Диссертация (785901), страница 32

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 32)

Поэтому пороги срабатываниясистемы контроля надо делать минимальными при условии, что вероятностьложного срабатывания системы контроля не превысит допустимый уровень,определяемый критичностью данного отказа, который должен быть определен наэтапе анализа опасности функциональных отказов (см. таблицу 5.1).Точно также, чем больше время подтверждения, тем выше достоверностьопределения состояния сигнала. Однако существует ограничение на время, втечение которого состояние системы должно быть определено. Данноеограничение определяется из условия, что за время обнаружения активного отказасистемы управления на режиме максимального скоростного напора самолет не246должен превысить предельную перегрузку.

Для каждого самолета времяподтверждения должно быть определено отдельно.Таблица 5.1 Оценка функциональной опасности отказов сигналов СДУСигнализируемая потеряКонтролируемый сигналНесигнализируемаясигнала (ложное срабатываниепотеря сигнала (отказсистемы контроля исправныхдатчиков +сигналов + комбинация отказнесрабатывание системычасти сигналов и ложноеконтроля)срабатывание системыконтроля)КС (P/T < 10–9 1/ч)АС–СС (P/T < 10–7 1/ч)КС (P/T < 10–9 1/ч)АС–СС (P/T < 10–7 1/ч)Перемещение педалейАС (P/T < 10–7 1/ч)СС (P/T < 10–5 1/ч)Угловая скорость тангажаАС (P/T < 10–7 1/ч)СС (P/T < 10–5 1/ч)Угловая скорость кренаУУП (P/T < 10–3 1/ч)УУП (P/T < 10–3 1/ч)Угловая скорость рысканияСС (P/T < 10–5 1/ч)СС–УУП (P/T < 10–5 1/ч)Нормальная перегрузкаАС–СС (P/T < 10–7 1/ч)СС–УУП (P/T < 10–5 1/ч)Боковая перегрузкаУУП (P/T < 10–3 1/ч)УУП–БП (P/T < 10–3 1/ч)Угол атакиКС (P/T < 10–9 1/ч)СС (P/T < 10–5 1/ч)Угол тангажаСС (P/T < 10–5 1/ч)УУП (P/T < 10–3 1/ч)Угол кренаСС (P/T < 10–5 1/ч)УУП (P/T < 10–3 1/ч)Сигнал управленияКС (P/T < 10–9 1/ч)СС (P/T < 10–5 1/ч)КС (P/T < 10–9 1/ч)СС (P/T < 10–5 1/ч)КС (P/T < 10–9 1/ч)СС (P/T < 10–5 1/ч)Перемещение ручки потангажуПеремещение ручки покренуосновной системы потангажуСигнал управленияосновной системы по кренуСигнал управленияосновной системы порысканию247Как правило, процедура контроля входного сигнала включает следующиешаги:− попарное сравнение сигналов, полученных от разных источниковинформации;− анализ повторяемости работоспособного или отказного состояния сигналас помощью счетчика несравнений.Отрицательный результат контроля входного сигнала на одном шагевычисления не является причиной рассматривать этот сигнал как отказавший.Чтобы было принято такое решение, отрицательный результат должен бытьподтвержден в течение определенного времени.

Простейшая схема счетчиканесравнений для принятия решения об отказе сигнала представлена на рис. 5.24.Этот счетчик имеет параметры: JX – исправность сигнала на текущем шагевычислений, определяемая совпадением двух сигналов, NF – число накопленныхнесравнений, Tconf – время, необходимое для подтверждения отказа илиисправности, StX – выходной сигнал счетчика несравнений (при StX = 0 – сигналрассматривают как отказавший).Как было отмечено выше, пороги срабатывания системы контроля надоделать минимально возможными, но вероятность ложного срабатывания системыконтроля не должна превышать уровень, определяемый критичностью данногоотказа. В этих условиях задача оценки вероятности ложного срабатыванияприобретает большую важность.Рассмотрим следующую типичную ситуацию (см.

рис. 5.24). Имеются тридатчика – источники информации и три вычислителя системы управления. Вкаждом вычислителе имеется информация от всех трех датчиков, т. к. каждыйдатчик подключен ко всем вычислителям.Данная схема подключения соответствует подключению к вычислителямPFCU цифровых информационных систем, например ADIRS, которые являютсяисточником важнейшей информации, необходимой для расчета управляющихсигналов – угловых скоростей, линейных ускорений, углового положениясамолета, угла атаки и высотно-скоростных параметров.248Для данной архитектуры вероятность ложного срабатывания системыконтроля входных сигналов оценивается следующим выражением:P  P3 (T )  3TP2 (T )  32T 2 P1 (T ),где:P3 – вероятность ложного срабатывания монитора трех исправных сигналов;P2 – вероятность ложного срабатывания монитора двух исправныхсигналов;P1 – вероятность ложного срабатывания монитора одного сигнала; – интенсивность отказов датчика контролируемого сигнала;T – продолжительность полета.Рисунок 5.24 – Схема подключения датчиков к вычислителямОценка вероятности ложного срабатывания в общей постановке являетсявесьма сложной задачей, поэтому ниже рассматривается частный случай, а именно,оценивается вероятность ложного срабатывания системы контроля при наличиидвух исправных источников информации (рис.

5.25). При контроле сравнением249анализируетсярассогласованиеy1(t) – y2(t – ),т. е.показаниядатчиков,относящиеся к разным моментам времени. Это связано с асинхронностью работы изадержками при передаче информации по цифровым линиям связи. В сигналекаждого датчика присутствует «шум», содержащий постоянное смещение ицентрированный случайный сигнал, получаемый с помощью формирующегофильтра. Считаем, что спектральные характеристики «шумов» в различныхканалах одинаковы, но сами случайные процессы независимые.Рисунок 5.25 – Расчетный случай (датчик в состоянии отказа)и логика счетчика несравненийОсновной целью работы является сведение данной задачи к классическойзадаче теории выбросов – оценке вероятности, что случайный процесс превыситзаданный уровень в течение времени Т за время наблюдения Тполета.

Процедурасведения связана с рядом допущений и предположений, которые перечислены ниже.1. Очевидно, что наличие постоянного смещения в контролируемыхсигналах эквивалентно уменьшению порога срабатывания алгоритмов контроля.2. Считаем, что счетчик несравнений достигнет максимального значения,если рассогласование между контролируемыми сигналами больше порогасрабатывания в течение времени T > Tconf.250Далее рассмотрим рассогласование между контролируемыми сигналами:y12  y1 (t )  y2 (t  )  1 (t )  2 (t  ).Поскольку процессы 1(t) и 2(t) независимы, то можно записать:y12  y1 (t )  y2 (t  )  2(t )  y(t )  y(t  )  2(t ).Предполагаем, что сигнал y(t) дифференцируем.

Тогда:y12 dy(t )  2(t ).dtДанные преобразования приведены на рис. 5.26.Рисунок 5.26 – Преобразование системы к расчетному виду(5.4)251Анализ выражения (5.4) показывает, что рассогласование контролируемыхсигналов складывается из двух основных компонент:− случайная, вызванная наличием «шумов» в контролируемом сигнале;− асинхронная, которая появляется при наличии ненулевой производнойконтролируемого сигнала по времени и временного сдвига междумоментами обновления информации сравниваемых сигналов.Временной сдвиг определяется не только асинхронной работой цифровыхсистем, но и задержками в цифровых линиях передачи информации.

Дляопределения временного сдвига необходимо хорошо представлять циклограммуработы комплекса «датчики – системы управления».Пусть в каждый момент времени распределение сигнала (t) – нормальное сдисперсией . Тогда вероятность превышения сигналом y12 порогового значенияh оценивается выражением:dy(t ) dy(t )  h hdtdt  F ,P(y12  h)  F  2 2 y2где F ( x) 1 x 2 e dy – интегральная функция распределения.2   Упрощая, можно получить: h2   dy(t ) 2h 1P(y12  h)  2 F  exp  2    .2 22 4   dt Данные зависимости приведены на рис. 5.27. Видно, что асинхроннаясоставляющая оказывает заметное влияние на вероятность ложного срабатываниясистемы контроля на одном шаге при1 dy1 dy    1 это    0,4 , а при dt dtвлияние становится доминирующим.В общем виде получить решение задачи о выходе счетчика несравнений намаксимальный уровень (рассогласование больше порогового в течение времени,большего времени подтверждения Tconf) при условии, что рассогласованиеописывается выражением (5.4), весьма сложно.

Ниже рассматриваются два болеепростых случая, которые поддаются решению.252Рисунок 5.27 – Вероятность превышения порога на шаге рассогласованиядвух сигналовСрабатывание системы контроля вследствие «шумов» датчиков. Пустьосновную роль в рассогласовании играет случайная составляющая, вызванная«шумами» датчиков контролируемого сигнала, т. е. предполагается, что процессy(t) достаточно медленный. Поэтому слагаемое dy(t)/dt можно рассматривать какквазипостоянное смещение.

Как указывалось выше, постоянное смещениеэквивалентно уменьшению порога срабатывания алгоритмов контроля приусловии, что на вход алгоритмов контроля идет сигнал y12  2(t ) .Вероятность достижения счетчиком несравнения максимального уровнясоставляет:P( J  J max )  P((t )  hmin (t ),T  Tconf )  P((t )  hmax (t ),T  Tconf ).При этом задача усложняется, поскольку порог срабатывания такжеявляется случайным процессом со своими вероятностными характеристиками.Поэтому в первом приближении можно записать:253P( J  J max )   P (hmin , Tconf )Phmin dhmin   P (hmax , Tconf )Phmax dhmax .Или же:dXdX  dXP( J  J max )    P  h0 , Tconf   P  h0 , Tconf PdX d dtdt dt  dt .К сожалению, эта оценка достаточно грубая.

Для более точной оценкитребуется либо более точный анализ на основе многомерных цепей Маркова, либобольшой объем статистического моделирования.Таким образом, при таком подходе для оценки вероятности выходасчетчика несравнений за предельное значение требуется знание как минимумдвух распределений:− P(h, Tconf)–вероятностьпревышенияслучайнымпроцессом(t)порогового значения h в течение интервала времени t  Tconf;–PdX/dt–плотностьраспределениязначенияпроизводнойконтролируемого сигнала по времени.Для получения первого распределения необходимо провести статистическоемоделирование датчиков контролируемых сигналов.

Это требует хорошего знанияспектральных характеристик выходных сигналов датчиков, т. е. наличия хорошихмоделей датчиков с формирующими фильтрами. Для отработки методикиполучения распределения P(h, Tconf) проведено статистическое моделированиеапериодического фильтра с различными постоянными времени, результатыкоторого приведены на рис. 5.28–5.29.Кроме того, необходимо знать распределение PdX/dt для основныхконтролируемых сигналов. В первом приближении эти распределения могут бытьполучены в результате обработки результатов моделирования самолета и системыуправления на пилотажном стенде с участием опытных операторов и летчиков изатем уточнены по результатам летных испытаний.

Характеристики

Список файлов диссертации