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1、(10)申请公布号 CN 104122896 A (43)申请公布日 2014.10.29 C N 1 0 4 1 2 2 8 9 6 A (21)申请号 201310145230.2 (22)申请日 2013.04.24 G05D 1/10(2006.01) G05B 9/03(2006.01) (71)申请人成都飞机设计研究所 地址 610091 四川省成都市青羊区日月大道 1610号成都飞机设计研究所计划发展 部 (72)发明人洪锐 康明杰 周姝春 陆鹏 宋辉 及鹏飞 (74)专利代理机构中国航空专利中心 11008 代理人杜永保 (54) 发明名称 一种基于TTP/C总线的无人飞行器飞。
2、行控制 系统体系架构 (57) 摘要 本发明属于飞行控制领域，实现了一种无人 飞行器的基于TTP/C（时间触发协议）总线的三余 度飞行控制系统（以下简称飞控系统）架构的配置 方案，该架构以高性能数字式三余度飞行控制计 算机（FMC）的为核心控制模块，利用基于时间触 发的TTP/C总线组成外部总线，满足了无人飞行 器对飞控系统的苛刻要求。该体系架构有利于无 人飞行器飞控系统向高可靠、强实时和开放式的 方向发展，具有广阔的应用空间。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 (10。
3、)申请公布号 CN 104122896 A CN 104122896 A 1/1页 2 1.一种基于TTP/C总线的无人飞行器飞行控制系统体系架构，其特征是，本架构包括 飞控计算机、TTP/C总线和外部节点，其中：所述的飞控计算机包括三个独立的、分布式的 飞控计算余度，每个余度包含CPU板、串口板、总线接口单元及电源模块，每个余度内部采 用本地659总线作为板卡间的数据总线；三个余度之间采用桥接659总线作为余度之间的 数据总线；三个CPU板之间通过独立的CCDL模块进行数据传输；每个余度的总线接口单元 通过各自的主TTP/C总线与其外部节点相连，同时每个余度的总线接口单元还作为节点与 其他两。
4、个余度的主TTP/C总线相连。 2.如权利要求1所述的一种基于TTP/C总线的无人飞行器飞行控制系统体系架构，其 特征是，所述的CCDL模块若故障，余度之间的桥接659总线同时兼作为CCDL模块备份，发 送CPU之间的CCDL数据。 3.如权利要求1所述的一种基于TTP/C总线的无人飞行器飞行控制系统体系架构，其 特征是，所述的TTP/C总线的数据包括外部节点发往主余度CPU的数据信息、以及主余度 CPU发往外部节点的数据信息，另外两个余度的CPU可以监听该主余度CPU与外部节点的数 据通信。 4.如权利要求1-3之一所述的一种基于TTP/C总线的无人飞行器飞行控制系统体系架 构，其特征是，所。
5、述的外部节点包括飞控系统内部的卫星/惯性组合器件GPS/INS，大气数 据系统ADS、高度表RA、舵机控制器ACE以及飞控系统外部的其他交联系统。 权 利 要 求 书CN 104122896 A 1/3页 3 一种基于 TTP/C 总线的无人飞行器飞行控制系统体系架构 技术领域 0001 本发明属于飞行控制领域，涉及到飞控系统专业。适用于大气层内的航空飞行器 以及空间、临近空间飞行器等与飞行控制相关的各类控制系统。 背景技术 0002 飞控系统是整个飞行器的重要组成，用于感受机体运动，结合自动或来自人工的 期望值，解算并输出控制指令，控制飞行器的气动舵面以及其他的交联设备，实现按照预期 控制飞。
6、行器的目的。飞控系统是飞行器的“大脑”和“手脚”，同时也是保证飞行安全、实现 任务目的的关键。 0003 随着航空航天技术的不断发展，应用邻域的不断拓宽，特别是尖端控制邻域其对 飞控系统的要求越来越高，高可靠性、强实时性、开放性和模块化是未来飞控系统发展的必 然趋势，而作为飞控系统的核心，具有高可靠、强实时、开放式和模块化的飞控系统体系架 构，是实现上述发展趋势的关键所在。 0004 从各军事大国的无人机技术发展可以看出，无人机呈现出明显的向多任务、长航 时、高机动、高动态的特点，以逐步开始取代部分有人飞行器的任务和功能，这些发展特点 都对无人机飞控系统的综合性能提出了严峻的要求，而传统的无人。
7、机的飞控系统，受限于 其应用背景，往往不可避免的存在功能单一、实时性低、结构繁杂、可靠性差等缺点，一般也 不具备开放性和模块化。 发明内容 ： 0005 本发明的目的：针对传统的无人机飞控系统可靠性、实时性和开放性的不足，提出 一种基于TTP/C总线的无人飞行器飞行控制系统体系架构。 0006 本发明的技术方案：一种基于TTP/C总线的无人飞行器飞行控制系统体系架构， 包括飞控计算机、TTP/C总线和外部节点，其中：所述的飞控计算机包括三个独立的、分布 式的飞控计算余度，每个余度包含一套完整的CPU板、串口板、总线接口单元及电源模块， 每个余度内部采用本地659总线作为板卡间的数据总线；三个余。
8、度之间采用桥接659总线， 三个余度的CPU之间通过独立的CCDL模块进行数据传输，每个余度都通过各自的主TTP/C 总线与其外部节点相连，同时每个余度还作为节点与其他两个余度的主TTP/C总线相连。 0007 所述的CCDL模块若故障，余度之间的桥接659总线同时兼作为CCDL模块备份，发 送CPU之间的CCDL数据。 0008 所述的TTP/C总线的数据包括外部节点发往主余度CPU的数据信息、以及主余度 CPU发往外部节点的数据信息，另外两个余度的CPU可以监听该主余度CPU与外部节点的数 据通信。 0009 所述的外部节点包括飞控系统内部的三套非相似余度的卫星/惯性组合器件，两 余度的大。
9、气数据系统、两余度高度表、两个电气双余度的舵机控制器ACE、以及飞控系统外 部的交联系统。 说 明 书CN 104122896 A 2/3页 4 0010 本发明的优点： 0011 1、高可靠性 0012 本系统体系包括三余度的飞控计算机、四余度的本地659背板总线、四余度的桥 接659背板总线、三套两余度的TTP/C总线、以及多余度的卫星/惯性组成传感器（GPS/ INS）、大气数据系统（ADS）、高度表（RA）及舵机控制器（ACE），整个系统具有很高的可靠性， 能保证任意节点一次故障工作，两次故障安全； 0013 2、强实时性 0014 TTP/C总线为基于时间触发的串行数据总线，根据总线。
10、协议，按照数据帧格式规划 数据，配置5兆的总线带宽，典型的飞控应用数据周期可以在1毫秒一下，结合高带宽64兆 的本地659总线，系统延迟可以控制在15毫秒以内，优于传统的无人机飞控系统； 0015 3、开放式 0016 基于TTP/C总线的系统架构，新加入的节点可以直接挂接在总线，通过修改总线 接口单元的预置参数，就可以非常方便的按照不同的应用需求配置飞行器的飞控系统，通 过灵活挂接不同的模块、节点，可以基于这套体系架构，组成出各种系统配置； 0017 附图： 0018 图1基于TTP/C总线的飞控系统架构示意图； 0019 图2基于TTP/C总线的飞控计算机架构示意图； 具体实施方式 ： 0。
11、020 基于TTP/C总线的无人飞行器飞行控制系统体系架构，包括飞控计算机、TTP/C总 线和外部节点，其中：所述的飞控计算机包括三个独立的、分布式的飞控计算余度，每个余 度包含一套完整的CPU板、串口板、总线接口单元及电源模块，每个余度内部采用本地659 总线作为板卡间的数据总线；三个余度之间采用桥接659总线，三个余度的CPU之间通过独 立的CCDL模块进行数据传输，每个余度都通过各自的主TTP/C总线与其外部节点相连，同 时每个余度还作为节点与其他两个余度的主TTP/C总线相连。 0021 以下以一个具体实施例对本发明作进一步详细说明。 0022 三个余度之间包括桥接659总线和独立CC。
12、DL模块，其中桥接659总线实现了余度 之间的板卡高速高带宽数据通讯；CCDL模块实现了三个CPU之间的数据高速共享；另外，若 CCDL模块故障，余度之间的桥接659总线同时可以兼作为CCDL模块备份，发送CPU之间的 CCDL数据。 0023 每一套余度作为收发节点与其中一路外部TTP/C总线接口相连，同时该余度作为 监听节点（不向总线上发送数据）分别与其余两路外部TTP/C总线相连，即：CPU_A作为收发 节点挂在BUS_A总线上，同时作为监听节点分别挂在BUS_B、BUS_C上；CPU_B作为收发节点 挂在BUS_B总线上，同时作为监听节点分别挂在BUS_A、BUS_C上；CPU_C作为。
13、收发节点挂在 BUS_C总线上，同时作为监听节点分别挂在BUS_A、BUS_B上。 0024 如图1所示，卫星/惯性传感器#1（GPS/INS#1）敏感到机体运动的数据（如角速 率信号），在预定的时刻，将数据通过BUS_A总线广播发送，三个余度的CPU，即CPU_A、CPU_ B和CPU_C同时收到该节点广播的数据；某一时刻，CPU_A可以在分别接收到来自TTP/C总 线的GPS/INS#1、GPS/INS#2和GPS/INS#3的数据；另外，由于每个传感器节点同时具有独 说 明 书CN 104122896 A 3/3页 5 立的串口与飞控计算机相连，如图1所示，GPS/INS#1，该串口数据。
14、通过桥接659总线和本地 659总线，分别到达三个余度的FMC的串口板（SIO）；来自三个余度的总线板的数据和串口 板的数据经过桥接659交换数据以后，任意一个余度可以得到如下数据，以CPU_A接收到的 GPS/INS#1数据为例： 0025 1.来自BUS_A（本余度）的TTP/C总线的GPS/INS#1数据； 0026 2.来自BUS_B（X余度）的TTP/C总线的GPS/INS#1数据； 0027 3.来自BUS_C（Y余度）的TTP/C总线的GPS/INS#1数据； 0028 4.来自BUS_B（X余度）的通过桥接659的TTP/C总线的GPS/INS#1数据； 0029 5.来自BU。
15、S_C（Y余度）的通过桥接659的TTP/C总线的GPS/INS#1数据； 0030 6.来自本余度串口板的总线的GPS/INS#1数据； 0031 7.来自X余度总线的通过桥接659的串口的GPS/INS#1数据； 0032 8.来自Y余度总线的通过桥接659的串口的GPS/INS#1数据； 0033 可以看到，本发明提出的架构，用较小的配置开销，明显提高了数据的冗余，任意 节点或环节一次故障都不影响数据的接收。 0034 对于其中一个余度CPU而言，以CPU_A为例，在一个计算周期内（如20毫秒），可 以将采集到的数据进行多个余度的表决监控，输入给控制律，经过解算，得到舵面的控制指 令；三。
16、个余度的CPU通过CCDL交换数据，综合得到一个统一的输出控制指令，等到本节点 （如CPU_A）在TTP/C总线（如BUS_A）上的时间窗口到来时，将数据通过（如BUS_A）总线广 播。 0035 舵机控制器（ACE）收到三个余度CPU的、分别来自三条TTP/C总线的舵机控制指 令后，综合计算得到最后的舵机偏度指令和其他控制指令，驱动相应作动器。同时ACE将自 身的状态信息组包同样利用三路TTP/C总线网络反馈给三个余度的CPU。 0036 至此，利用本发明提出的飞控体系架构完成了一轮控制周期的数据流交换。 说 明 书CN 104122896 A 1/1页 6 图1 图2 说 明 书 附 图CN 104122896 A 。