基于原核仿生阵列的自修复技术研究

论文摘要

航天器中大量使用电子系统,恶劣的工作环境使其容易发生故障。目前常用多模冗余来提高可靠性,但存在容错能力有限、环境适应性较差等不足。胚胎电子阵列通过模拟多细胞生物体自修复特性而设计,为提高电子系统可靠性提供了新的解决方案,但也存在存储资源消耗大、阵列结构有待优化等问题。论文以此为切入点,开展基于原核仿生阵列的自修复技术研究,主要内容如下:(1)论述原核细胞及其群落结构,研究胚胎电子阵列,针对其不足,提出原核仿生阵列。(2)研究原核仿生阵列的阵列结构、细胞结构和自修复方法,比较其与胚胎电子阵列的资源消耗,用原核仿生阵列设计DBPSK调制电路并进行仿真,验证原核仿生阵列的自修复功能和基于原核仿生阵列的自修复技术的可行性。(3)设计实现基于原核仿生阵列的PID控制器,通过模拟控制飞行器姿态,分析故障注入前后的控制效果,验证该PID控制器的自修复能力和基于原核仿生阵列的自修复技术的可行性和有效性。最后,对论文研究工作进行总结,提出进一步研究工作的建议。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文内容与章节安排
• 第二章 原核仿生阵列的基本原理
• 2.1 原核细胞与细胞群落
• 2.1.1 细胞分类
• 2.1.2 原核细胞群落结构
• 2.2 胚胎电子阵列
• 2.2.1 胚胎电子系统模型
• 2.2.2 胚胎电子阵列及细胞结构
• 2.2.3 胚胎电子阵列细胞故障自检测
• 2.2.4 胚胎电子阵列的重构机制
• 2.3 原核仿生阵列
• 2.3.1 原核仿生阵列结构
• 2.3.2 原核仿生细胞结构
• 2.3.3 原核仿生阵列重构机制
• 2.4 本章小结
• 第三章 原核仿生阵列设计及自修复功能验证
• 3.1 原核仿生阵列结构设计
• 3.2 原核仿生细胞结构设计
• 3.2.1 配置模块
• 3.2.2 功能单元
• 3.2.3 布线资源
• 3.2.4 自检模块
• 3.2.5 控制模块
• 3.3 原核仿生阵列自修复方法设计
• 3.3.1 细胞级自修复
• 3.3.2 阵列级自修复
• 3.4 原核仿生阵列的资源优势
• 3.5 原核仿生阵列自修复功能验证
• 3.5.1 FPGA 设计流程
• 3.5.2 DBPSK 调制的基本原理
• 3.5.3 基于FPGA 的DBPSK 调制电路设计
• 3.5.4 基于原核仿生阵列的DBPSK 调制电路设计
• 3.5.5 DBPSK 调制电路自修复功能验证
• 3.6 本章小结
• 第四章 基于原核仿生阵列的PID 控制器设计与实现
• 4.1 PID 控制器的基本原理
• 4.2 基于原核仿生阵列的PID 控制器设计
• 4.2.1 原核仿生阵列设计
• 4.2.2 原核仿生细胞设计
• 4.2.3 阵列及细胞工作原理
• 4.2.4 配置原理与自修复方法
• 4.3 基于原核仿生阵列的PID 控制器实现
• 4.4 PID 控制器自修复能力验证
• 4.4.1 实验系统设计
• 4.4.2 实验过程与结果
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 研究结论
• 5.2 研究工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果