Диссертация (Динамика цифровых резервированных асинхронных многотактных систем управления магистральных самолетов), страница 3

е.система является асинхронной. Это приводит к дополнительным запаздываниямв трактах управления и к «разбеганию» резервированных каналов, особенно вслучаеинтегральныхмногомашинногосистем.комплексаДляобеспечениятребуютсясогласованнойспециальныесредства,работыкоторыеоказывают влияние на динамические характеристики систем. Расчет такихсистем вызывает дополнительные сложности и требует разработки специальныхметодов анализа;–частоты обновления информации датчиков, информационных систем ивычислителей СДУ, как правило, разные. С другой стороны, высокая сложность11алгоритмов управления, разная значимость функций СДУ с точки зрения влиянияна динамику системы «самолет – СДУ» позволяют распределить выполнениеразличных функций по разным шагам обновления СДУ.

Последовательностьвыполняемых операций определяется диспетчером функций. Эти особенностиархитектурноговычислительногозначительнопостроения,процессаусложняютатакжеделаютееорганизациисистемуанализ.приемауправленияРасчетданныхимноготактнойихарактеристикцифровойрезервированной асинхронной многотактной системы управления самолетаявляется весьма сложной задачей, требующей разработки специальных методов[1, 58, 67, 68, 69, 92-95];–жесткие требования к надежности и безопасности в сочетании с высокойсложностью системы управления с точки зрения ее функционального наполнения,информационного обеспечения, архитектурного построения и организациивычислительного процесса требуют разработки высокоэффективной системыконтроля. Выбор параметров алгоритмов контроля (пороги срабатывания, времяподтверждения)определяетсякакстохастическимиидинамическимихарактеристиками контролируемого сигнала, так и требованиями к вероятностиотказов системы контроля (несрабатывание и ложное срабатывание).

Это являетсячрезвычайно ответственной и весьма сложной задачей, особенно в случаеасинхронной, многотактной системы управления, реализующей многочисленныйи сложный функциональный набор [1, 72–78, 91, 93, 95];В работе представлены основные полученные автором результаты анализацифровых СДУ современных самолетов. Особое внимание уделено учету влияниямногоканальности, асинхронности, многотактности и выравнивания информациимежду каналами на динамические характеристики как самой СДУ, так изамкнутой системы «самолет – СДУ». Также большое внимание уделеновопросам построения системы контроля, получению и анализу распределенийконтролируемых сигналов, их использованию для выбора параметров системыконтроля, методам оценки вероятности несрабатывания и ложного срабатыванияалгоритмов контроля [1, 71–72, 77–78, 91].12Рисунок 1 – Основные особенности современных цифровых систем управления самолетов13Цели работыДанная работа направлена на формирование теоретического и прикладногозадела для исследований и разработки цифровых резервированных асинхронныхмноготактных систем управления и научного сопровождения создания системдистанционного управления самолетов транспортной категории.Задачи работыЗадачами работы являются:–Анализреализующихструктурногоэтифункции,построения,набораинформационногофункций,обеспеченияалгоритмов,функцийиалгоритмов, построения системы контроля и обеспечения надежности цифровыхсистем управления, позволивших достичь высокого уровня характеристикустойчивости, управляемости и безопасности, которым обладают современныесамолеты.–Анализ информационных потоков и вычислительных процессов,реализующих функции и алгоритмы СДУ.

Определение типовых временныхциклограмм информационно-вычислительной части СДУ и формированиетребований к ним. Оценка максимальных допустимых запаздываний в трактахпередачи информации и управления.–РазработкаметодовобеспеченияфункционированияСДУкакмногомашинного комплекса. Для достижения необходимого уровня надежностииспользуется резервирование каналов СДУ. В результате обновления информациив разные моменты времени, использования разных источников информации и т. д.исходная информация в цифровых каналах СДУ несколько отличается.Вследствие использования интегральных звеньев и сложных логическихэлементов релейно-гистерезисного типа даже небольшое различие в исходнойинформации приводит к значительному отличию вычислительных процессов, чтонедопустимо.

Поэтому должны быть предусмотрены специальные меры пообеспечению идентичности состояний и вычислительных процессов в каналахрезервированной СДУ.14–Разработкаметодованализаустойчивостиидинамическиххарактеристик цифровых резервированных асинхронных систем управления.Вследствие асинхронности работы резервированных вычислителей устойчивостьи динамические свойства системы «самолет – СДУ» для резервированных иодноканальных систем различаются, что требует разработки специальныхметодов анализа.–Оценка влияния асинхронности и выравнивания информации надинамические характеристики резервированных систем.

Применение средствсинхронизации состояний и выравнивания сигналов приводит к искажениюдинамических характеристик СДУ. Должна быть проведена оценка степени этогоискаженияиподтвержденаприемлемостьполучившихсяврезультатединамических характеристик.–Оценка влияния наиболее распространенных видов многотактности надинамические свойства системы управления, прежде всего на ее частотныехарактеристики и области устойчивости замкнутой системы «самолет – цифроваясистема управления». Многотактность является еще одной особенностьюпостроения и организации работы современных цифровых систем управления,которая значительно усложняет их анализ.–Разработка методов оценки рассогласований вычислительных процессовв цифровых системах управления.

Вследствие дискретности, асинхронности имноготактности рассогласование между контролируемыми параметрами вцифровой системе отличается от рассогласования в аналоговой системе, чтоопределяет необходимость разработки методов оценки рассогласований как длядетерминированных, так и для случайных процессов.–Построение эффективной системы контроля и рассмотрение различныхвариантов реконфигурации СДУ, поскольку сложность законов управления ииспользование многочисленных источников информации требуют повышенноговнимания к вопросам обеспечения отказобезопасности системы управления.–Разработка методов оценки вероятности ложного срабатывания системыконтроля цифровой СДУ и выбора ее параметров.15Основное содержание работыРабота состоит из введения, пяти глав и заключения.В первой главе определен предмет исследования и проведен обзор основныхособенностей построения и функционирования современных цифровых системдистанционного управления самолетов транспортной категории.

Рассмотреныосновные требования, предъявляемые к самолету с СДУ, и современный подход кразработке высокоинтегрированных цифровых систем. Подробно рассмотреныфункции СДУ и информационное обеспечение, необходимое для их реализации.Среди этих функций – обеспечение заданных градиентов управляемости,автобалансировка в продольном канале, ограничение ряда параметров движения(угол атаки, нормальная перегрузка, приборная скорость и число Маха, углытангажа и крена и др.), а также ряд функций, повышающих комфорт управления(парирование возмущений, вызванных отказами и изменением конфигурации,угловая стабилизация при невмешательстве летчика в управление и др.).

Выделеныосновные особенности построения и функционирования СДУ, учет которыхнеобходим при анализе устойчивости и характеристик управляемости самолета сцифровой системой управления. Среди этих особенностей – асинхронность работымногочисленных цифровых датчиков, систем, вычислителей и линий связи,многотактность, т. е. использование разных тактов обновления информации,использованиелинийсвязидляидентичностивычислительныхвыравниванияпроцессовиинформации, обеспечениясинхронизациисостоянийвычислителей разных каналов.Во второй главе рассмотрены особенности асинхронной одноканальнойсистемы управления. Рассмотрены типовые временные циклограммы работыосновных трактов передачи информации современных СДУ.

Рассмотренытребования к максимальным допустимым запаздываниям в линиях передачиинформации и каналах управления. Допустимые запаздывания в каналахобратной связи по угловым скоростям и перегрузке определены исходя из оценкизапасов устойчивости замкнутой системы «самолет – СДУ» и характеристикпереходных процессов (колебательность, заброс, наличие высокочастотных16составляющих и т. д.). Допустимые запаздывания в других каналах определены сучетом необходимости построения эффективной системы контроля, для которойтребуетсясравнениерассогласованиесигналовмеждуразныхканаламиканалов.включаетДляслучайнуюцифровыхисистемасинхроннуюсоставляющие. Уровень асинхронной составляющей прямо пропорционаленпериоду обновления информации и скорости изменения контролируемогосигнала. Проведена оценка распределений как самих контролируемых сигналов,так и их производных, что позволило провести оценку максимальных допустимыхпериодовобновленияинтегрированиянаинформации.частотныеПроведенхарактеристикианализвлияниядинамическихметодазвеньевисформулированы рекомендации по реализации динамических звеньев.В третьей главе рассмотрено влияние асинхронности, выравниванияинформации между каналами и многотактности на устойчивость и динамическиехарактеристики многоканальной цифровой системы управления.

Определенасвязь между передаточной функцией, определяющей устойчивость замкнутойсистемы «самолет – многоканальная асинхронная цифровая СДУ» и передаточнойфункцией разомкнутой системы, при размыкании в общей точке непрерывнойчасти. Показано, что в общем случае передаточная функция, определяющаяустойчивость, является нелинейной функцией коэффициентов усиления, чтозатрудняет анализ устойчивости с помощью понятий запасов устойчивости поамплитуде и фазе. Показано, что передаточная функция, определяющаяустойчивость замкнутой системы «самолет – многоканальная асинхроннаяцифровая СДУ», является линейной частью передаточной функции разомкнутойсистемы, при размыкании в общей точке непрерывной части.