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

исх. йа Рд-"'" ~~~" т Ученому секретарю Диссертационного совета Д212.125 12 А.В. Ста оков 125993, г. Москва, А-ЗО, ГСП-З, Волоколамское шоссе, д. 4, Ученый совет МАИ Уважаемый Александр Владимирович! Направляю Вам отзыв офйцйального оппонента на дйссертацйю Баженова Сергея Георгиева а на тему «Динамика цифровых ретервированных асинхронных многотактных систем управления магистральных самолетова, представленной на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности О5,О7.09 — Динамика, баллистика и управление движением летательных аппаратов, Приложение: - отзыв официального оппонента на диссертацию Баженова С.Г.

на б листах 12 зкз.). Ученый секретарь а.т.и., профеааор ~ ~~Я~""-'~'СМ. Мужичек отзыв официального оппонента на диссертацию Баженова Сергея Георгиевича на тему «Динамика цифровых резервированных асинхронных многотактных систем управления магистральных самолетов», представленную к защите на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.07.09 «Динамика, баллистика и управление движением летательных аппаратов» Актуальность. Эгапными самолетами для развития отечественной авиации были ту-204 и Ил-9б-300, где впервые были широко применены системы цифровой авионики. Начиная с них, и по настоящее время практически все современные самолеты оборудованы цифровыми электродистанционными системами управления (СДУ) и цифровым пилотажно-навигационным оборудованием (комплекс стандартного пилотажного навигационного оборудования — КСПНО-204/9б н далее интегрированный комплекс бортового оборудования — ИКБО-95).

При их разработке возникло много проблем, связанных с цифровой реализацией системы управления, особенности которой влияют, в том числе, и на устойчивость и управляемость самолета. Необходимо учитывать временные запаздывания в каналах системы управления, дискретность по времени и уровню, многоканальность, асинхронность выполнения операций между каналами резервированной СДУ и внутри каждого канала, многотактность, т.е. использование различных частот обновления сигналов, выравнивание интегралов и фильтров для предотвращения «разбегания» процессов в разных каналах СДУ. Оценка запасов устойчивости и характеристик управляемости, расчет эталонных характеристик для стендовой отработки должны учитывать эти особенности и в точной постановке являются чрезвычайно сложными задачами.

Кроме того, необходимо согласование состояний каналов СДУ и обеспечение эффективной работы системы контроля для предотвращения ее ложных срабатываний и несрабатываннй. Для этого требуется разработать принципы и алгоритмы синхронизации состояний каналов, а также правильно выбирать пороги срабатывания, основываясь на оценке рассогласованнй между контролируемыми сигналами, что также требует учета вышеупомянутых особенностей СДУ.

Объектом исследования являются сложные цифровые системы дистанционного управления современных неман евреи ных самолетов с высоким уровнем автоматизации управления. Предметом исследования являются методы теоретического анализа и экспериментального тестирования СДУ высоко автоматизированных современных самолетов, особенности динамики СДУ и устойчивость системы «самолет-СДУ»,методы синхронизации состояний и выравнивания значений интегралов и фильтров разных каналов СДУ, оценка их влияния на динамические свойства и на устойчивость системы «самолет-СДУ», Общая характеристика диееертацин. В работе представлены 1 /7- Й lУ основные полученные автором результаты анализа цифровых СДУ современных самолетов, причем особое внимание уделено учету влияния многоканальности, асинхронности, многотактности и выравнивания информации между каналами на динамические характеристики как самой СДУ, так и замкнутой системы «самолет-СДУ».

Также большое внимание уделено вопросам построения системы контроля, получению и анализу распределений контролируемых сигналов, их использованию для выбора параметров системы контроля, методам оценки вероятности несрабатывания и ложного срабатывания алгоритмов контроля. Цели работы. Работа направлена на создание и совершенствование теоретического аппарата для исследования цифровых резервированных асинхронных многотактных систем управления и научного сопровождения создания систем дистанционного управления высокоавтоматизированных самолетов транспортной категории. Основное содержание работы. Работа включает введение, пять глав, заключение и два приложения. В пепж~й главе сделан обзор текущего технического уровня цифровых систем управления самолетов транспортной категории, определены основные особенности их построения и функционирования. Описан современный подход к разработке высокоинтегрированных цифровых систем, рассмотрены основные требования, предъявляемые к динамике самолета с СДУ, и реализация которых возможна только с помощью цифровых дистанционных систем управления.

Детально описан функционал систем авионики, относящихся к ручному управлению современных транспортных самолетов, в числе которых обеспечение заданных характеристик управляемости, автобалансировка, ограничение ряда параметров движения, парирование возмущений при реконфигурации и отказах, совмещенное управление. Во второй главе рассмотрена динамика асинхронной одноканальной системы управления с учетом реальных временных циклограмм работы основных каналов информационных потоков.

Обоснованы максимальные величины допустимых запаздываний в информационно-управляющих трактах. Эти предельные запаздывания для каналов обратной связи по угловым скоростям и перегрузкам определены исходя из требования устойчивости системы «самолет-СДУ» и обеспечения заданных характеристик переходных процессов. Для других сигналов предельные запаздывания выбираются исходя из необходимости построения эффективной системы контроля.

Для этого проведена оценка распределений рассогласований между каналами резервированной СДУ с учетом составляющей, обусловленной асинхронной работой каналов системы, что позволило провести оценку максимальных допустимых периодов обновления информации. В троей главе приведена наиболее содержательная часть работы, а именно, рассмотрено влияние асинхронности, выравнивания информации между каналами и многотактности на устойчивость и динамические характеристики многоканальной цифровой системы управления. Показано„ что, в общем случае, из-за асинхронности каналов СДУ система «самолет- СДУ» не может рассматриваться как одноканальная система, и требует применения методов многосвязных систем (М1МΠ— Мп16р1е 1прш Ми16р1е Ошрит).

Вследствие этого передаточная функция, определяющая устойчивость замкнутой системы «самолет-СДУ» отличается от передаточной функцией системы„разомкнутой в общей точке непрерывной части. Выявлен факт нелинейной зависимости передаточной функции, определяющая устойчивость замкнутой системы «самолет-СДУ» от коэффициентов усиления, что ведет к искажению понятий запасов устойчивости по амплитуде и фазе. Также доказано, что линейная часть передаточной функции, определяющая устойчивость замкнутой системы «самолет-СДУ», совпадает с передаточной функцией системы, разомкнутой в общей точке непрерывной части, что может быть использовано для расчета эталонных частотных характеристик при квалификационных испытаниях реальных СДУ.

Исследовано влияние выравнивания сигналов типовых звеньев на их эквивалентные характеристики. Так, осреднение выходных управляющих сигналов эквивалентно дополнительному запаздыванию, выравнивание интегральных сигналов ведет к изменению коэффициента при интеграле, а выравнивание выходного сигнала апериодического фильтра меняет постоянную времени фильтра.

Для двухканальной системы для описания этих эффектов получены аналитические выражения. В еетввртой главе рвеемотрены вопросы динамики длл более елоиного случая многотактных систем, Показано, что важной особенностью таких систем является наличие большого количества возможных цнклограмм работы, причем для каждой реализуемой циклограммы работы справедлива своя передаточная функция системы, Выделено два вида многотактности, при которых разные сигналы рассчитываются с разными частотами, либо для расчета одного и того же сигнала в разные моменты времени используются разные алгоритмы. Разработаны универсальные методы расчета динамических характеристик цифровых систем, позволяющие учесть оба вида многотактности.

Разработан подход к анализу многосвязных цифровых систем управления с помощью расчета собственных значений матрицы передаточных функций системы, разомкнутой по границе цифровой и непрерывной частей. Разработанные расчетные методы демонстрируются на ряде примеров типовых систем управления, включая отказные ситуации и реконфигурацию управления. В пятой главе рассмотрены проблемы построения эффективной системы мониторинга и обеспечения согласованной работы каналов СДУ. Разработаны алгоритмы выравнивания значений интегральных звеньев и синхронизации дискретных сигналов, определяющих состояние каналов цифровой резервированной системы управления. Для наиболее сложных случаев переключений, когда включение элемента производится по одному логическому условию, а выключение по другому признаку, применены конечные автоматы.

Проведено математическое моделирование, которое подтвердило их эффективность. Результаты стендовых экспериментов и летных испытаний использованы для построения двумерных функций распределения рассогласований между каналами, что позволило обосновать параметры алгоритмов контроля для обеспечения их эффективности. В Заключении приведены ключевые результаты работы, отражающие ее научную новизну и практическую ценность. В процессе выполнения работы получены новые научные результаты, связанные, прежде всего, с анализом влияния асинхронностн, многотактности и выравнивания информации на устойчивость и управляемость самолетов со сложными цифровыми резервированными системами управления.

Показано, что применение выравнивания сигналов приводит к искажению динамических характеристик цифровых СДУ (ЦСДУ), оценено влияние наиболее распространенных видов многотактности на передаточные функции ЦСДУ и области устойчивости замкнутой системы «самолет — цифровая система управления». Разработаны методы оценки рассогласованнй вычислительных процессов между каналами резервированной ЦСДУ, учитывающие асинхронность работы ее каналов. Научная новизна. Разработаны универсальные, практически применимые методы исследования самолетов со сложными современными цифровыми системами управления, позволяющие учесть основные особенности их построения и функционирования. Результаты работы раскрывают сложные процессы, происходящие в цифровых резервированных системах, и их влияние на динамику как системы управления, так и замкнутой системы «самолет-СДУ».

Определена структура передаточной функции, определяющей устойчивость замкнутой системы «самолет- СДУ», выявлено принципиальное наличие нелинейной зависимости запасов устойчивости замкнутой системы от коэффициентов усиления СДУ, проведена количественная оценка этого нелинейного влияния.

Выявлено влияние выравнивания информации между каналами на динамические свойства системы и получены как аналитические выражения, так и количественные оценки этого влияния. Проведен анализ динамических характеристик практически важного случая последовательного соединения двух систем с разными частотами обновления информации, выявлен факт заметного влияния циклограммы работы систем на частотные характеристики лишь при ярко выраженном рациональном соотношении частот обновления информации. Проведено исследование влияние циклограммы работы на динамические характеристики двухтактной двухканальной системы, обнаружен факт влияния реализуемой циклограммы на структуру эквивалентной передаточной функции системы.