Автореферат (Динамика цифровых резервированных асинхронных многотактных систем управления магистральных самолетов), страница 2

Для этогонеобходимы высокая скорость передачи информации, большое быстродействиевычислителей и высокие частоты обновления информации цифровых датчиков,информационных систем и вычислителей СДУ;-в системе управления используется много цифровых устройств, работа которыхне синхронизирована, т.е. система является асинхронной.

Это приводит кдополнительным запаздываниям в трактах управления и к рассогласованиюканалов. Обеспечение согласованной работы каналов требует специальных мер,которые оказывают влияние на динамические характеристики системы;-частотыобновленияинформациидатчиков,информационныхсистемивычислителей ЦСДУ отличаются друг от друга. Разная значимость функций ЦСДУпозволяет разнести выполнение различных функций по разным тактам ЦСДУ иобеспечитьоптимальнуюреализациюциклограммыработы.Однакоэтиособенности делают систему управления многотактной и усложняют ее анализ;-жесткие требования к надежности и отказобезопасности в сочетании с высокойсложностьюсистемыуправленияведуткнеобходимостиразработкивысокоэффективной системы контроля.

Выбор параметров алгоритмов контроляопределяетсякакстохастическимиидинамическимихарактеристикамиконтролируемых сигналов, так и требованиями к вероятности несрабатывания иложного срабатывания системы контроля.Современная ЦСДУ строится по иерархическому принципу и имеет трехуровневуюструктуру – основной, резервный и аварийный контуры (рис. 2).Основной цифровой дистанционный контур СДУ совместно с сопрягаемымоборудованием должен обеспечивать весь спектр функций управления.Резервный электродистанционный контур должен обеспечивать ограниченныйспектр функций управления, достаточный для безопасного завершения полета.9Рисунок 2 – Иерархическое построение системы управления самолетаАварийный контур (если он необходим) должен обеспечивать минимальныйуровень управляемости в случае отказа основного и резервного контуров.Все функции, характерные для систем управления современных самолетовтранспортной категории, можно разделить на три основные группы:-функции управления;-функции,повышающиебезопасностьполета,т.е.защитаграницэксплуатационной и предельной областей режимов полета от нарушения;-функции комфортного управления.Функции управления.

К функциям управления относится формирование сигналовуправления по тангажу, крену и курсу от рычагов управления и переключателей.nynyНеобходимо обеспечить заданные статические характеристики управляемости X в , Рви другие, устойчивость самолета с ЦСДУ и характеристики переходных процессов.Функции,безопасностьповышающиеполета,безопасностьподразделяютсянаполета.функцииФункции,ограниченияповышающиеифункциипредупреждения.Функции ограничения, обеспечивающие надежную защиту самолета от выхода заграницы предельной области, необходимы по тем параметрам, превышение которыхможет привести к аварийным или катастрофическим ситуациям, т.е. это защита отпревышения предельной перегрузки, угла атаки, скорости VD и числа Маха МD и др.Функции предупреждения обеспечивают информирование экипажа о приближениик границе эксплуатационной области по основным параметрам полета.10Функции комфортного управления.

Эти функции обеспечивают высокий уровеньудобства управления, включая автобалансировку самолета, стабилизацию угловогоположения без вмешательства летчика в управление, автоматическое парированиевозмущений при отказе двигателя, изменении положения механизации и т.д.Весьма важным этапом при разработке сложных цифровых систем управленияявляется анализ функциональных отказов, которые определяют ее архитектуру,резервирование и систему контроля (примеры в табл. 1, 2). Для обеспечения надежностисистемывозможноприменениевычислителей,построенныхпосхемесамоконтролируемой пары с разнородным резервированием аппаратной и программнойчастей каналов, где один канал выполняет функции контроля, а другой – функцииуправления.

Также требуется два типа блоков управления и контроля (БУК) приводовдля обеспечения надежности резервного управления и предотвращения отказа из-заналичия «общей точки» в программном обеспечении.Во второй главе рассмотрены особенности построения и функционированияасинхронной одноканальной системы управления. В процессе создания системуправления самолетов наибольший интерес вызывает синтез алгоритмов системыуправления, реализующих заданные функции ЦСДУ и характеристики устойчивости иуправляемости.

Для этого требуются обширные исследования, включающие:-оценку запасов устойчивости и характеристик управляемости;-определение требований к трактам управления;-определение требований к исполнительным элементам;-математическое и стендовое моделирование.Результаты этих исследований существенно зависят от законов управления и ихреализации. Как правило, алгоритмы управления синтезируются и отрабатываются ваналоговой форме, но для реализации в цифровой системе управления их нужноперевести в дискретную форму, принимая во внимание следующие особенности:-дискретность по времени и уровню;-асинхронность работы каналов;-множество тактов обновления информации и выполнения операций;-выравнивание информации между каналами.11Таблица 1 – Анализ функциональных отказов информационно-вычислительной части12№Проявление отказаЭтапыполетаВоздействие на самолетЛетнаяситуацияТребуемаявероятность,1/час1Контролируемый отказ основногоуправленияВсеУхудшение управления во всех каналахСС/АС< 10–5< 10–72Неконтролируемый отказосновного управленияВсеПотеря управления самолетомКС< 10–93Отказ резервной системыуправленияВсеПотеря управления самолетомКС< 10–94Отказ сигнала перемещениярычага управления в продольноми поперечном каналахВсеПотеря управления самолетомКС< 10–95Отказ сигнала перемещенияпедалейВсеЗначительное ухудшение управления в путевомканале.

Сложность выполнения посадки прибоковом ветреАС< 10–76Отказ сигналов угловыхскоростей в основном управленииВсеЗначительное ухудшение устойчивости самолетаАС< 10–77Отказ сигналов ИНС в основномуправленииВсе кромевзлета,посадкиВзлет,посадкаУхудшение управления в продольном канале.Потеря автоматического ограничениянормальной перегрузки и углового положения.Потеря стабилизации углового положенияCC< 10–5АC< 10–7ВсеПотеря настройки системы управления по числуМаха и скорости. Потеря автоматическогоограничения угла атаки. Ухудшениеустойчивости на больших углах атакиСС/АС< 10–5< 10–78Отказ сигналов СВС в основномуправленииТаблица 2 – Рекомендации к архитектуре информационно-вычислительной части на основе анализа функциональных отказов13№ЭлементСтепеньрезервированияВнутреннее резервированиеКоличествотипов1Вычислитель ЦВДва или болееДва или более12Программное обеспечение ЦВДва или болееДва или более (уровень разработкиканала контроля – A)13Аналоговый блок БУК (АСЕ)Четыре или болееНет14Вычислитель БУК (АСЕ)Четыре или болееДва или более25Программное обеспечение БУК (АСЕ)Четыре или болееДва или более (уровень разработкиканала контроля – A)26Система воздушных сигналов (СВС)Три или болееДолжно присутствовать дляобеспечения высокой полноты контроля17Инерциальная навигационная система(ИНС, БИНС)Три или болееДолжно присутствовать дляобеспечения высокой полноты контроля18Датчик перемещения штурвалаЧетыре или болееМожет присутствовать19Датчик перемещения педалейТри или болееМожет присутствовать1ООценитьусстойчивостть можно путем инттегрированния уравнеений движжения самоолетас ЦСДДУ.

Однако более предпочтитптельным видитсявоппределениие запасовв устойчиввостипрограаммно-аналитическиим путем, с помощщью разрабботанного в ЦАГИ программмногообеспеечения, и ихи подтверрждение поп результаатам числеенного мооделированния.ППриразрааботке циифровых систем управлениуия очень важную роль играетиопредееление треебований к допустиимым запааздываниям в тракттах различчных сигнналов,которыые позволяяют определить часттоты обноовления иннформациии.

Наиболеее критичннымидля усттойчивостии являютсся тракты угловойусккорости таангажа и пеерегрузки (рис. 3).Рисунокк 3 – Расчетная схемма анализаа устойчиввости замккнутой сисстемыРеежим VD–MD являяется рассчетным для выббора макссимальногго временнногозапаздыывания. ДляД этого режима нан рис. 4 приведеныы областии устойчиввости сисстемы«самоллет – ЦССДУ» прии варьироовании заапаздываниий в этиих трактахх.

Видно,, чтозапаздыывание в трактетуглловой скоррости танггажа τ = 0,1 с являеттся недопуустимым.б) τn = 0,2 са) Запазздывание τn = 0yyРисуноок 4 – Облласти устойчивости. Режим VD–MD144ККромесоокращенияяобластеейустоййчивостидругимиикритериямивыыборамаксиммального допустимодого временни запаздыывания явлляются:-сильноое возмущщение перееходного процессапввследствиее запаздыввания;-потеряя или неуддовлетвориительное выполненивие функциии ЦСДУ;-невозмможность проведениия эффекттивного коонтроля сиигнала.Д того чттобы дать количественную меруДлямвозмуущения пеереходногоо процессаа, т.е.разниццу между реальнымм y(t) и этталонным yref(t) прооцессами, можно вооспользоватьсяфункцииональнойй нормой рассогласорования, кооторая можжет быть ллибо интеггральной:⎛⎛T⎞Δy (t ) = sqrt⎜⎜ ⎜⎜ ∫ ( y (t ) − yreff (t )) 2 dt ⎟⎟2⎠⎝⎝ 0⎛T⎞⎞⎜⎜ ∫ yref (t ) 2 dtd ⎟⎟ ⎟⎟ ,⎝0⎠⎠где T – характернное времяя затуханияя переходного проццесса,либо пиковой:Δy (t ) ∞ Δy (t ) =maax( y (t ) − y ref (t ) ).max( yref (t )) − mmin y ref (t )Н рис.

5 приведеныНапы интегралльные норрмы возмуущений переходногго процессса понормалльной переегрузке, угловой скорости таннгажа и руулю высотты. При оббычном поорогедопусттимого воозмущения в 10%% от исхходного процессапвеличинаа допустиимогозапаздыывания в канале ωz составляяет ~ 0,066 с. Такжее запаздыввание в каанале ωz болееб0,05 с приводитт к пояявлению колебателльности, выражающщейся в росте числачмумов и точек пересечения с эталонныым процесссом (рис. 66).экстремРисуноок 5 – Инттегральнаяя норма воозмущенияя переходнных процеессов.Режимм MMO–VMOа.