Отзывы научных руководителей (Динамика цифровых резервированных асинхронных многотактных систем управления магистральных самолетов)

ОТЗЫВнаучного консультанта К.И.Сыпало на диссертационную работуБаженова Сергея Георгиевича на тему «Динамика цифровыхрезервированных асинхронных многотактных систем управлениямагистральных самолетов», представленной к защите на соискание ученойстепени доктора технических наук по специальности 05.07.09 «Динамика,баллистика и управление движением летательных аппаратов(Авиационная и ракетно-космическая техника)».С.Г.Баженов окончил Московский физико-технический институт в 1984г. по специальности «Динамика полета и управление».

В течение ряда лет онзанимался проблемами динамики полета и управления самолетов, а точнеепроблемамипостроения и динамики цифровых систем управления.Кандидатскую диссертацию защитил в 1992 г. по специальности 05.07.09«Динамика, баллистика, управление движением летательных аппаратов».С начала 1980-х гг. еще будучи студентом, он включился в теоретическоеисследование и практическое решение проблем создания цифровых системуправления для отечественных авиалайнеров нового поколения Ту-204 и Ил96-300. Переход на системы дистанционного управления (СДУ) являлсяэтапным моментом в развитии систем управления магистральных самолетов,как отечественных, так и зарубежных.

Механическое управление сохранялосьв самом простейшем виде как аварийное на случай полного отказадистанционного управления. По этому принципу построена системауправления дальних магистральных самолетов, таких как А340, Boeing777, атакже отечественного среднемагистрального самолета Ту-204. Применениецифровой техники для систем управления позволило не только добитьсябеспрецедентного увеличения набора функций, выполняемых системойуправления, но и привело к новым вызовам и проблемам, решение которыхпотребовало больших усилий коллективов КБ – непосредственныхразработчиков новых типов самолетов, но и сотрудников научных институтов,задействованных в разработке Ил-96-300 и Ту-204. В процессе созданияавтоматизированнойсистемыштурвальногоуправленияТу-204(АСШУ – 204) был создан научно-технический фундамент, который затемуспешно применялся при разработке самолетов Ту-334, Сухой Суперджет 100и МС-21.

Именно на самолете Ту-204 впервые были применены интегральныезаконы управления, которые позволили реализовать такие функции какавтобалансировка, обеспечение заданных характеристик управляемости,жесткое ограничение параметров движения, совмещенное управление,которые являются визитной карточкой этого и более современныхавиалайнеров.Следующим этапом явился переход на полное дистанционноеуправление без механического резерва. Так построена системы управлениядальнего магистрального самолета А380 и такой же принцип реализован наотечественных самолетах Сухой Суперджет 100 и МС-21. Это сталовозможным благодаря заметному повышению надежности бортовойвычислительной техники.В процессе разработки пришлось решать множество задач, кактрадиционных, связанных с оценкой запасов устойчивости и характеристикуправляемости, так и новых обусловленных дискретностью по временицифровых систем, различием циклограмм работы резервированных каналов,т.е.

асинхронностью, использованием различных частот обновленияинформации, использованием целочисленной арифметики для выполнениярасчетов управляющих сигналов, необходимостью выравнивания какнепрерывных так и дискретных сигналов, чтобы избежать ложныхсрабатываний системы контроля и т.д. Эти проблемы и пути их решениянашли отражение в диссертационной работе Баженова С.Г.Большоевниманиевдиссертацииуделенообеспечениюфункционирования СДУ как многомашинного комплекса. Для достижениянеобходимого уровня надежности используется резервирование каналов СДУ.В результате обновления информации в разные моменты времени,использования разных источников информации и т.д.

исходная информация вцифровых каналах СДУ слегка отличается. Вследствие использованияинтегральных звеньев и сложных логических элементов релейногистерезисного типа, даже небольшое различие в исходной информацииприводит к значительному отличию вычислительных процессов, чтонедопустимо. В диссертации Баженова С.Г. предложены специальные меры пообеспечению идентичности состояний и вычислительных процессов в разныхканалах резервированной СДУ. В свою очередь, применение таких средствсинхронизации состояний и выравнивания сигналов приводит к искажениюдинамических характеристик СДУ. Баженовым С.Г. оценена степень этогоискажения и подтверждена приемлемость получившихся в результатединамических характеристик.Самолетдолженобладатьотличнымидинамическимихарактеристиками, что приводит к высоким требованиям к быстродействиюсистемы дистанционного управления.

Это, в свою очередь, требует большойскорости передачи информации по цифровым линиям и высокой частотыобновления информации как цифровых датчиков и информационных систем,так и самих вычислителей СДУ. Частоты обновления информации датчиков,информационных систем и вычислителей СДУ, как правило, разные. С другойстороны, высокая сложность алгоритмов управления, разная значимостьфункций СДУ с точки зрения влияния на динамику системы «самолет – СДУ»позволяют распределить выполнение различных функций по разным шагамобновления СДУ. Последовательность выполняемых операций определяетсядиспетчером функций. Эти особенности архитектурного построения, а такжеорганизации приема данных и вычислительного процесса делают системууправления многотактной и значительно усложняют ее анализ.

Ряд вопросованализа динамических характеристик многотактных цифровых системдистанционного управления также рассмотрен в диссертационной работеБаженова С.Г.В частности, в процессе своей деятельности, связанной с созданиемэлектродистанционных цифровых систем управления магистральныхсамолетов Баженовым С.Г. была разработана методика исследованияустойчивости и динамики цифровых резервированных асинхронныхмноготактных систем управления высокоавтоматизированных самолетов.Методика базируется на частотных методах анализа и учитывает основныеособенности построения и функционирования сложных цифровых системуправления современных самолетов, такие как резервирование,асинхронность, многотактность, выравнивание информации между каналами,наличие временных запаздываний при передаче информации по цифровымлиниям связи, при выполнении операций и вследствие асинхронной работыэлементов системы.

Также Баженовым С.Г разработано программноеобеспечение для анализа сложных цифровых систем управления самолетов,позволяющее оценивать запасы устойчивости, рассчитывать динамическиехарактеристики с учетом вышеупомянутых особенностей построения ифункционирования цифровых систем управления самолетов.Баженовым С.Г. проведен анализ влияния выравнивания информации надинамические характеристики цифровой резервированной системыуправления. Показано, что доминирующим влиянием выравнивания является:− появление дополнительного запаздывания;− изменение коэффициента при интеграле;− изменение постоянной времени фильтра;− изменение структуры динамических звеньев.Баженов С.Г.

разработал подход к анализу устойчивостирезервированных цифровых асинхронных систем управления на основеметодов теории многосвязных систем. Показано, что передаточная функция,определяющая устойчивость замкнутой системы является нелинейнойфункцией коэффициентов усиления. Установлено, что частотнаяхарактеристика линейной части передаточной функции, определяющейустойчивость замкнутой системы, и частотная характеристика разомкнутойсистемы совпадают. Предложен метод структурной декомпозициимногосвязных систем для анализа многоконтурых систем управлениясамолета в боковом канале.Баженовым С.Г. предложен подход к тестированию цифровыхрезервированных асинхронных многотактных систем управления с помощьюпрограммно-аналитических моделей систем дистанционного управлениясамолетов. Дискретная модель учитывает цифровую реализацию системыдистанционного управления (дискретность, асинхронность и многотактностьинформационно-вычислительной части, запаздывания при обработкеинформации и передаче ее по цифровым линиям связи).

С помощью этоймодели проводится расчет эталонных частотных характеристик, необходимыхдля частотного анализа реальной системы управления на этапеквалификационных испытаний.Баженовым С.Г. проведен синтез алгоритмов выравнивания интеграловдля системы управления современного самолета транспортной категории ивыбор их параметров. Оценено влияние выравнивания на динамику системы ина рассогласование между сигналами разных каналов. На основе теорииконечных автоматов синтезированы алгоритмы синхронизации логическихэлементов разных каналов системы управления и проведен анализэффективности работы данных алгоритмов при различных сценариях.Баженовым С.Г. разработана методика предварительного выборапорогов срабатывания алгоритмов контроля сигналов СДУ современногомагистрального самолета.