臺灣博碩士論文加值系統

本論文的目的在設計並實現一容錯飛行控制系統。由於此系統需具高可靠度即時控制的特性，所以採用四套複式容錯架構來達成系統的需求。此系統是由四個工作行程模組以實現四套複式架構建立而成。因此，設計一多輸入模糊票選器，此票選器用來投票決定出多數集合之相同作用類別為正確的答案。當票選牽涉到浮點比較輸入時，它必須以容忍值來表示兩個輸入相等。若多於兩個以上的浮點輸入，等值關係所潛藏的問題至今一直還存在著，一般而言，基於固定容忍值之浮點數分類可能較不易構成等值關係，換言之，也較可能不構成轉移性。多行程是相當複雜的，行程多將使得問題變得尖銳。本論文探討接近這些處境時，經由模糊等值關係來解決轉移性問題的方法。藉由阻隔錯誤之輸入訊號，以提供系統容錯能力。文中透過系統需求的分析，明確定義出本系統的設計目標及系統規格，並依此規格逐步進行系統的設計與實作。由系統架構的提出以及架構的描述開始，隨著系統設計的流程，進行系統設計和網路傳輸設計部份，再根據系統規範設計實作工作行程模組和表決器。系統完成之後，進一步與網路傳輸軟體整合，最後進行系統驗證的工作。此系統軟體部份亦為重要議題，尤其是即時核心的撰寫、排程以及即時控制。文中飛行控制系統雛形，可做為進一步研究的實驗平台，或用途更廣的容錯控制系統。

In this thesis, a fault-tolerant flight control computer system is designed and implemented. It is a highly reliable real-time control system. The four modular redundancy approach is adopted to achieve the fault-tolerance requirement. The system is composed of four redundant modules. Design more versions strategies frequently use some forms of voting to decide which of the answers in their functionally equivalent versions is “correct”. When voting involves comparisons of floating-point outputs, it is necessary to use a tolerance value in order to declare two outputs equal. Comparing more than two float-point outputs for equivalence is potentially problematic since. In general, floating-point comparisons based on fixed tolerance may not form an equivalence relation, i.e., the comparisions may not be transitive. The more versions are involved, the more acute this problem becomes. This paper discusses an approach that in some situations alleviates this problem by forming a fuzzy equivalence relation(that preserves transitivity).A majority voter is designed to perform the fault-tolerant ability by masking the occurrence of fault. Through the system requirement analysis, the design goal of the system is specified. The design flow is to meet the specification. The system architecture is proposed and described at first. Along with the design flow, the system design and the network communication design are carried out. The redundant modules and the voter are then implemented. Once the system is completed, the network communication software of the system is integrated in, and the system verification is followed. The system software is an important issue for the real-time control system. The prototype implemented in this paper can be used as a platform for further studying, or extended to more general fault-tolerant control system.

致謝I
中文摘要II
ABSTRACTIII
目錄IV
圖目錄VII
表目錄IX
第一章 序論1
1.1 研究背景及動機1
1.2 研究目的及其重要性2
1.3 國內外有關本研究情況3
1.3.1 模糊等值關係的錯誤容忍票選器軟體[1]3
1.3.2 時間分割多重技術(Time-Division Multiplex)3
1.3.3匯流排控制概念與介面策略(Bus Control Concept and Interface Strategy)4
1.3.3.1 匯流排控制概念(Bus Control Concept)4
1.3.3.2 匯流排控制器之實現(Controller Implementation)4
1.3.4 複式架構與管理(Redundancy Architecture and Management)5
第二章 研究材料與方法6
2.1 空用容錯電腦系統概述6
2.1.1複式管理系統之軟硬體6
2.1.2 線控飛操(FBW)之軟硬體6
2.1.3 失效偵測與系統重構建7
2.1.4 透過Ethernet與FBW時間分割技術執行命令與資料傳輸之模擬驗證7
2.1.5 陀螺儀與加速儀之I/O軟體模擬7
2.1.6為何空用容錯電腦選用Linux7
2.1.7空用容錯電腦使用之Linux作業系統概述8
2.1.8 Linux與RTLinux的系統特色10
2.1.8.1 Linux的系統特色10
2.1.8.2 RTLinux的特色10
2.1.8.3 RTLinux與Linux之差異11
2.1.9 複式管理系統與容錯技術在RTLinux即時多工運作系統上模擬驗證12
2.1.10 RTLinux處理程序(Sequencing)與即時頻率15
2.1.11 RTLinux視窗人機介面及3D/VR虛擬實境之建立16
2.2 空用容錯電腦架構17
2.3 網路概念介紹20
2.3.1 Ethernet傳輸機制20
2.3.2主從式的架構21
2.3.3 TCP/IP與OSI的通訊協定23
2.4 行程通訊25
2.5飛機3D模擬圖形介面顯示27
2.6飛控電腦之容錯與重建構程式模擬架構31
2.6.1 模擬的電腦程式處理架構31
2.7 陀螺儀、加速儀之硬體模擬33
2.8 DFCS閉迴路複式架構票選機制之容錯票選軟體35
2.8.1 二值邏輯偵錯票選法則36
2.8.2 模糊關係票選法則37
2.8.2.1輸入分類38
2.8.2.2等值關係40
2.8.2.3 模糊分類法42
2.8.2.3.1明確和模糊集合42
2.8.2.4輸入訊號之模糊表示43
2.8.2.5相似估測45
2.8.2.6模糊等值關係47
2.8.2.7正式化票選51
2.8.2.8動態模糊票選器程式流程52
第三章 小民航機即時多工飛行模擬系統54
3.1 小民航機即時飛行模擬54
3.1.1小民航機即時飛行模擬概述54
3.1.2 即時模擬之重要性55
3.1.3 即時多工飛行模擬運作系統之建立56
3.1.4 即時動態響應模擬及分析56
3.1.5 PI 控制增益與增益排程表之設計56
3.2 RTLINUX即時多工飛行模擬主程式之設計與模擬57
3.2.1 Rtlinux即時多工飛行模擬初步模擬結果60
3.3 小民航機氣動力係數計算與其動態方程式62
3.3.1 六自由度飛行動態方程式62
3.3.2 飛行動態的數值求解64
3.3.3 小民航機氣動模式及其係數之計算65
第四章 程式操作說明67
4.1 RTLINUX安裝步驟67
4.2 安裝QT LIBRARY70
4.3 LINUX上PCI-6216V與DAQ-2006的安裝71
4.3.1 軟體驅動程式的安裝71
4.3.1.1 系統需求71
4.3.1.2 安裝PCIS-DASK71
4.3.1.3 驅動程式設定73
4.3.1.4 移除軟體76
4.4 啟動容錯電腦模擬程式77
第五章 模擬結果80
5.1票選器模擬結果80
5.2小民航機飛行路徑結果83
第六章 結論88
參考文獻93
論文發表96

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