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Interface de transducteurs intelligents tolérante aux pannes pour des applications avioniques critiques

Bouanen, Safwen (2014). Interface de transducteurs intelligents tolérante aux pannes pour des applications avioniques critiques. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Un nombre croissant de capteurs et d’actuateurs sont nécessaires dans les avions modernes afin de fournir une variété de fonctions de contrôle et de surveillance. Divers réseaux de communication ont été adoptés dans les nouveaux systèmes avioniques pour soutenir les transferts de données tout en assurant une importante bande passante et une réduction des paquets volumineux de câblage. L'intégration d'un large éventail de transducteurs dans un environnement de réseaux avioniques hétérogènes pose des problèmes nécessitant la normalisation des interfaces de transducteurs pour les systèmes avioniques. Une des solutions considérées consiste à appliquer la norme IEEE 1451 dans le développement d'interfaces de transducteurs intelligents pour les aéronefs de nouvelle génération. Par ailleurs, en ce qui concerne les applications avioniques critiques, les interfaces de transducteurs dotés de capacités de tolérance aux pannes sont nécessaires pour répondre aux exigences de fiabilité et de sûreté imposées par la réglementation et les normes. Dans ce mémoire, nous explorons les possibilités d’une interface de transducteurs intelligents qui cible une plate-forme FPGA. L’architecture proposée est basée sur la norme IEEE1451.0 et elle intègre plusieurs techniques de tolérance aux pannes qui renforcent la fiabilité et la sûreté de l'interface. Une redondance modulaire au niveau micro-architectural et un mécanisme de test en ligne assurent la détection, le diagnostic et le recouvrement des pannes. L’interface est capable de gérer des pannes transitoires et permanentes. L'architecture proposée a été conçue pour être aussi générique que possible afin de supporter une multitude d’applications avioniques critiques telles que des systèmes de commande de vol électrique (FCS), les systèmes de freinage électrique (EBS) et des systèmes de données aériennes (ADS). La fiabilité et la sûreté de l'interface sont évaluées et ont été jugées satisfaisantes. Enfin, l’interface proposée a été implémentée et validée via un prototype matériel.

Titre traduit

Fault tolerant smart transducers interface for safety-critical avionics applications

Résumé anglais

An increasing number of sensing and actuation devices are needed in modern aircrafts in order to provide a variety of functions for aircrafts monitoring and control. Diverse communication networks have been adopted in new avionic systems to support data transfers while ensuring very high communication bandwidth and reducing bulky wiring bundles. Integrating a wide range of sensing and actuation elements in a heterogeneous network environment raises serious challenges requiring the standardization of transducer interfaces in avionics systems. One of the viable solutions for these problems is the adoption of the IEEE 1451 standard in the development of smart transducers interfaces for the next generation avionics systems. Another important aspect for safety-critical avionics systems is that smart transducers interfaces with embedded fault tolerance capabilities are needed to meet high reliability and safety requirements imposed by regulations and standards. In this work we propose a smart transducers interface architecture that targets an FPGA platform. This architecture is defined using the IEEE1451.0 standard and it integrates several fault tolerance techniques that strengthen the reliability and safety attributes of the interface. A core-level redundancy and an online testing mechanism ensure detection, diagnosis and recovery from faults. The interface can handle transient and permanent faults. The proposed interface has been designed to be as generic as possible in order to support a wide range of transducers that could be deployed in several avionics safety-critical applications such as flight control systems (FCSs), electric braking systems (EBSs) and air data systems (ADSs). Reliability and safety performance of the interface are investigated and shown to be satisfactory. Finally, the proposed interface design has been implemented and validated through a hardware prototype.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie électrique". Bibliographie : pages 121-124.
Mots-clés libres: Transducteurs. Avionique. Circuits d'interface. Réseaux logiques programmables par l'utilisateur. Tolérance aux fautes (Informatique) Fiabilité. interface de transducteurs intelligents, IEEE 1451.0, tolérance aux pannes, FPGA, sûreté
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Thibeault, Claude
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Savaria, Yvon
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie électrique
Date de dépôt: 23 févr. 2015 20:28
Dernière modification: 21 avr. 2015 15:00
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1252

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