存儲在該時刻的有效輸出值。在此情形下，輸出值X被凍結，從而避免考慮可能來自於基於錯誤信號XI... XN的計算的值U。此外，可將限制器1222由定義最大過渡斜率或最大過渡率的常數k來參數表示。 因此，當換向器1220重新切換到第一位置Pl時(由於以後不再有任何信號SP發送)，則限制器1222保證有效輸出值s = X逐漸地(根據參數k的逐漸過渡)吻合輸入值e = U，條件是如果這兩個值在重新切換時是不同的話。現在參照圖5和圖8描述在三重冗餘(XI、X2、X3)的情形中的監控和鈍化模塊 124。在該示例中，監控/鈍化基於在輸入信號之中對中間信號的表決，以獲得用於進行監控的參考值，該參考值記為VR，例如以與圖3相類似的方式獲得。當然，用於監控的參考值VR的獲取機構可以是其它性質的(例如，線性函數的計算)，可以尤其是與在計算模塊 120中實施的計算不同。不過，通過使用相同的計算，可降低應用技術的複雜性。繼而將每個輸入信號X1、X2、X3與該監控參考值VR進行比較。當通過與容許極限值α比較而檢測到過大的偏差時，則生成肯定檢測信號，例如在肯定比較的情況下取「真」 的布爾值Bi (i = 1、2、3)。一旦比較重新變為否定，布爾值此時就取「假」。圖5示出用於僅輸入信號Xl監控的這類機構IMO1的一實施例。對於其它輸入信號中的每一個，因而設置相似的裝置。機構IMO1包括中間值的表決邏輯200(同上圖3)，其接收輸入信號X1、X2、X3和生成用於監控的參考值VR ；機構IMO1包括減法器202，用於通過將該參考值VR減去所考慮的輸入信號(這裡是信號XI)的值來計算偏差；並且機構IMO1最後包括比較器204，用於將該偏差(減法的結果)與容許極限α進行比較。比較器204的輸出值是如果輸入值 Xl (分別地Χ2、Χ3)與參考值VR偏差過大則取「真」值的布爾值Bl (分別地Β2、Β3)。將在每個時鐘循環這樣產生的布爾值Bi輸入或邏輯1Μ2，或邏輯1242的輸出對應於鈍化信號SP(見圖6)。實際上，自布爾值Bi取「真」起，輸入信號就被視為是錯誤的並且有效輸出信號X應被凍結。如前文所述，信號SP允許啟動該凍結。圖7示意性地示出(無論輸入數目是多少都是有效的)輸入信號Χ1、Χ2、Χ3的排除模塊1Μ4，其允許通過模塊120從計算中排除冗餘輸入信號，即便對應的源經受不穩定
排除模塊IMt在輸入端接收與其監控的輸入信號Xi相關聯的布爾值Bi (該布爾值尤其是通過圖5的機構生成)，和在輸出端提供排除信號SEi，所述排除信號通知計算模塊120是否需要從計算中排除輸入信號Xi。在此情形下，對應的源20被宣告是無效的， 僅只利用來自餘下的源的信號實施計算。通過計算模塊120進行的排除機構仍是常見的，因而這裡不再進行詳細描述。此外將注意到，在排除信號的情況下，該信號也可從監控中、尤其是涉及仍舊有效的其它輸入信號的監控中被排除(例如從設置用於這些其它信號的表決器200排除)。通過排除模塊1244進行的處理尤其是與監控模塊1240的處理在每個時鐘循環並行地實施。設置與要進行監控的輸入信號XL . . XN同樣多數量的排除模塊(在本示例中，有3個模塊1244用於3個輸入信號Xl至X3)。將每個排除模塊IMl參數表示為定義監控源的滑動時窗F的時限T和排除極限 β。極限β確定在錯誤狀態的信號所經過的和在時窗中所累積的時間界限，利用該時間界限來決定輸入信號Xi應從當前有效值U的計算中排除。時窗F的時限T尤其是遠遠超過一個時鐘循環，例如為大約數十個甚至數百個循環。時窗的時限T和極限β —方面相對於以一凍結時間百分比工作的控制律的可接受性標準固定，另一方面相對於在沒有故障時對在實際環境方面的幹擾的監控的可靠性固定。在圖示的例子中，排除模塊U44i包括計時器300，計時器在滑動時窗F上記錄表示時間的量值Ti，在該時間的期間，輸入信號Xi被視為是錯誤的(因此在Bi=真時)；並且排除模塊包括比較器350，其將該量值Ti與排除極限值β進行比較。例如，如果β對應隨時間的錯誤率(按期望的靈敏度，例如為25%,50^^75%或 90% )，比較則在於將Ti/T與β進行比較。一旦Ti/T > β，此時生成的排除信號SEi就取值「真」，否則取值「假」。優選地，該排除信號不可逆地取成「真」，使得從計算120排除的輸入信號以後不能再被併入。不過，由操作者進行的系統調零允許將所有排除信號SEi重取成「假」。計時器300包括-換向器302，其由輸入的布爾值Bi在與等於「1」的寄存器304相連接的位置和與等於「0」的寄存器306相連接的位置之間被控制。在時刻t的換向器輸出端，因此具有要麼等於1、要麼等於0的位bt;-加法器308，加法器在輸入端接收換向器300的輸出值bt和在前一時鐘循環時刻t-Ι的計時器300的輸出值Ti，以便根據布爾值Bi使計時器增量，-延遲器(retard)310，該延遲器相應於滑動時窗F的時限T，並在輸入端接收換向器300的輸出值bt。該延遲器的作用在於允許在t-T已被增量的值的去除，以保證計時器 300僅僅在滑動時窗F的時限上進行記錄。因此，在延遲器310的輸出端，在時刻t具有值 bt-i ；
-減法器312，用於將加法器308的輸出值減去從延遲器310輸出的被延遲值，並因此產生對於當前時刻t的計時器300的輸出值Ti。該減法保證僅在滑動時期T上進行記錄。在一時鐘循環(在t-Ι到t之間)的兩次相繼迭代之間，因此具有-在加法器308的輸出端bt+Ti(t_l)；-在延遲器310的輸出端bt_T；和-在減法器312 的輸出端=Ti (t) = Ti(t-l)+bt_bt_T。圖8示出一特別情形，其中三個信號X1、X2、X3之中的僅兩個輸入信號被利用來計算控制律11所使用的有效輸出信號X。當然，這種情形可擴展到任何使用N(N > j)個冗餘輸入信號XI，...，XN之中的j個輸入信號。在該示例中，計算模塊120因此使用僅取決於Xl和X2的函數F (XI，X2)，僅只使用與所考慮的兩個輸入信號相關聯的兩個布爾值B1、B2來控制輸出模塊122的換向器1220。 不過，通過在模塊IMO1和IMO2內在參考值VR的計算(例如通過200類型的表決器)中使用三個輸入信號Xl至X3，來獲得布爾值Bi、B2。同時，通過排除模塊對源的不規則的和/或不穩定的表現的監控僅僅針對信號Xl 和X2實施因此僅只設置分別接收布爾值Bl和B2的兩個模塊IMl和12442。圖8的系統的性能因而與上文所闡述的性能相類似，其中根據在Xl和X2中的錯誤檢測在模式Ml和M2之間進行切換。圖9在N個冗餘輸入信號的通常情形中示意性地對上述示例進行概括。現在參照圖10說明雙重冗餘的情形，即其中通過源20僅提供兩個信號Xl和X2 的情形。在藉助比較器204驗證是否兩個冗餘輸入信號Xl和X2之間的偏差超過容許極限 α之前，藉助簡單的減法器202對這兩個冗餘輸入信號進行相互比較。在超過極限的情況下，輸出布爾值B則取成「真」。否則，該輸出布爾值則為「假」。可以注意到，兩個信號相互之間的這種直接比較等同於每個信號與所計算的參考值VR如兩信號的平均值進行的比較。同時，如上所述的排除模塊1244接收這樣生成的布爾值B和在輸出端產生可能的排除信號SE。在出現排除的情況下，兩輸入信號XI、Χ2 一起從模塊120的計算中被排除， 這是因為監控是彼此相關地實施的，不可能直接知曉哪個是錯誤的輸入信號。模塊120和122可與上文所述的相類似，尤其是考慮到僅用於模塊120的計算 G(X1、X2)的兩個輸入信號的存在。如上文所示，本發明同時提供允許避免由於源之一上出現故障導致的有效輸出信號的各種變化和有效輸出信號的各種感染的鈍化機構，和允許檢測不規則的和/或不穩定的故障的源以在需要時將這些源從計算中排除的監控機構。在滑動時窗的時限對故障表現的分析的實施此外保證有效輸出信號不被過長時間地凍結(最多極限β的時限)。構成本發明的不同的部件、模塊和系統可整體地或部分地以軟體的形式實現或反之以硬體電路的形式實現，如可編程邏輯電路(FPGA類型，指「field-programmable gate array (現場可編程門陣列)」，表示在原位的可編程的門電路網絡)。
前文的示例只是本發明的一些實施方式，本發明並不限於這些實施方式。
權利要求
1.冗餘信號(XI，...，XN)的處理系統(12)，所述處理系統包括-輸入端(El，...，EN)，用於接收來自源00)的多個冗餘信號(X1，...，XN)； -計算模塊(120)，其基於冗餘輸入信號計算當前有效信號(U)； -源的監控和鈍化模塊(1 )，其適於檢測在所述計算中考慮的錯誤信號，和適於根據至少一標準(T)從計算中排除所述錯誤信號；及-輸出端(S)，用於在沒有檢測到任何錯誤信號時，將所計算的所述當前有效信號(U) 作為有效輸出信號(X)發送；其特徵在於，所述處理系統此外包括這樣的部件其用於一旦檢測到錯誤信號就切換 (122，1220)到凍結模式(Μ》，在所述凍結模式中，所述有效輸出信號(X)在輸出端(S)被凍結；和用於一旦不再檢測到任何錯誤信號則回到發送模式(M1)，在所述發送模式中，所計算的所述當前有效信號(U)作為有效輸出信號(X)被發送。
2.根據權利要求1所述的處理系統(12)，其特徵在於，所述處理系統包括這樣的部件 其用於在滑動時窗(F)上確定表示其中該處理系統(12)處於所述凍結模式(M2)的時間的量值(Ti)，以便一旦該量值達到排除極限值(β )，就從計算中排除在所述滑動時窗(F)的時限(T)中被檢測為是錯誤的至少一信號。
3.根據權利要求2所述的處理系統(12)，其特徵在於，所述監控和鈍化模塊(124)被設置用以在所述滑動時窗(F)上確定表示其中信號(XI，...，XN)被檢測為是錯誤的時間的量值(Ti)，以便一旦該量值達到所述排除極限值(β)時就從計算中排除被檢測為錯誤的信號。
4.根據權利要求2或3所述的處理系統(12)，其特徵在於，所述監控和鈍化模塊(124) 包括適於對於至少一輸入信號(XI，...，XN)生成表示輸入信號的錯誤狀態或非錯誤狀態的布爾值(Bi，...，BN)的部件(124(^，· · ·，1240n)。
5.根據權利要求4所述的處理系統(12)，其特徵在於，輸入信號(XI，...，XN)的布爾值(Bl，...，BN)控制在所述滑動時窗(F)上記錄所述量值(Ti)的計時器(300)，並且所述監控和鈍化模塊(124)包括所述計時器(300)與所述排除極限值(β)的比較器(350)，用以給所述計算模塊(120)生成與所述計時器相關聯的排除輸入信號的排除信號(SE1,...， SEn) ο
6.根據權利要求5所述的處理系統(12)，其特徵在於，所述計時器(300)包括-換向器(302)，所述換向器通過布爾值(Bi,...,BN)在與等於「1」的寄存器(304)相連接的位置和與等於「0」的寄存器(306)相連接的位置之間被控制，-加法器(308)，所述加法器在輸入端接收所述換向器(302)的輸出值(bt)和所述計時器的輸出值(Ti)，以根據布爾值(Bi，...，BN)使所述計時器增量，-延遲器(310)，所述延遲器相應於所述滑動時窗(F)的時限(T)，並在輸入端接收所述換向器(302)的輸出值(bt)，-減法器(312)，用於將所述加法器(308)的輸出值減去從所述延遲器(310)輸出的延遲值(bt_T)，並因此產生所述計時器(300)的輸出值。
7.根據權利要求4到6中任一項所述的處理系統(12)，其特徵在於，適於生成表示輸入信號(XI，...，XN)的錯誤狀態的布爾值(Bi，...，BN)的所述部件(1240」 ... , 1240N) 包括比較器004)，該比較器的輸出值對應所述布爾值，並且該比較器將所述輸入信號(XI，...，XN)與基於所述輸入信號所計算的參考信號(VR)之間的偏差與容許極限值(α ) 加以比較。
8.根據權利要求4到7中任一項所述的處理系統(12)，其特徵在於，所述監控和鈍化模塊(124)包括「或」邏輯函數(1242)，其在輸入端接收表示在計算中所考慮的輸入信號(XI，...，XN)的錯誤狀態的布爾值(Bi，BN)，和在輸出端生成所述切換部件(122， 1220)的控制信號(SP)。
9.根據前述權利要求中任一項所述的處理系統(12)，其特徵在於，所述切換部件 (120)包括由所述監控和鈍化模塊(124)控制的換向器(1220)，該換向器用於向所述輸出端(S)轉換對於凍結模式(Μ2)的有效輸出信號(X)和對於發送模式(Ml)的所計算的當前有效信號⑶。
10.根據權利要求9所述的處理系統(12)，其特徵在於，所述切換部件(122，1220)此外包括斜率限制器(1222)，所述斜率限制器適於在向所述發送模式(Ml)切換時實現凍結的有效輸出信號(X)和所計算的當前有效信號(U)之間的受控過渡。
11.冗餘信號(XI，...，XN)的處理方法，所述方法包括以下步驟-在輸入端接收來自源00)的多個冗餘信號；-基於冗餘輸入信號計算當前有效信號(U)；-檢測在所述計算中考慮的至少一錯誤信號，在達到至少一標準(T)時從計算中排除所述錯誤信號；及-當沒有檢測到任何錯誤信號時，將所計算的所述當前有效信號(U)作為有效輸出信號⑴發送；其特徵在於，所述方法包括一旦檢測到錯誤信號時就凍結所述有效輸出信號(X)的步驟，及一旦不再檢測到任何錯誤信號時就重回所計算的所述當前有效信號(U)作為有效輸出信號(X)被發送的發送模式(Ml)的步驟。
12.根據權利要求11所述的方法，其特徵在於，所述方法包括這樣的步驟在滑動時窗 (F)上確定表示其中信號(XI，...，XN)是錯誤的時間的量值(Ti)，以便一旦該量值達到排除極限值(β)時就從計算中排除該錯誤的信號。
13.用於航空器O)的電動飛行控制系統，所述電動飛行控制系統包括計算機(1)，所述計算機接收指令(Ci)和來自源00)的冗餘信號(XI，...，XN)，所述計算機包括控制律模塊(11)，所述控制律模塊接收對應所述指令(Ci)的信息 (Oi)和至少一有效信號(X)，以生成航空器O)的操縱命令(OGi)，並且所述計算機包括根據權利要求1到10中任一項所述的處理系統(12)，所述處理系統適於對所接收的冗餘信號 (XI，...，XN)進行處理，以生成輸入所述控制律模塊(11)的所述有效信號(X)。
14.航空器O)，其包括根據權利要求13所述的電動飛行控制系統。
全文摘要
本發明涉及冗餘信號(X1，...，XN)的處理系統(12)、相關方法及包括這類系統的航空器(2)，以期監控和鈍化影響這些冗餘信號的源(20)的不穩定的或擺動的故障。系統包括基於冗餘信號計算當前有效信號(U)的計算模塊(120)；監控/鈍化模塊(124)，適於檢測錯誤信號和從計算中根據一標準(T)排除錯誤信號；切換部件(122，1220)，用於一旦檢測到錯誤信號起就切換到凍結有效輸出信號的凍結模式(M2)和用於一旦不再檢測到任何錯誤信號就回到當前有效信號作為有效輸出信號(X)被發送的發送模式(M1)。
文檔編號G05B9/03GK102375410SQ20111024390
公開日2012年3月14日 申請日期2011年8月24日 優先權日2010年8月24日
發明者G·肖特, P·法布爾, R·戴爾 申請人:空中巴士運營簡化股份公司