Диссертация (Динамика цифровых резервированных асинхронных многотактных систем управления магистральных самолетов), страница 4

Проведена оценкавлияния нелинейной части передаточной функции и показано, что в большинствеслучаев ею можно пренебречь. Определен подход к экспериментальномуисследованию цифровых многоканальных асинхронных систем, разработанаметодика и создано программное обеспечение (ПО) для расчета эталонныхчастотных характеристик СДУ. Определено влияние выравнивания информациина динамические свойства типовых звеньев. Показано, что в области низкихчастот выравнивание сигнала прямой цепи эквивалентно дополнительному17запаздыванию, выравнивание сигнала интеграла – изменению коэффициента приинтеграле, а выравнивание выходного сигнала апериодического фильтра –изменению постоянной времени фильтра. Для двухканального случая полученыаналитические выражения, описывающие эти эффекты.В четвертой главе проведен анализ особенностей динамики многотактныхсистем.

Отмечено влияние реализуемой циклограммы работы на передаточнуюфункцию системы. Выделены два случая многотактности. В первом случае разныесигналы рассчитываются с разными частотами, во втором для расчета одного итого же сигнала в разные моменты используются разные алгоритмы. Разработаныметоды расчета динамических характеристик цифровых систем, имеющих разныевиды многотактности. Сформулирован подход к анализу многосвязных цифровыхсистем управления с помощью структурной декомпозиции системы путем расчетасобственных значений матрицы передаточных функций разомкнутой системы.Проведен анализ устойчивости системы «самолет – СДУ» для ряда расчетныхслучаев, включая отказные ситуации и реконфигурацию управления.В пятой главе рассмотрен ряд вопросов, связанных с построениемэффективнойсистемыконтроляСДУ.Проведенообоснованиевремениобнаружения отказа СДУ.

Проведена оценка рассогласований между каналамицифровой СДУ, вызванных асинхронностью системы, наличием постоянногосмещения и случайной составляющей показаний датчиков, а также наличиемсбоевинформации.интегральныхзвеньевПредложеныиалгоритмысинхронизациивыравниваниядискретныхзначенийсигналов цифровойрезервированной системы управления и проведена оценка их эффективности. Наоснове стендовых экспериментов и летных испытаний получены оценкидвумерных функций распределения рассогласования между контролируемымисигналами в зависимости от уровня рассогласования и времени превышения этогоуровня. На основе полученных распределений и требований к вероятностиложного срабатывания системы контроля СДУ сделаны рекомендации к порогамсрабатывания алгоритмов контроля различных сигналов.В заключении сформулированы основные полученные в работе результаты,отражающие научную новизну и практическую значимость работы в целом.18Научная значимость и новизна работыРазработаны универсальные, практически применимые методы исследованиясамолетов со сложными современными цифровыми системами управления,позволяющие учесть основные особенности их построения и функционирования.Результаты работы раскрывают сложные процессы, происходящие в цифровыхрезервированных системах, и их влияние на динамику как системы управления, таки замкнутой системы «самолет – СДУ».

Определена структура передаточнойфункции, определяющей устойчивость замкнутой системы «самолет – СДУ»,выявлено принципиальное наличие нелинейной зависимости запасов устойчивостизамкнутой системы от коэффициентов усиления СДУ, проведена количественнаяоценка этого нелинейного влияния. Выявлено влияние выравнивания информациимежду каналами на динамические свойства системы и получены как аналитическиевыражения, так и количественные оценки этого влияния.

Проведен анализдинамических характеристик практически важного случая последовательногосоединения двух систем с разными частотами обновления информации, выявленфакт заметного влияния циклограммы работы систем на частотные характеристикилишь при ярко выраженном рациональном соотношении частот обновленияинформации.Проведеноисследованиевлияниециклограммыработынадинамические характеристики двухтактной двухканальной системы, обнаруженфактвлиянияреализуемойциклограммынаструктуруэквивалентнойпередаточной функции системы.

Предложена модификация метода гармоническогобаланса с учетом транспонирования комбинированных на нелинейных элементахгармоник, проведена оценка их вклада в частотную характеристику. Предложенподход к выбору параметров системы контроля, обеспечивающий максимальнуюэффективность контроля и выполнение требований к вероятности ее ложногосрабатывания.Практическая значимость работы и ее апробацияОсновные результаты работы использованы при разработке цифровыхсистем управления отечественных магистральных самолетов (Ту-204, Ту-334,19Sukhoi SuperJet 100, МС-21). Сформированы требования к динамическимхарактеристикам основных трактов управления и обратных связей с точки зренияустойчивости, управляемости и построения эффективной системы контроля и наих основе обоснованы частоты обновления информации этих сигналов.

Наосновании разработанных методов анализа сложных цифровых систем созданопрограммноеобеспечение,позволяющеепроизвестирасчетобластейустойчивости, частотных характеристик, определяющих устойчивость замкнутойсистемы «самолет – резервированная цифровая СДУ» и эталонных частотныххарактеристик, которые были использованы при стендовых исследованияхреальныхвычислителейсамолетовТу-204,Ту-334,SukhoiSuperJet 100.Предложены методы обеспечения согласованной работы каналов системыуправления, разработаны алгоритмы выравнивания информации и синхронизациисостояний.Проведенныйанализпроцессовврезервированнойсистемеуправления самолета Sukhoi SuperJet 100 и полученные двумерные распределениярассогласований между каналами позволили обоснованно выбрать параметрысистемы контроля и обеспечить ее эффективную работу.ПубликацииОсновное содержание диссертационной работы приведено в 17 статьях,опубликованных в журналах, рекомендованных ВАК, включая 10 статей вжурналах «Ученые записки ЦАГИ» и «Вопросы управления».Всего по теме диссертации опубликовано 28 статей.Кроме того, результаты диссертационной работы отражены в монографии«Системы дистанционного управления магистральных самолетов», выпущенной виздательстве «Наука» в соавторстве с Б.С.

Алешиным, Ю.И. Диденко иЮ.Ф. Шелюхиным.Личный вкладВклад автора в работу заключается в разработке модифицированных методованализа цифровых систем для учета вышеуказанных особенностей их построения ифункционирования. Разработан общий подход и создано программное обеспечение20для частотного анализа цифровых резервированных асинхронных многотактныхсистем управления с выравниванием информации по линиям межмашинногообмена.Определенаструктурапередаточнойфункции,определяющейустойчивость системы «самолет – цифровая резервированная СДУ», выявленанелинейная зависимость устойчивости от коэффициентов усиления системы исделанаоценкаэквивалентнойеевлияния.передаточнойПолученыфункциианалитическиедвухканальнойвыраженияцифровойдлясистемыуправления с прямой цепью, интегралом и апериодическим фильтром с учетомвыравнивания информации. Проведен детальный анализ динамики многотактныхсистем.

Выделены два практически важных вида многотактности, определеныхарактеристики систем с разными частотами обновления информации. Проведеноисследование влияния циклограммы работы на динамические характеристикидвухтактной двухканальной системы, обнаружен факт влияния реализуемойциклограммы на структуру эквивалентной передаточной функции системы.Предложены методы обеспечения согласованной работы каналов системыуправления, разработаны алгоритмы выравнивания информации и синхронизациисостояний.

Предложен подход к выбору параметров системы контроля,обеспечивающиймаксимальнуюэффективностьконтроляивыполнениетребований к вероятности ее ложного срабатывания, получены двумерныераспределения рассогласований между каналами, которые позволили обоснованновыбрать параметры системы контроля и обеспечить ее эффективную работуБлагодарностиАвтор выражает особую благодарность Юрию Федоровичу Шелюхину,который долгое время был и остается в настоящее время моим терпеливымучителем, мудрым руководителем, а также соавтором ряда работ.

Также хочетсяпоблагодарить моего старшего товарища Юрия Ивановича Диденко за долгую иплодотворную совместную работу в ЦАГИ. Очень большую пользу принеслибеседысВладимиромМихайловичемКувшиновым,однимизсамыхквалифицированных специалистов в области методов исследования цифровыхсистем управления.21Глава 1Общие тенденции построения дистанционных систем управлениясовременных самолетов транспортной категории.

Функции, алгоритмы,информационное обеспечение и структурное построение цифровых системдистанционного управленияОсновной целью и главным содержанием работы является описаниерезультатовисследованийособенностейдинамикисовременныхвысокоавтоматизированных самолетов транспортной категории, оборудованныхцифровыми системами дистанционного управления.

Главное внимание уделенополученнымрезультатамисследованиявлияниянадинамикусложныхвысокоавтоматизированных систем управления таких особенностей реализациицифровых систем, как асинхронность, многотактность, наличие временныхзапаздыванийприпередачеиобработкеинформации,резервирование,выравнивание информации между каналами системы управления и наличиеразвитой системы контроля. Однако прежде чем приступать к анализу динамикимагистральных самолетов с учетом особенностей реализации цифровых системуправлениянеобходиморассмотретьфункцииуправленияиконтроля,заложенные в современные ЦСДУ, информационное обеспечение, необходимоедляреализацииФункциональныйэтихфункций,наборЦСДУиинформационныесовременныхпотокимагистральныхЦСДУ.самолетовформировался в течение длительного времени эволюционного развития и явилсярезультатом усилий многих ученых и специалистов, среди которых необходимовыделить работы научной школы Г.С.

Бюшгенса (Р.В. Студнев, В.И. Сухов,В.Л. Суханов, Ю.Ф. Шелюхин, Г.В. Александров, В.К. Святодух, Ю.А. Борис,С.Я. Наумов, В.М. Кувшинов, Ю.Г. Живов, Ю.Б. Дубов, Ю.И. Диденко и др.) [1–5, 24–33, 37–38, 44–47]. Современные самолеты транспортной категории дажеодного семейства имеют значительный разброс статических и динамическиххарактеристик вследствие большого диапазона изменения геометрическихпараметров, веса и центровки. Поэтому для достижения требуемых характеристик22устойчивости и управляемости самолетов современные системы управленияобеспечивают очень высокий уровень автоматизации управления и фактическироль летчика сводится к заданию требуемых параметров движения на режимахманеврирования или стабилизации, выдерживание которых возлагается насистему управления [1–2, 4, 26, 27, 32–33, 46–47].

Более того, современнаясистема штурвального управления ограничивает возможности пилота попилотированию в том случае, если действия пилота по управлению воздушнымсудном могут привести к опасным последствиям, например выходу напредельные режимы полета по параметрам движения.К настоящему времени усилиями специалистов ЦАГИ и организаций –разработчиков самолетов и систем управления созданы базовые алгоритмысистем управления пассажирских самолетов различного назначения, которыеобеспечивают требуемые характеристики устойчивости и управляемости призначительных разбросах параметров и характеристик самолета (геометрическиепараметры, вес, центровка и т.