飞控故障诊断 · 安全保护
📘 30章 完整目录
1
飞控系统概述
嵌入式飞控系统架构、核心传感器（IMU/GPS/气压计）原理、飞控硬件平台（STM32/PX4）选型。
2
故障模式分析
传感器故障（漂移/卡死/数据中断）、执行器故障（电机堵转/桨叶损坏）、通信故障（CAN/I2C总线异常）。
3
传感器故障诊断
基于残差分析的IMU故障检测、GPS信号质量评估与故障隔离、气压计高度数据有效性校验。
4
执行器故障诊断
电机电流与转速异常检测、PWM信号回读校验、基于模型的推力估算与故障判别。
5
通信总线故障诊断
CAN总线错误帧检测与恢复机制、I2C总线死锁检测与复位策略、UART通信超时与重传机制。
6
软件故障诊断
任务调度超时检测、堆栈溢出监测、内存泄漏检测与看门狗机制。
7
电源系统故障诊断
电池电压/电流监测、电源轨电压跌落检测、欠压保护与自动降落策略。
8
故障树分析（FTA）
建立飞控系统故障树、最小割集分析、定量概率计算与安全关键等级划分。
9
故障模式与影响分析（FMEA）
FMEA表格设计、严重度/发生度/探测度评级、风险优先级数（RPN）计算。
10
冗余设计基础
硬件冗余（双IMU/三余度传感器）、软件冗余（N版本编程）、信息冗余（CRC校验/ECC内存）。
11
IMU冗余管理
双IMU数据融合与一致性校验、主备切换逻辑设计、故障传感器的动态剔除与重构。
12
GPS/INS组合导航故障诊断
松耦合与紧耦合架构对比、GPS信号丢失时的惯性导航保持、组合导航滤波器故障检测。
13
执行器冗余管理
四旋翼/六旋翼的电机故障重构、舵机故障下的控制分配重构、推力损失补偿算法。
14
安全保护机制总览
分级安全策略（警告/降级/紧急停机）、安全状态机设计、故障响应时间要求。
15
软件看门狗与硬件看门狗
独立看门狗（IWDG）与窗口看门狗（WWDG）配置、喂狗策略与死机恢复流程。
16
电压监测与欠压保护
ADC采样电路设计、电压阈值设定与迟滞比较、欠压自动降落与低电量报警。
17
温度监测与过热保护
IMU/电机/电池温度监测、温度阈值设定、过热降频与强制散热策略。
18
振动监测与异常检测
加速度计频谱分析、振动阈值设定、共振频率识别与滤波器自适应调整。
19
地理围栏与电子围栏
GPS坐标边界设定、围栏触发逻辑、自动返航与强制降落策略。
20
失控保护（Failsafe）
遥控器信号丢失检测、GPS信号丢失处理、数据链中断自动返航逻辑。
21
故障注入测试
软件故障注入（位翻转/数据篡改）、硬件故障注入（短路/断路模拟）、测试用例设计方法。
22
实时故障记录与日志
黑匣子数据记录（Flight Log）、关键事件标记、故障时间戳与数据回放分析。
23
故障诊断算法
卡尔曼滤波残差检测、卡方检验法、主成分分析（PCA）异常检测、机器学习故障分类。
24
基于模型的故障诊断
系统辨识与状态估计、解析冗余关系（ARR）生成、故障可检测性与可隔离性分析。
25
多旋翼飞控故障案例
IMU数据跳变导致炸机、GPS干扰导致漂移、电机堵转导致坠毁——案例复盘与改进。
26
固定翼飞控故障案例
空速管堵塞导致失速、舵机卡死导致失控、发动机熄火应急处理——案例复盘与改进。
27
无人车/船故障案例
电机驱动器过温保护、转向传感器故障、通信中断应急策略——案例复盘与改进。
28
适航标准与安全认证
DO-178C（软件）、DO-254（硬件）、ISO 26262（功能安全）、MIL-STD-882E。
29
故障诊断系统设计流程
需求分析、架构设计、详细设计、实现与测试、验证与确认（V模型）。
30
综合项目实战
设计一个四旋翼飞控故障诊断与安全保护系统，包含传感器故障检测、执行器重构、失控保护与日志记录。