CC BY
63
Fulin Vladimir Andreevich, senior lecturer, v.fulin@,rsu.edu.ru, Russia, Ryazan, Ryazan State University named after S. Yesenin,
Lukashenko Vladislav Vladislavovich, postgraduate, v. lukashenkoarsu. edu. ru, Russia, Ryazan, Ryazan State University named after S. Yesenin
УДК 62
КОМПЬЮТЕРНЫЕ СРЕДСТВА И ТЕХНОЛОГИИ КОНТРОЛЯ БЛОКОВ УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМ ВЫСОКОТОЧНОГО ОРУЖИЯ
С.К. Тусюк, В. А. Мозжечков
Работа носит комплексный характер и обобщает результаты проектирования, изготовления, отладки, опытной эксплуатации и внедрения в производство систем компьютерного контроля блоков управления высокоточных изделий 9М117, 9М117М, 9М117М1. На основе сформулированных принципов разработаны автоматизированные системы контроля аппаратуры электронной, усилителя, формирователя команд, сопротивления и изоляции электрических цепей.
Ключевые слова: высокоточные изделия вооружения, блоки управления, системы компьютерного контроля, принципы создания, опыт внедрения
Современная военно-техническая политика государства предполагает оснащение Вооруженных Сил России приоритетными средствами вооруженной борьбы. К таким средствам, в частности, относятся комплексы высокоточного оружия [1]. Их совершенствование признано одним из важнейших направлений развития оперативно-тактических вооружений Вооруженных Сил России.
Для достижения указанной цели предполагается всемерное использование и наращивание имеющегося научно-технического задела в области "прорывных" технологий с целью ускорения разработки перспективных образцов вооружений и военной техники.
К числу таких технологий относятся компьютерные технологии контроля и испытаний образцов вооружений и военной техники и, в частности, технологии компьютерного контроля блоков управления систем высокоточного оружия. Без их применения создание многих современных образцов систем вооружений оказывается в принципе невозможным, по-
скольку обилие и высокая скорость изменения контролируемых параметров, высокие требования по точности их измерения уже не позволяют обходиться прежними технологиями ручного контроля неизбежно усложняющихся изделий.
Технологии компьютерного контроля в условиях серийного производства блоков управления систем вооружений значительно превосходят по показателям качества и стоимости технологии ручного контроля и контроля на основе "жестких" средств автоматизации, таких как специализированные поверочные пульты.
Разработка и применение современных средств и технологий компьютерного контроля делает экономически оправданным и технически возможным производство систем вооружений нового поколения, изготовление которых без использования микропроцессорных средств управления процессами их контроля и испытаний оказывается нецелесообразным.
Практическое использование средств и технологий компьютерного контроля позволяет значительно сокращать сроки освоения новых образцов вооружений в силу возможности быстрого перепрограммирования и модульного наращивания используемых систем контроля.
В этой связи разработка и внедрение компьютерных средств автоматизации контроля и испытаний в настоящий момент оказываются актуальной задачей в рамках проблемы совершенствования систем вооружений и, в частности, систем высокоточного оружия.
Решение указанной задачи открывает возможность освоения производства новых более совершенных образцов высокоточного оружия, позволяет сократить сроки освоения и повысить качество выпускаемой продукции при одновременном снижении ее себестоимости, что в конечном итоге обеспечивает скорейшее решение проблемы оснащения Вооруженных Сил России передовыми образцами высокоточного оружия, а также обеспечивает рост конкурентоспособности создаваемых образцов на внутреннем и внешнем рынках.
В статье обобщены результаты проектирования, изготовления, отладки, опытной эксплуатации и внедрения в производство средств и технологий компьютерного контроля блоков управления высокоточных управляемых изделий 9М117, 9М117М и 9М117М1 [2].
Создание и внедрение разработанных систем позволили повысить достоверность и объективность результатов контроля, сократить его трудоемкость, повысить производительность труда в несколько раз, существенно поднять и стабилизировать на высоком уровне качество выпускаемой продукции.
Разработанные и внедренные авторами системы автоматизированного компьютерного контроля положительно отличаются от их аналогов -универсальных аппаратных средств компьютерной автоматизации опера-
245
ций контроля, предлагаемых фирмами Advantech, Analog Devices, Octagon Systems, GrayHill, WAGO, Real Time Devices и других, тем, что они оптимально адаптированы к контролируемым изделиям в плане их минимальной аппаратной и программно-алгоритмической избыточности, а также в плане оптимального распределения функций между программным и аппаратным, учитывающего специфику процессов функционирования контролируемого изделия. Как следствие, разработанные системы имеют меньшую стоимость, более высокое быстродействие, повышенную надежность, отличаются более высокой ремонтопригодностью.
Разработка компьютерных средств и технологий контроля блоков управления систем высокоточных изделий 9М117, 9М117М, 9М117М1 велась на основе следующих сформулированных общих принципов построения компьютерных систем контроля.
Блоки управления систем высокоточного оружия - сложные изделия, характеризующиеся большим числом контролируемых величин и характеристик.
Контроль соответствия их параметров заданным техническим требованиям осложняется переменностью во времени многих измеряемых величин, высокой скоростью их изменения, высокими требованиями к точности соответствия измеряемых величин их номиналам и, как следствие, к точности производимых измерений.
Рассматриваемые объекты контроля отличаются существенно ограниченным ресурсом их работы, что делает актуальным требование предельно быстрого проведения всех измерений с целью минимального расходования ресурса испытуемого изделия на фазе его контроля, а также требование высокой надежности и стабильности функционирования аппаратуры контроля с целью исключения необходимости проведения повторных испытаний в результате возможных сбоев в процессе контроля.
Перечисленные особенности рассматриваемых объектов контроля обусловливают высокий уровень требований по объемам, точности, надежности и скорости проведения контрольных операций, предъявляемых к используемым для их осуществления средствам и технологиям.
С целью достижения максимальной эффективности создаваемых систем контроля их проектирование велось на основе следующих принципов:
использование микропроцессорных средств управления процессами контроля как основа достижения высокой степени надежности, открытости системы и возможности быстрого учета изменений и дополнений, вносимых в конструкторско-технологическую документацию, регламентирующую проведение контрольных операций;
обеспечение максимальной гибкости создаваемой системы в сочетании с ее минимальной аппаратной сложностью и неизбыточностью;
модульность построения и унификация аппаратных средств и программного обеспечения, самодиагностирования основных подсистем системы контроля.
Принцип максимального использования микропроцессорных средств управления процессами контроля обеспечивает использование наиболее передовых современных микроэлектронных технологий "прорывного" характера, обеспечивающих построение систем с предельно высокими характеристиками по надежности, а также по габаритам и энергопотреблению получаемой системы. Кроме того, существенно расширяются возможности в части построения удобного интерфейса, обеспечивающего взаимодействие оператора с системой контроля расширяются функциональные возможности системы контроля, что позволяет проводить все проверки за одно подключение контролируемого изделия к системе, достигается высокая гибкость (перепрограммируемость) системы, позволяющая производить ее оперативную перенастройку на новые режимы и типы проверок, упрощается модернизация системы и ее перепрофилирование на контроль новых объектов, представляется возможность создавать электронные архивы результатов контроля каждого выпускаемого изделия, что позволяет упростить процедуру диагностики причин отказов изделий, проводить статистический анализ точности и надежности производства, своевременно определять и принимать меры по коррекции технологии производства и качества комплектующих, появляется возможность использования дешевых и доступных средств отображения и ввода информации, таких как принтер, дисплей, сканер и т.п.
Принцип обеспечения максимальной гибкости создаваемой системы в сочетании с ее минимальной аппаратной сложностью и неизбыточностью предполагает перенос реализации значительного числа функций с аппаратного на программный уровень, что обеспечивает упрощение технической реализации системы и одновременно повышает ее гибкость, упрощает внесение изменений в процессе ее отладки, модернизации и перепрофилировании с целью контроля вновь создаваемых образцов.
Данный принцип предполагает оптимальную адаптацию программно-аппаратных средств контроля к контролируемым изделиям в смысле включения в состав контролирующей системы только тех аппаратных модулей и элементов, без которых осуществление заданной совокупности проверок оказывается невозможным. Такой подход является альтернативой построению системы преимущественно из готовых серийно выпускаемых унифицированных модулей, неизбежно предполагающих наличие определенной аппаратной избыточности в системе, что обусловливает снижение надежности системы в целом.
Принцип модульного построения и унификации аппаратных средств и программного обеспечения, входящих в состав систем контроля, обеспечивает сокращение сроков и снижение затрат на техническое обслуживание и ремонт, упрощает создание систем контроля для новых образцов высокоточного оружия, обеспечивая преемственность аппаратуры и программного обеспечения систем контроля.
Принцип самодиагностирования основных подсистем системы контроля обеспечивает выполнение требования высокой надежности и стабильности функционирования аппаратуры контроля с целью исключения необходимости проведения повторных испытаний в результате возможных сбоев в процессе контроля, что особенно важно с учетом специфической особенности блоков управления систем высокоточного оружия как объектов контроля, состоящей в ограниченности ресурса их работы.
На основе представленных принципов создан ряд систем контроля блоков управления комплексов высокоточного оружия, а именно блоков управления изделий 9М117, 9М117М и 9М117М1 [3, 4, 5].
1. Автоматизированная система компьютерного контроля параметров электронной аппаратуры (ЭА) системы управления изделий 9М117, 9М117М (АСК ЭА) предназначена для проведения проверок, предусмотренных техническими условиями на проведение приемо-сдаточных и типовых испытаний, а также формирования и выдачи протокола испытаний на печать и в виде файла на магнитный носитель.
АСК ЭА обеспечивает измерение и вычисление электрических параметров ЭА, указанных табл. 1.
Таблица 1
Электрические параметры ЭА
Наименование параметров Значения Погрешность измере-
параметров ния (%)
Токи потребления
по цепи +12.6 (0...100) мА ±5
по цепи -12.6 (0...100) мА ±5
Неноль
по каналу Ъ (0.0,1) В ±5
по каналу У
Коэффициенты передачи (3 ±0,3) В/К ±3
Отклонения коэффициентов передачи не более 10 % ±1,5
Амплитуда пульсаций (33.55) мВ ±7
Разность выходных напряжений (0.0,5) В ±2
Сдвиг фаз на частоте 1Гц (47±10) град ±5
Напряжение компенсации 0,88 ±0,05 ±2
В состав АСК ЭА входят: управляющая персональная ЭВМ типа IBM PC; специальная аппаратная часть; специальное программное обеспечение; принтер.
Конструктивно специальная аппаратная часть включает в себя плату сопряжения (ПС), модуль коммутации и управления (МКУ) и источник питания (ИП). ПС имеет стандартный печатный разъем для ее установки в слот ISA материнской платы ПЭВМ и внешний разъем для подключения к МКУ. В свою очередь, МКУ посредством кабелей соединяется с ИП и испытуемым ЭА. Габариты МКУ 270х300х50 мм, ИП - 270х300х100 мм.
2. Автоматизированная система компьютерного контроля параметров усилителя (УС) блока рулевого привода изделий 9М117, 9М117М и 9М117М1 (АСК УС) предназначена для проведения проверок, предусмотренных техническими условиями на проведение приемо-сдаточных и типовых испытаний изделий 9М117, 9М117М и 9М117М1, а также формирования и выдачи протокола испытаний на печать и в виде файла на магнитный носитель.
АСК УС обеспечивает измерение и вычисление электрических параметров УС, указанных табл. 2.
Таблица 2
Электрические параметры УС
Наименование параметров Значения параметров Погрешность измерения (%)
Токи потребления по цепи +12.6 0-17 мА ±5
по цепи -12.6 0-19 мА ±5
Зона неоднозначности 0...1100 мВ ±10
Неноль 0...900 мВ ±10
Остаточные напряжения (0.1,8) В ±5
более 24,5 В
Выходные напряжения более 21,4 В более 26,6 В ±1,5
Напряжения ограничения (7,5.10,5) В ±5
Отношения зон неоднозначности 0,43.0,49 ±2
Коэффициенты передач 5,4.5,7 ±1,5
В состав АСК УС входят:
управляющая персональная ЭВМ типа IBM PC; специальная аппаратная часть;
249
программное обеспечение;
принтер.
Конструктивно специальная аппаратная включает в себя плату сопряжения (ПС), модуль коммутации и управления (МКУ) и источник питания (ИП).
ПС имеет стандартный печатный разъем для ее установки в слот ISA материнской платы ПЭВМ и внешний разъем для подключения к МКУ. В свою очередь МКУ посредством кабелей соединяется с ИП и испытуемым УС. Габариты МКУ 270х300х50 мм, ИП - 270х300х100 мм.
3. Автоматизированная система компьютерного контроля параметров изоляции и состояния электрических цепей (ЭЦ) (электрических кабелей, жгутов, печатных плат) изделий 9М117, 9М117М и 9М117М1 (АСК ЭЦ) предназначена для проведения проверок, предусмотренных техническими условиями на проведение приемо-сдаточных и типовых испытаний изделий 9М117, 9М117М и 9М117М1, а также формирования и выдачи протокола испытаний на печать и в виде файла на магнитный носитель.
Система осуществляет контроль правильности коммутации, отсутствия коротких замыканий и обрывов электрических цепей, их электрического сопротивления, а также электрического сопротивления прочности их изоляции. Её характеристики представлены в табл. 3.
Таблица 3
Характеристики автоматизированной системы компьютерного контроля
Наименование характеристики Значения Погрешность измерения (%)
Количество контактов для подключения "входов" - "выходов" изделия 50 50
Пороговое значение сопротивления при контроле целостности цепей и отсутствия КЗ 1 Ом 2 Ом 5 Ом ±15
Диапазоны измерения сопротивления изоляции (1.20) МОм (20.50) МОм (50.100) МОм ±15
Напряжения испытания при измерении сопротивления изоляции 100 В 500 В постоянного тока ±5 ±5
Напряжения испытания при измерении прочности изоляции 625 В 1500 В переменного тока ±5
Время выдержки под напряжением при контроле прочности изоляции 1 с 3 с 60 с ±5
В состав АСК ЭЦ входит управляющая персональная ЭВМ типа IBM PC, принтер, специальная аппаратная часть и программное обеспечение.
Специальная аппаратная часть включает в себя плату сопряжения (ПС), модуль коммутации и управления (МКУ) и источники питания (ИП). ПС имеет стандартный печатный разъем для ее установки в слот ISA материнской платы ПЭВМ и внешний разъем для подключения к МКУ. В свою очередь, МКУ посредством кабелей соединяется с ИП и испытуемым ЭА. МКУ и ИП выполнены в виде единого блока с габаритными размерами 550х400х550 мм.
Управление работой АСК ЭА, реализуемое ПЭВМ, ведется с помощью специально разработанного математического и программного обеспечения, которое выполняет следующие функции:
обеспечивает реализацию интерфейса пользователь-система для задания типа испытаний, объекта испытаний и объема контроля;
обеспечивает настройку аппаратной части системы на конкретную структуру и осуществляет задание входных воздействий;
обеспечивает оценку результатов проверок с выдачей сообщений на терминал или печатающее устройство по итогам испытаний.
ЭВМ в соответствии с управляющей программой, и установками, осуществленными пользователем, последовательно производит:
перекоммутацию МКУ, обеспечивая на каждом шаге требуемый режима измерений,
подключение очередной контролируемом цепи испытуемого изделия к измерительным устройствам АСК,
измерение параметров контролируемой цепи,
сопоставление результатов измерений с контрольными значениями, формирование и хранение протокола результатов контроля, вывод протокола на печать либо в форме файла на магнитный носитель при наличии соответствующей установки, либо команды пользователя.
Программное обеспечение предусматривает возможность проведения периодической аттестации АСК и ее самодиагностики.
4. Автоматизированная система компьютерного контроля параметров формирователя команд (ФК) системы управления изделия 9М117М1 (АСК ФК) предназначена для проведения проверок, предусмотренных техническими условиями на проведение приемо-сдаточных и типовых испытаний изделий 9М117М1, а также формирования и выдачи протокола испытаний на печать и в виде файла на магнитный носитель.
АСК ФК обеспечивает измерение и вычисление электрических параметров ФК, указанных табл. 4.
Таблица 4
Электрические параметры ФК
Наименование электрических характеристик Значения электрических характеристик Погрешность определения
1. Токи потребления 1сс1, 1сс2 (разрыв линии к. 7 и 8) не более 650 мА не более 80 мА +- 5 %
2. Напряжения высокого Ш и низкого И2 уровня (к.9,10) не более - 14,0 В не более + 14,0 В +- 3 %
3. Отклонение компенсации 81;ком от номинального значения не более 0,07 +- 2 %
4. Отклонения коэффициента передачи 8К от номинального значения не более 0,07 +- 2 %
5. Отклонения коэффициентов передачи 8К1£, 8К2£, 8К3£, 8К4Г от номинального значения не более 0,07 +- 2 %
6. Отклонения коэффициента передачи 8Ки от номинального значения не более 0,07 +- 2 %
В состав АСК ФК входят:
управляющая персональная ЭВМ ( ПЭВМ ) типа IBM PC/AT; измерительно-управляющая часть (ИАЧ), представляющая собой отдельный электронный блок;
электронная плата сопряжения ПЭВМ с измерительно-управляющей частью, устанавливаемую в слот системной платы ПЭВМ; печатающее устройство (принтер); специальный источник питания;
кабель связи ФК с измерительно-управляющей частью; кабель подключения АЧ к электронной плате сопряжения; кабель подключения АЧ к специальному источнику питания; специальное программное обеспечение.
Измерительно-управляющая часть АСК ФК конструктивно выполнена в виде отдельного блока, в котором установлена печатная плата, размером 180x250 мм с двумя разъемами типа ГРПМ1-31 для подключения к специальному источнику питания и ПЭВМ и одним разъемом типа 2РМ24БПН19ША1В1 для подключения через кабель связи к ФК.
Гальваническая оптронная развязка с системной шиной ПЭВМ обеспечивается платой сопряжения, установленной в слот системной шины ISA ПЭВМ. Управление работой АСК ФК в процессе проведения испытаний осуществляется программно через порты ввода-вывода.
Создание и внедрение разработанных систем позволили повысить достоверность и объективность результатов контроля, сократить его трудоемкость, повысить производительность труда в несколько раз, существенно поднять и стабилизировать на высоком уровне качество выпускаемой продукции.
Результаты работы внедрены на предприятиях АК "Туламашзавод", в АО «Конструкторское бюро приборостроения» и могут быть использованы 1 на предприятиях, осуществляющих выпуск электротехнической и электронной продукции военного и гражданского назначения.
Список литературы
1. Сергеев И. Основы военно-технической политики России в начале XXI века // Военный парад. 2000. №1(37). С. 6 - 7.
2. Мозжечков В.А., Тусюк С.К. Опыт создания программно-аппаратных средств диагностики электронных блоков на базе персональных ЭВМ // Диагностика, информатика, метрология, экология, безопас-ность-96: тезисы докладов научно-технической конференции. Санкт-Петербург, 1996. С. 61.
3. Тусюк С.К., Мозжечков В.А. Компьютерная система контроля параметров электрических цепей. Информационный листок № 87-96, Тула: ЦНТИ, 1996. 2 с.
4. Опыт разработки и совершенствования автоматизированных систем контроля изделий приборостроения / С.К. Тусюк, А. Д. Филисов, В.Г. Нуждихин, В.А. Мозжечков // Тез. докл. научно-технической конференции "Динамика систем и процессов управления". Тула: ТулГУ, 1997.
5. Нуждихин В.Г., Тусюк С.К., Филисов А.Д. Автоматизированные компьютерные системы контроля параметров электронной аппаратуры высокоточных изделий // Компьютерные технологии в науке, проектировании и производстве: тезисы докладов 1 Всероссийской научно-технической конференции (3-4 февраля 1999 года). Ч. XIV. Нижний Новгород: НГТУ, 1999. С. 36-37.
Тусюк Сергей Константинович, канд. техн. наук, доц., tsk46@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Мозжечков Владимир Анатольевич, д-р техн. наук, проф., гл. инженер, vam@tula.net, Россия, Тула, ЗАО «Инженерно-технический центр «Привод»
COMPUTER MEANS AND TECHNOLOGIES OF CONTROL BLOCKS OF THE CONTROL SYSTEMS OF PRECISION WEAPONS
S.K. Tusuk, V.^. Mozzhechkov 253
The work is comprehensive and summarizes the results of design, fabrication, debugging, testing, and implementation into production systems computer control control units high-precision products M, MM, MM. On the basis of the formulated principles of the developed automated control system of electronic equipment, amplifier, shaper teams, resistance and insulation of electric circuits.
Key words: products high-precision weapons, control units, computer control system, principles of creation, implementation experience
Tusuk Sergey Konstantinovich, candidate of technical sciences, docent, tsk46@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Mozzhechkov Vladimir Anatolyevich, doctor of technical sciences, professor, chief engineer, vam@tula.net, Russia, Tula, CJC "Engineering technical center "Drive"
УДК 681.511.4
ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ ТРАЕКТОРИИ В ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА, РАБОТАЮЩЕМ В РЕЖИМЕ ШИМ
Н.В. Фалдин, С.В. Феофилов, А.В. Козырь
Рассматривается чувствительность периодической траектории электропривода постоянного тока, работающего в режиме ШИМ, к изменению коэффициента усиления токового звена. Используется нелинейная динамическая модель привода, обусловленная наличием ограничителя тока.
Ключевые слова: релейная система, нелинейный объект, чувствительность, ШИМ-регулятор, вынужденные колебания.
Системы управления с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) нашли широкое применение в технических устройствах. Данное обстоятельство в основном обусловлено несколькими причинами. Такие регуляторы позволяют обеспечить работоспособность системы в сложных условиях эксплуатации, вызванных нестационарностью параметров объекта управления. Также достоинство таких систем состоит в простоте конструкции и технической реализации.
В настоящее время широкое развитие получила теория релейных автоколебательных систем [1 - 4], которая позволяет определять возникающие в системе автоколебания, оценивать их устойчивость, выполнять линеаризацию системы по полезному сигналу. Применение данной теории возможно и к системам с симметричным ШИМ-регулятором. Такие системы можно представить в виде релейных, работающих в режиме вынужденных колебаний.
