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

Чем лучше экипаж обеспечен необходимой информацией, чемвыше уровень автоматизации управления, позволяющей освободить пилотов отрутинных операций, чем совершеннее система ограничителей параметровдвижения самолета и система предупреждения экипажа, тем выше уровеньбезопасности полета. К сожалению, в настоящее время основу паркаотечественных авиакомпаний составляют самолеты старого поколения, системыуправления и комплексы бортового оборудования которых не отвечаютсовременным требованиям.Важнейшими предпосылками высокой безопасности полета являютсяустойчивость и управляемость самолета, реализованный набор функций системыуправления, направленных на предотвращение превышения допустимых ипредельных параметров полета путем предупреждения экипажа или их жесткимограничением [1–4, 25–34]. Не меньшее значение имеет надежность системыуправления и бортовых систем самолета, что, в свою очередь, определяется ихархитектурным построением, уровнем резервирования и надежностью элементов[1, 2, 8–12, 15–23, 38].Этапным моментом в развитии систем управления магистральныхпассажирских самолетов, как отечественных, так и зарубежных, можно считатьпереходнацифровыесистемыдистанционногоуправления(ЦСДУ).7Механическое управление сохраняется в самом простейшем виде как аварийноена случай полного отказа дистанционного управления.

По этому принципупостроены системы управления зарубежных дальнемагистральных самолетов,таких как А340, Boeing777 [1, 10, 15], и отечественного среднемагистральногосамолета Ту-204 [1, 39–43].Следующим шагом является переход на полное дистанционное управлениебез механического резерва. В частности, в построении системы управлениядальнего магистрального самолета А380 реализован переход на полноедистанционное управление и отказ от механического резервного управления.Такой же принцип реализован на отечественном самолете Sukhoi SuperJet 100 [1].Это стало возможным благодаря заметному повышению надежности бортовойвычислительной техники.Дальнейшее развитие связано с разработкой нового поколения системуправления для самолетов транспортной категории – МС-21, МТС, ШФДМС, чтоявляетсяважнымфакторомихуспешногосоздания,сертификациииэксплуатации.Системы управления современных гражданских судов достигли высокойстепени совершенства.

Развитие авиации вообще и гражданской авиации вчастностинемыслимобезфундаментальнойнаучнойипередовойтехнологической базы. Очевидно, что данные успехи могут быть толькорезультатом многолетних усилий нескольких поколений ученых отраслевыхинститутов и разработчиков авиационной техники.В ЦАГИ под руководством академика Г.С. Бюшгенса создана научная школапо проблемам устойчивости, управляемости и системам управления самолетов [1–5, 15, 24–33]. Специалистами ЦАГИ разработаны принципы и базовые алгоритмысистем управления пассажирских самолетов, которые нашли применение наотечественных самолетах Ту-204, Ту-334, Ил-96, Sukhoi SuperJet 100 и МС-21.Усовершенствованныеимодифицированныеалгоритмы,реализующиерасширенный функциональный состав, будут применены на перспективныхсамолетах ШФДМС и МТС.

Эти алгоритмы базируются на принципах8интегральных систем управления. Пионерами в создании интегральных системуправленияявляютсясотрудникиЦАГИР.В. Студнев,Ю.Ф. Шелюхин,Ю.И. Диденко, В.К. Святодух, и др. Среди сотрудников других организацийнеобходимоотметитьВ.И. Гониодского,А.А. Калика,А.П. Кирюшкина,О.Ю. Алашеева,М.И. КраснокутскогоиА.Г.

Кузнецова,других,внесшихнеоценимый вклад в создание первой высокоавтоматизированной цифровойсистемы управления магистрального самолета Ту-204. Большой вклад в созданиесистемы управления современного отечественного самолета Sukhoi SuperJet 100внесли А.В.

Долотовский, В.А. Терехин, В.А. Чочиев и др. В разработкуалгоритмов управления с использованием интегральных законов большой вкладвнесли Г.И. Загайнов, В.Л. Суханов, А.З. Тарасов, Ю.Г. Живов, В.М. Кувшинов,Ю.Б. Дубов, А.И. Дынников, А.М. Поединок, Ю.Г. Оболенский и др.Для успешного применения этих алгоритмов на реальных самолетахпотребовалось решить множество проблем реализации функций управления,обеспечения устойчивости, заданных характеристик управляемости, ограниченияпараметров движения, логики включения режимов и логики перехода от одногорежима к другому.

Реализовать такие сложные законы управления возможнотолько с использованием цифровых вычислителей, что порождает множествоспецифических задач построения цифровых систем, оценки их динамики,реализации эффективной системы контроля и обеспечения синхронной работымногомашинного комплекса. Основные принципы, на которых базируется анализустойчивости, хорошо известны и описаны в многочисленных работах какотечественных (В.А.

Бессекерский, Я.З. Цыпкин, Э. Джури и др.), так изарубежных авторов (Р. Калман, Ю. Ту, Дж. Бертрам, Т. Коффи, И. Вильямс,В. Уолтон и др.) [48–53]. Большой вклад в исследование особенностей динамикицифровых систем управления самолетов внесли специалисты ЦАГИ. ЗдесьследуетотметитьработыЮ.Ф. Шелюхина[1, 56, 58, 62–63, 65–66,96],В.М. Кувшинова [54–57, 67], А.И. Дынникова [56, 59], Ю.И. Диденко [58, 62],П.В.

Кушнира [62–63], Л.В.Халецкого др. Необходимо сказать, что абсолютноебольшинство работ касается динамики одноканальных, однотактных, синхронных9систем. В то же время для обеспечения идентичности вычислительных процессов,протекающих в различных каналах, применяются различные виды выравниванияинформации с помощью обмена данными через линии межканальной связи.Выравнивание информации оказывает влияние на динамические свойства какотдельных элементов системы управления, так и всей системы в целом и наустойчивость замкнутой системы «самолет – система управления» [1, 56, 58, 62–66, 73, 94].

Большой вклад в исследование цифровых асинхронных системуправления с учетом выравнивания информации внесли Ю.Ф. Шелюхин,Ю.И. Диденко, П.В. Кушнир.Большие проблемы для реализации цифровых систем управления создаютаэроупругиеколебаниясамолета,посколькуиз-затранспонированиявысокочастотных сигналов в область низких частот, характерного для дискретныхсистем управления, составляющие сигналов датчиков, соответствующие тонамаэроупругих колебаний, оказывают влияние на устойчивость и динамикусамолета как твердого тела.

Большой вклад в анализ данной проблемы иразработку специальных фильтров для ослабления этого эффекта внеслиВ.М. Кувшинов, А.Н. Галюченко, А.И. Дынников [54–57].Анализу динамики самолета с цифровой системой управления в продольномканале посвящено достаточно много работ, чего нельзя сказать о случае боковогодвижения. Анализ устойчивости самолета в боковом канале является гораздоболее сложной задачей, поскольку из-за наличия двух органов управления –элеронов и руля направления – эта задача всегда является многоконтурной[1, 58, 60, 62, 69, 94].Очень большое значение для создания систем управления имеет стендоваяотработка. Большой вклад в разработку методик проведения испытаний и анализарезультатов, методов расчета эталонных характеристик внесли В.М.

Кувшинов,А.И. Дынников [54, 59].В результате значительных усилий многих специалистов в настоящее времясоздан целый ряд систем управления самолетов, которые характеризуютсяследующими основными чертами (рис. 1):10–архитектурноеиспользованиепостроениецифровыхсистемуправляющихуправлениявычислителейспредполагаетприменениемразнородного резервирования, цифровых информационных систем параметровдвижения, боковых ручек или миништурвалов в качестве рычагов управления,цифровых линий связи и электрогидравлических приводов для отклоненияосновных органов управления;–алгоритмическоеобеспечениесистемуправленияпредполагаетреализацию большого объема функций СДУ для обеспечения устойчивости иуправляемости,предупрежденияиограниченияважнейшихпараметровдвижения, повышения комфорта управления.

Эти алгоритмы требуют широкойнастройки коэффициентов управления по параметрам полета для обеспеченияоптимальных характеристик устойчивости, управляемости, автобалансировки ипрочих функций;–чтосамолет должен обладать отличными динамическими характеристиками,приводиткжесткимтребованиямкмаксимальномудопустимомузапаздыванию в трактах управления. Это требует большой скорости передачиинформации по цифровым линиям и высокой частоты обновления информациицифровых датчиков и информационных систем, вычислителей СДУ и ихвысокого быстродействия;–всистемедистанционногоуправлениязадействованобольшоеколичество цифровых устройств, работа которых не синхронизирована, т.