飞控冗余设计：表决机制与监控策略
📚 共计 30 章节
01
冗余设计概述
为什么飞控需要冗余？核心目标与分类：硬件、软件、信息冗余。
硬件冗余
软件冗余
信息冗余
02
表决机制基础
什么是表决？数学基础：多数原则、加权投票。
多数原则
加权投票
03
三模冗余（TMR）架构
TMR原理、三取二表决器设计、TMR优缺点。
TMR
三取二
表决器
04
双模冗余（DMR）架构
DMR原理、主备切换机制、比较器设计。
DMR
主备切换
比较器
05
混合冗余架构
TMR+DMR组合、N模冗余（NMR）概念、工程折中方案。
混合冗余
NMR
折中
06
表决器硬件实现
FPGA表决器设计、分立元件表决器、ASIC实现。
FPGA
分立元件
ASIC
07
表决器软件实现
软件表决算法、轮询与中断模式、实时性考量。
软件表决
轮询
实时性
08
监控策略总览
监控分类：健康监控、功能监控、环境监控、监控层级。
健康监控
功能监控
环境监控
09
心跳监控
心跳信号原理、超时检测、心跳丢失处理。
心跳
超时检测
丢失处理
10
看门狗监控
硬件看门狗、软件看门狗、多级看门狗策略。
硬件看门狗
软件看门狗
多级
11
一致性监控
数据一致性检查、交叉校验、CRC校验。
一致性
交叉校验
CRC
12
范围与合理性监控
传感器数据范围检查、变化率限制、物理约束检查。
范围检查
变化率
物理约束
13
比较监控
双通道比较、三通道比较、差异阈值设定。
双通道
三通道
阈值
14
故障检测与隔离（FDI）
故障检测方法、隔离策略、故障树分析。
FDI
故障树
隔离
15
故障恢复机制
冷备切换、热备切换、渐进式降级。
冷备
热备
降级
16
传感器冗余管理
IMU冗余、GPS冗余、气压计冗余、多传感器融合。
IMU
GPS
融合
17
执行器冗余管理
舵机冗余、电机冗余、混控策略。
舵机
电机
混控
18
通信链路冗余
CAN总线冗余、串口冗余、无线链路冗余。
CAN
串口
无线
19
电源冗余管理
双电源供电、电源监控、欠压保护。
双电源
监控
欠压保护
20
时钟冗余与同步
时钟源冗余、时间同步协议（PTP、NTP）、同步误差处理。
时钟冗余
PTP
NTP
21
软件冗余策略
N版本编程、恢复块、多版本并行计算。
N版本
恢复块
并行
22
状态机与冗余管理
飞控状态机设计、故障状态转换、安全状态定义。
状态机
故障转换
安全状态
23
表决与监控的实时性分析
时间预算、最坏情况执行时间（WCET）、调度策略。
时间预算
WCET
调度
24
可靠性建模与评估
失效率计算、MTBF、MTTR、可靠性框图。
MTBF
MTTR
可靠性框图
25
安全性分析
FMEA、FTA、HAZOP在飞控冗余中的应用。
FMEA
FTA
HAZOP
26
DO-178C与冗余设计
适航标准对冗余的要求、认证考量。
DO-178C
适航
认证
27
无人机飞控冗余案例
Pixhawk冗余设计、ArduPilot故障处理、大疆冗余架构。
Pixhawk
ArduPilot
大疆
28
载人飞行器冗余案例
eVTOL冗余设计、城市空中交通（UAM）对冗余的要求。
eVTOL
UAM
载人
29
测试与验证
故障注入测试、硬件在环（HIL）测试、耐久性测试。
故障注入
HIL
耐久性
30
未来趋势
AI在冗余管理中的应用、自适应冗余、云边协同冗余。
AI
自适应
云边协同