[发明专利]一种周期性控制同步信号的冗余实现方法

说明书

技术领域

本发明属于自动控制领域，涉及一种周期性控制同步信号的处理方法。

背景技术

在一个包含由CPU、中断控制器、定时器和串行通信控制芯片构成的且控制周期T由外部基准同步信号确定的某些关键控制系统内，例如运载火箭的控制系统，一般是通过串行通信的方式，周期性接收外部输入数据帧来产生主同步信号。基于主同步信号，调度系统内的数据处理、导航、复合制导、姿控、综合处理和遥测等m个功能子任务协同完成系统控制功能。在此过程中，数据帧进行了格式约定并定长为每帧n个字符，串口接收缓冲区每满n个字符，就提交中断处理器通知CPU进行CPU_INTn1中断处理，由此产生控制系统周期性主同步信号，其时序关系见附图1中的1-1所示。出于安全性、可靠性设计要求，通常在这些关键控制领域内，m个功能子任务的最大路径所用时间总和应保有一定的时间性能余量；另外，如某控制周期的数据帧不可用，则控制系统会启用预先设计的备保数据帧来进行备份工作。因此，尽可能使用当前数据帧来产生同步信号并保证同步信号守时是控制系统功能正常、确保性能的关键。

在串口通信中，经常会存在因干扰而出现接收数据帧多字节或少字节的现象。当控制周期T内串口出现多接收字节情况时，数据处理子任务在读出接收缓冲区的所有字符后，会剔除野字符、还原有效数据帧，并且不会因多余字节而给后续通信和数据处理造成任何影响。但是当串口出现少接收字节情况时，如附图1中1-2所示，就会造成控制周期T“变形”、数据帧不完整和后续每帧数据相继错位的现象，并使主同步信号无法守时。而使用不守时的主同步信号，会直接导致关键控制任务功能失效、性能无法确保。所以，需要建立一套机制，及时识别出主同步信号的故障情况并进行故障现场处理，使得控制系统在主同步信号发生故障的情况下能够正常发挥功能、确保性能并实现同步信号的自主修复。

控制领域内，现有的同步信号冗余设计通常有两种。一种是在原电路基础上增加电路设计、提供辅同步信号；另一种是并行设计一个冗余装置，用于产生辅同步信号。但是这两种方法都无法满足某些关键控制系统的设计约束条件：首先，控制系统规模受限，不能随意扩容；其次，不能增加技术复杂度风险，否则将无法确保控制系统整体的可靠性指标；最后，这两种方法都无法解决主同步信号正常…故障…正常模式下，主、辅同步信号之间的再同步问题。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对某些关键控制系统在串行接收故障下不能产生主同步信号而导致的控制功能失效问题，提供了一种通过设计并建立辅同步信号来对主同步信号进行冗余备份的方法，利用控制系统定时器和中断控制器产生周期性辅同步信号，自主构成对控制系统通过串行通信周期性接收外部数据帧、触发产生主同步信号故障时的动态冗余。

本发明的技术解决方案是：一种周期性控制同步信号的冗余实现方法，在控制周期为T的控制系统内部分别建立主同步信号和辅同步信号，其中主同步信号由控制系统从外部接收到一帧完整数据帧后触发CPU中断产生，主同步信号的周期为T，T为控制系统正常接收到一帧完整数据帧的时间；辅同步信号由定时器计时到达定时周期后触发CPU中断产生，在控制系统的每一个控制周期起始定时器都清零并重新开始计时；所述的定时器有两个定时周期，分别为周期为TL的第一定时周期和周期为T的第二定时周期，T<TL<2T且TL＝T+△T，△T的最大值为控制系统时间性能余量上限值，定时器的初始计时周期为第一定时周期；当控制系统能够正常接收到完整数据帧时，主同步信号正常，控制系统向被控对象提供主同步信号，并重新启动定时器的第一定时周期计时；当控制系统无法正常接收到完整数据帧时，主同步信号产生异常，控制系统进行控制同步信号的切换，在主同步信号异常后的第一个控制周期，利用定时器的第一定时周期产生并向被控对象提供辅同步信号，并从主同步信号异常后的第二个控制周期开始，将定时器的计时周期切换为第二定时周期，利用定时器的第二定时周期产生并向被控对象提供辅同步信号；控制系统在向被控对象提供辅同步信号后的每一个控制周期都查询主同步信号是否恢复正常，如果主同步信号依旧异常则保持向被控对象提供辅同步信号，如果主同步信号恢复正常则进行控制同步信号的切换，并向被控对象提供主同步信号，同时将定时器的计时周期切换为第一定时周期。

本发明与现有技术相比的优点在于：