用于监督电机控制单元的方法

文档序号:1957952 发布日期:2021-12-10 浏览:12次 >En<

阅读说明:本技术 用于监督电机控制单元的方法 (Method for monitoring a motor control unit ) 是由 克里斯托菲·皮埃尔·吉奥吉斯·马廷 于 2020-04-30 设计创作,主要内容包括:本发明涉及一种用于监督具有至少两个单独通道(4、6)的电机控制单元(2)的方法(1、28),所述两个通道(4、6)中的每一个至少包括:-用于执行给定的应用任务AS的构件,所述应用任务AS部分地由多个连续执行的计算组成,所述多个连续执行的计算之间经过时延周期;-第一组件(14),其能够执行所述计算;-第二组件(16),其能够存储数据;所述通道(4)的所述应用任务AS能够通信,所述方法包括以下步骤:a)检测时延周期;b)在此时延周期期间,执行所述组件(14、16)中的至少一个的操作状态测试(26);c)确定与故障状态或健康状态相对应的所述组件(14、16)的状态。(The invention relates to a method (1, 28) for supervising a motor control unit (2) having at least two separate channels (4, 6), each of the two channels (4, 6) comprising at least: -means for executing a given application task AS, said application task AS being partly composed of a plurality of consecutively executed computations with a time delay period in between; -a first component (14) capable of performing said calculation; -a second component (16) capable of storing data; -said application tasks AS of said channel (4) being able to communicate, said method comprising the steps of: a) detecting a time delay period; b) during this time delay period, performing an operational status test (26) of at least one of the components (14, 16); c) determining a status of the component (14, 16) corresponding to a fault status or a health status.)

用于监督电机控制单元的方法

技术领域

本发明涉及涡轮机械,例如飞机涡轮喷气发动机或涡轮螺旋桨发动机,且更具体来说,涉及此种涡轮机械的控制单元。

背景技术

飞机涡轮机械的操作通过控制单元控制,所述控制单元能够在飞机飞行的各个阶段期间引导和调节涡轮机械。

这些控制单元包括机载电子计算器,所述机载电子计算器彼此通信并且基于来自传感器的相同输入数据并行地执行计算,例如以便建立用于涡轮机的各个部分的指令。

在计算器的计算循环期间,执行三个任务。称为OS任务的第一任务包括启动操作系统,即通过应用任务管理资源使用的程序集合。称为应用系统(AS)的第二任务包括执行确定用于控制和调节涡轮机械的命令所需的计算。AS任务的执行时间表示计算循环所需的时间的80%到90%。第三任务关闭计算循环。这是与第一任务相同的OS任务。

包含多个组件的这些计算器执行自测试,以检查其组件是否存在重大故障。在OS任务期间,即在计算循环开始和结束时执行这些自测试。图1说明现有技术中已知的任务和自测试的定序。在计算循环24开始时,在OS任务处发起单个自测试26。

然而,在应用任务期间,计算器组件中可能会出现组件故障。因此,此类故障可能会导致电机控制单元出现扰动。通过后处理分析,可以从干扰中跟踪故障组件且因此跟踪故障计算器。这允许隔离故障计算器。

有必要尽快执行这种隔离,以减少故障对涡轮机械的控制和调节的影响。本发明的目的特别是为上述现有技术的问题提供简单、有效和经济的解决方案。

发明内容

为此目的,提供一种用于监督具有至少两个单独通道的发动机控制单元的方法,每个通道包括计算器,所述两个通道中的每一个至少包括:

-用于执行给定的应用任务的构件,所述应用任务部分地由多个连续执行的计算组成,所述多个连续执行的计算之间经过时延周期;

-第一组件,其适合于基于输入数据执行所述应用任务的计算;

-第二组件,其适合于存储数据;

由第一通道执行的应用任务以及由第二通道执行的应用任务适合于彼此通信,所述方法包括在每个通道中的应用任务的当前执行循环j期间包括以下步骤:

a)检测时延周期;

b)在此时延周期期间,执行第一和第二组件中的至少一个的操作状态测试;

c)确定与故障状态或健康状态相对应的所述组件的状态。

因此,此方法允许每个计算器在应用任务期间执行自测试,特别是在时延周期期间,以便能够在不等待计算循环结束的情况下确定计算器中包含的各种组件的状态。因此,由于这种方法,可以在不等待计算循环结束的情况下检测出故障计算器,并在循环结束时将所述故障计算器正确地隔离。

这还允许通过增加自测试次数进行诊断维护,以促进后续的地面维护操作。

给定的应用任务可以是第一通道执行的应用任务和第二通道执行的应用任务。因此,第一通信和第二通道可以执行相同的给定的应用任务。

或者,可以在下列步骤完成时执行步骤a)到c):

-检测由两个通道的组件中的至少一个的故障引起的症状。

因此,一旦检测到由组件故障引起的症状,监督方法就允许触发组件自测试。以这种方式,当发动机控制单元的计算器中出现由组件故障引起的先前所识别的症状时,根据需要触发自测试。

因此,本发明可以将组件故障与电机控制单元的事件和/或不期望的行为联系起来。这可以获得将症状与机载电子设备(换句话说,组件)的故障联系起来的对应表。

在每个循环期间,检测到的症状(以及产生的故障)与各种环境信息(例如热和/或振动)一起记录在非易失性存储器中,以促进维护操作。

另外,症状可以是两个通道之间的签名差异和/或两个计算器之间的通信丢失。

目的是识别影响计算器的故障症状。这些症状可以与执行相同应用任务的两个通道之间的签名差异,即第一通道和第二通道的每个计算器在应用任务结束时执行的计算结果之间的差异有关,或者它们可能与阻止在至少一个通道上执行应用任务的计算的未到达数据有关。

两个通道可以各自由计算器组成

此外,如果检测到的症状是两个通道之间的签名差异,则可以在当前执行循环j之前的执行循环j-1中执行检测。执行循环j-1称为“前一执行循环”或“前一循环”。

签名差异可以由以下组成:在循环j结束时并且在两个通道上并行地比较在当前执行循环j期间执行的应用任务的计算的总和。

如果检测到的症状是计算器之间的通信丢失,则可以在当前执行循环j期间执行检测。

根据另一特征,可以通过应用任务发送用于执行步骤b)的测试的指令。

因此,应用任务以正确的频率并且在时延周期期间发起功能状态测试,使得可以定期建立组件的功能状态,而不会影响应用任务的计算。

在另一特征中,第一组件可以是可重新编程的集成电路或FPGA。

另外,第二组件可以是动态RAM。

附图说明

[图1]示出根据现有技术的计算循环中的任务和状态测试的定序;

[图2]表示用于本发明的方法的简化流程图;

[图3]示出具有两个单独通道的电机控制单元的实例的硬件架构;

[图4]说明根据本发明的方法在计算循环期间的任务和状态测试的定序;

[图5]说明本发明的方法的实施例的流程图。

具体实施方式

流程图在图2中说明的监督方法1旨在监督具有至少两个单独通道4、6的电机控制单元2,所述电机控制单元的架构的实例在图3中说明。

因此,如在图3中可见,双通道电机控制单元2、4、6包括两个通道4、6,即两个计算器。计算器4、6的这种冗余确保抵抗计算器4、6其中之一可能出现的故障。尽管两个计算器4、6从相同输入数据并行地执行相同计算(即,执行相同应用任务),但是计算器4中仅一个通过计算命令来控制和调节涡轮机。因此,称为被动计算器的冗余计算器6不会将任何命令发送到涡轮机的组成部分。

所说明的发动机控制单元2的计算器4、6具有相同的架构。

首先,每个计算器4、6包括用于执行给定的应用任务的构件。这些构件分布在计算器的数字核心8和通信板10中。

数字核心8尤其包括微处理器12。参与计算器间通信的通信板10包括第一组件14和第二组件16。能够从输入数据执行所述应用任务的计算的第一组件14在此实例中为FPGA,但也可以是可重新编程的集成电路。能够存储数据的第二组件16是存储器,优选地动态RAM。

在实例中为FPGA(现场可编程门阵列)的第一组件14实现对两个计算器4、6之间的交换计时。第二组件16,优选地DPRAM(双端口随机存取存储器)从第一组件14接收信号并且存储数据,例如来自传感器的输入数据以及中间计算结果。

部分地由在其间经过时延周期的多个连续执行的计算组成的应用任务AS具体来说可以从例如来自传感器的输入数据计算预期用于构成涡轮机的移动元件的致动器的控制电流。此类致动器包含例如与汽缸或其它装置结合的电液伺服阀。因此,在发动机控制单元2的计算器4、6中的每一个上同时并行地执行应用任务AS。在第一通道4上运行的AS应用任务以及在第二通道6上运行的AS应用任务能够经由第一总线18、第二总线20和第三总线22彼此通信。第一总线18用于交换待检索的数据存储器的地址。第二总线20用于交换数据,例如传感器输入数据。例如,这可以包含例如获取发动机温度值的测量。中间计算和最终计算的结果从执行计算的数字核心8到例如传输所计算电流的通信板10穿过第二总线20。第三总线用于交换从输入数据计算的命令。这是用于控制计算器4、6中的每一个的第一总线18和第二总线20上的读取和写入授权的所谓控制总线。此控制总线因此实现交换的定序以及管理读取、写入和交换操作的优先级。

如图4中所说明,在每个通道上在每个执行循环24中执行监督方法1。

方法1的第一步骤A是检测由两个通道4、6的组件14、16中的至少一个的故障引起的症状。

在两个通道4、6中的一个上的组件故障14、16的症状如下:

-数据未到达:等待输入数据项(来自先前计算或来自传感器)的AS应用任务不接收所述数据项以执行进一步计算。

-错误数据:等待输入数据项(来自先前计算或来自传感器)的AS应用任务接收错误的数据项以执行进一步计算,从而产生错误计算。

-数据存储在错误地址处:当接收到数据项时,所述数据项存储在第二组件16(动态RAM)中的地址处。

当数据项所存储的地址错误时,可以存在两个结果:

-数据项未到达:在将存储数据项的地址处,不存在可用于计算AS应用任务的数据项。

-错误数据项:在将存储数据项的地址处,先前存储的数据项用于由AS应用任务进行进一步计算。

这些症状可以具有两个结果。第一结果是观察到的故障对应于两个通道4、6上的签名差异,即对于给定的AS应用任务,在计算器4、6中的每一个上执行的计算产生不同结果。第二结果是观察到的故障由计算器间通信中断(交换的数据错误或丢失)组成。

因此,这些症状的检测指示计算器4、6中的至少一个的至少一个组件14、16的故障。

方法的第二步骤B随后由检测应用任务AS的时延周期组成。实际上,由于AS应用任务由来自若干输入数据项的多个计算组成,因此在计算期间存在时延周期,在所述时延周期期间,AS应用任务正等待数据执行下一计算。在这些时延周期期间,不使用通道4、6的资源,即第一组件4和第二组件6。这些时延周期因此可以用于执行操作状态测试,以确定第一计算器4和第二计算器6的第一组件14和第二组件16中的哪些发生故障并且引起所识别的症状。

方法1的第三步骤C随后由在此时延周期期间执行第一组件14和第二组件16中的至少一个的操作状态测试组成。在两个通道4、6(即,对于两个计算器)上优选地并行地对组件14、16中的每一个执行此功能状态测试。操作状态测试的定序可以在图4中看到。因此,除了在OS任务期间在循环开始时触发的功能测试之外,在应用任务的时延期间触发若干功能测试。

自测试是所谓的March测试。自测试用于测试每个组件的读取和写入能力。为此,将十六进制的AAAA型和5555型消息连续地写入到十六进制的5555型和AAAA型地址。将内容写入到这两个地址自动地触发读取测试。

在时延时间(即,空闲时间)期间并且与总线上的每个交换几乎同时地执行这些自测试。

因此,应用任务AS分别将指令发送到组件14、16中的每一个以执行操作状态测试26。换句话说,操作状态测试26由AS应用任务调用,使得在时延时间期间执行所述操作状态测试。因此,所执行的测试并不影响AS应用任务的计算时间。

方法1的第四步骤D是确定已执行操作状态测试26的组件14、16的状态。状态可以是故障状态或健康状态。因此,如果在相同循环或两个连续循环期间,观察到症状并且发现组件14、16中的一个的故障状况,则在检测的症状与发现的组件故障之间建立相关性。

为了限制所识别的故障组件的影响,隔离含有故障组件的计算器。换句话说,在由AS应用任务发起的功能状态测试或自测试26之后,具有检测到的且证实的故障的计算器不再在后续循环中执行AS应用任务且因此不再与视为健康的计算器通信。发动机控制单元2随后变成单通道,其中应用任务AS仅在视为健康的一个计算器上执行。

在此隔离之后,在隔离两个通道4、6中的一个时为了避免IFSD(空中停车),暂停由应用任务AS发起自测试26。因此,除了在循环开始和结束时由OS任务执行的自测试26之外,对其余计算器不执行自测试26。

图5通过流程图说明本发明的方法28的另一实例。系统的总体策略是在控制单元2中发生症状时触发自测试26。第一步骤是如上所述检测循环j中的下一故障症状。症状可以包含以下项:

-数据项未到达:当AS应用任务在时延周期期间主动地等待数据项时,一旦应用任务等待数据项的时间超过最大等待时间,则检测到数据项未到达。最大等待时间为至少3ms。

-第一通道4与第二通道6之间的签名差异:在AS应用任务结束时,比较由AS应用任务对两个通道4、6执行的计算的结果总和。这验证两个通道4、6执行相同计算。如果总和在两个通道4、6上不同,则这表示两个通道4、6中的至少一个使用错误的计算输入。由于在应用任务AS(即,循环)结束时执行求和,则在前一循环j-1中执行此症状的检测,使得在循环j中发起自测试26。换句话说,签名差异由以下组成:在前一循环j-1结束时并且在两个通道4、6上并行地比较在前一循环j-1期间执行的应用任务AS的计算的总和。在前一循环j-1中进行签名偏差检测的情况下,在当前循环j中执行(图2中的流程图的)过程1的步骤B到D。

当识别以上症状中的一个时,应用任务AS增加在时延周期期间运行的自测试26的数目,以识别可能引起症状的组件故障。因此,开始自测试26,直到当前执行循环j结束。

因此,通过增加自测试的数目且在计算循环的时延周期内分布自测试,自测试的覆盖范围因此增加。

第一组件14(FPGA)的可能故障如下:

-组件14的16个分支中的一个分支的一个焊点的微裂缝:除了当微裂缝影响对应低阶位分支的焊点时,一些微裂缝可能不影响;

-数据不更新;

-在对存储器的读取和/或写入期间的故障。

第二组件16(DPRAM)的可能故障如下:

-数据项存储在存储器中的错误地址处;

-不存储数据项;

-可以具有以下三种类型的内部存储器故障:短路、耦合故障和粘滞故障。

一旦通过自测试26识别出故障,检测到故障的轨道就变得安全,即隔离通道。而且,将故障以及关于控制单元的状态的情境信息,例如温度、振动状态、发动机转速、飞机姿态、发动机健康状况、航班号和故障日期存储在非易失性存储器中,以便于维护操作。

在未识别组件故障的情况下,由监督过程28提供跳闸。保护计算器构件确保:

-OS任务不再调用AS应用任务,

-不再计算控制电流,因此不再由此计算器发布控制电流。然后冗余丢失。

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