CC BY
33
The methodology that allows estimate and setup each fighting compartment by acceptance checkout in shooting range, exclude field testing at the same time, was considered in this article.
Key words: fighting compartment, fire for adjustment methodology.
Khokhlov Nikolay Ivanovich, candidate of technical sciences, deputy managing director, khkedratula. net, Russia, Tula, JSC «KBP»,
Podchufarov Yuriy Borisovich, doctor of technical sciences, professor, head of department, khkedr atula. net, Russia, Tula, JSC «KBP»
Mitrofanova Nataliya Sergeevna, candidate of technical sciences, chief of sector, khkedra tula. net, Russia, Tula, JSC «KBP»
УДК 658.011.56
КОМПЛЕКСНЫЙ ПОДХОД ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ СЛОЖНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Ю. Б. Подчуфаров, В. М. Понятский
Рассмотрено проектирование средств управления сложным техническим комплексом. Комплексная разработка алгоритмов фильтрации и управления для совместной структуры систем управления позволила существенно повысить динамические характеристики единого контура управления.
Ключевые слова: комплекс, система управления, управление, фильтрация
Эффективность многофункциональных комплексов определяется не только совершенствованием его технических характеристик, но и качеством выполнения ситуационных задач. Для обеспечения максимальной эффективности и адекватного учета ограничений системный принцип обоснования тактико-технических характеристик и облика проектируемого комплекса должен быть распространен на все его компоненты и факторы, включая области применения и технического построения [1].
Многофункциональный комплекс (рис. 1) разрабатывается как система, интегрирующая различные элементы техники: носитель, объект управления, средства обнаружения, слежения и управления, средства связи, вычислительные средства для обработки информации, различную аппаратуру датчиков для замера параметров окружающей среды и определения положения взаимодействующих объектов в пространстве.
Традиционно проектирование сложных технических комплексов предусматривало последовательное решение следующих задач:
1) выделение составных частей комплекса в соответствии с функциональной схемой;
2) создание составных частей;
3) объединение составных частей в составе комплекса при сборке, отработке и испытаниях последнего.
Рис. 1. Интегрированная схема технического комплекса
Такое проектирование позволяло создать составные части высокоточного комплекса, в полной мере учитывающие достижения науки и техники текущего момента времени.
Анализ совместного функционирования системы управления показал, что традиционный подход к проектированию обусловливает предъявление высоких требований только к каждой из систем, как к самостоятельному изделию, не позволяет обеспечить наилучшие динамические свойства комплекса в целом по точности и устойчивости функционирования, чем при совместном рассмотрении систем управления. При последующем совместном рассмотрении систем управления в составе комплекса системный охват сводился лишь к согласованию протоколов обмена сигналами составных частей, а повышение характеристик при совместном функционировании не предусматривалось.
Также раздельное формирование контуров систем управления может усложнить разработку логики перехода от одного режима функционирования комплекса к другому.
В данной работе предлагается вести проектирование средств управления комплекса по новому принципу, основу которого составляет разработка единого контура управления (рис. 2).
В отличие от традиционного подхода предлагаемый принцип проектирования уже на первой стадии позволяет учитывать взаимовлияние систем управления друг на друга и за счет этого повысить динамические характеристики комплекса в целом. Реализация единого управления потребовала разработки нового метода системного сопряжения алгоритмов фильтрации и управления при проектировании сложных технических комплексов.
В соответствии с предлагаемым принципом сложный технический комплекс рассматривается в виде интегральной многоканальной структуры, представленной, например, на рис. 3. Единое управление предусматривает уже на первой стадии проектирования комплекса рассмотрение всех возможных сочетаний режимов функционирования составных частей. С учетом выявленных режимов в полной структурной схеме находят место все необходимые формирователи управляющих воздействий, все перекрестные связи каналов управления.
Рис. 2. Структурная схема единого контура управления
В полной структурной схеме комплекса фильтр Калмана, как правило, выполняет двоякую роль: служит для фильтрации информационных сигналов и в то же время является «наблюдателем», используемым для формирования управляющих воздействий. Тем самым использование предложенного подхода обеспечивает формирование управляющих воздействий на исполнительные привода и на объект управления в инерционном режиме такое же, как и в автоматическом режиме, и значительно упрощает логику переключения, уменьшая количество и величину скачков в командах управления.
При реализации полной структурной схемы в процесс проектирования на вычислительную систему отводятся ещё две важные функции -максимальная автоматизация создаваемого комплекса и максимальная автоматизация взаимодействия комплексов [2].
Комплексная разработка алгоритмов фильтрации совместно с методами частотного анализа и синтеза структуры систем управления позволяет существенно повысить динамические характеристики единого контура управления.
В рассмотренном комплексе использование перспективных алгоритмов на базе фильтра Калмана и обратной связи по командам управления ракетой одновременно обеспечивает эффективную фильтрацию ошибки управления и сохранение запасов устойчивости системы [3, 4].
На рис. 4 приведены результаты моделирования изменения ошибки управления в вертикальной и горизонтальной плоскостях (кривая 1) для одного из экстремальных режимов функционирования с предельными командами управления и сопровождением объекта радиолокатором при многократном превышении помеховой ситуации, допустимой требованиями технического задания. Для сравнения показаны ошибки (кривая 2) управления для случая без использования перспективных алгоритмов фильтрации и управления. Большая величина ошибки управления в системе (кривая 2) вызвана уменьшением коэффициента передачи из-за значительного уровня помех.
Рис. 3. Структурная схема интегрального многоканального технического комплекса: УВВ - устройство ввода и вывода; ВС - вычислительная система; Х2тр[п], Х3тр[п] - задающие сигналы; Х2ш[п], дХ3ш[п] - сигналы измерений ошибок сопровождения объекта слежения и управления; иВ2[п], иБ3[п] - сигналы с датчиков исполнительных приводов; и1[п], и2[п], и3[п] , и4[п] - вектора управляющих сигналов; N2 - количество координаторов объекта слежения; N3 - количество координаторов объекта управления
У, м10 J
.5--— ---------— —--\--
-10------1 = = =Н----V-
-15------—; -----
-20 ----- ------
0,61 2,61 4,61 6,61 8,61 10,61 12,61 14,61
1 С
10
7, м
5
-10 -
0,61 2,61 4,61 6,61 8,61 10,61 12,61 14,61
^ С
р Чч X
г / 1 N \ -»
\ \ N
,61 2,61 4,61 6,61 8,61 10,61 12,61 14,61
1
/\\ I у (! 1 /V /
к , \/ Л / / в^л чч >
-•2
Рис. 4. Ошибки управления при использовании (1) и без использования (2) алгоритмов обработки на основе фильтра Калмана
236
Единый подход выявил ряд новых структур управления по использованию алгоритмов на основе фильтра Калмана, алгоритмов компенсации динамической ошибки и инерционного управления. Реализация нового принципа проектирования единого контура управления позволила получить эффективные технические решения для сложных технических комплексов.
Список литературы
1. Системный подход к решению проблемных вопросов структурно-параметрического синтеза авиационного ВТО / А.В. Игнатов, Э.С. Исаева, Я.Ю. Карпов, Я.С. Пятницкий // Всероссийская юбилейная научно-техническая конференция «Проблемы совершенствования робототехниче-ских и интеллектуальных систем летательных аппаратов». М.: МАИ, 2015. С. 131 - 139.
2. Подчуфаров Ю.Б., Подчуфаров А.Ю. Принципы создания автоматизированных комплексов с интегрированной многоканальной структурой // Вестник Тульского государственного университета. Сер. «Системы управления». 2016. Вып. 1. Тула: Изд-во ТулГУ. С. 116 - 122.
3. Понятский В.М. Повышение качества обработки информации, поступающей с нескольких видеосенсоров, в задачах управления // Современные информационные технологии и ИТ-образование: международный научный журнал / МГУ. 2016. Т. 12. №14. С. 165 - 172.
4. Понятский В.М. Использование рандомизированных алгоритмов обработки информационных сигналов при управлении летательным аппаратом // Стохастическая оптимизация в информатике: межвузовский сборник / под ред. О.Н. Граничина. СПб.: Изд-во С.-Петербургского университета, 2015. Т. 10. Вып. 1. С. 20 - 28.
Подчуфаров Юрий Борисович, д-р техн. наук, профессор, начальник отделения, kbkedr@,tula.net, Россия, Тула, АО ««КБП»,
Понятский Валерий Мариафович, начальник отдела, kbkedr@,tula.net, Россия, Тула, АО «КБП»
INTEGRATED APPROACH AT DESIGN OF COMPLEX TECHNICAL SYSTEMS
Y.B. Podchufarov, V.M. Ponyatsky
Design control facilities difficult technical complex is considered. Complex development algorithms of filtering and management for joint structure control systems has allowed to raise response characteristics of uniform guidance loop significantly.
Key words: complex, control system, management.
Podchufarov Yuriy Borisovich, doctor of technical sciences, professor, head of department, kbkedr@,tula. net, Russia, Tula, JSC «KBP»,
Ponyatsky Valery Mariafovich, the head of department, kbkedr@,tula. net, Russia, Tula, JSC «KBP»
