CC BY
20Решетневскуе чтения. 2018
УДК 621.396.932.1
ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ ОТКАЗОВ ВЫЧИСЛИТЕЛЕЙ ПИЛОТАЖНО-НАВИГАЦИОННЫХ КОМПЛЕКСОВ САМОЛЕТОВ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ БОРТОВЫХ ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
Р. А. Акзигитов*, Н. И. Стаценко, Н. С. Писарев
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
*E-mail: pnk-sibsau@mail.ru
Успешное выполнение возложенных на ПНК задач возможно лишь при надежном его функционировании. Основным элементом ПНК является вычислитель. Поэтому, говоря о безотказности всего комплекса, в первую очередь имеют в виду безотказность бортового вычислителя.
Целью данной работы поставлено исследование методов предупреждения отказов вычислителей ПНК.
Ключевые слова: пилотажно-навигационное оборудование, предупреждение отказов, системы управления.
WARNING FAILURE CALCULATORS FLIGHT CONTROL AND NAVIGATION SYSTEMS OF CIVIL AIRCRAFT WHEN THE USE OF ON-BOARD DIGITAL CONTROL SYSTEMS
R. A. Akzigitov*, N. I. Statsenko, N. S. Pisarev
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation *E-mail: pnk-sibsau@mail.ru
Successful implementation of the tasks assigned to NCP is possible only with its reliable functioning. The main element of the NCP is the calculator. Therefore, speaking about the reliability of the whole complex, first of all we mean the reliability of the on-Board computer.
The aim of this work is to study the methods ofprevention offailures of NCP calculators.
Keywords: flight and navigation equipment, failure prevention, control systems.
Введение. В современной трактовке система считается отказоустойчивой (толерантной или нечувствительной к неисправностям), если ее организация предусматривает устранение последствий неисправностей или отказов элементов и программного обеспечения за счет использования аппаратной, информационной и алгоритмической избыточности.
В настоящее время хорошо разработаны частные методы анализа, синтеза и проектирования избыточных технических систем, основанные на аппарате теории вероятностей, массового обслуживания. Значительные успехи в этой области, безусловно, достигнуты в теории кодирования. Однако использование избыточности при проектировании законов управления исследовано явно недостаточно.
Методы автоматизированного управления полетом ВС базируются на теории управления движущимися объектами. Среди большого количества различных методов автоматизации процессов управления полетом ВС следует выделить методы (и синтезированные на их основе законы управления), предназначенные для построения отказоустойчивых (толерантных) систем управления [1].
Методы обеспечения толерантности. Существуют два основных способа обеспечения толерантности САУП:
- резервирование, т. е. добавление технических устройств и связей к исходной системе подобных ее
устройствам и связям, таким образом, чтобы алгоритм управления оставался неизменным;
- алгоритмическое обеспечение отказоустойчивости, т. е. возможное преобразование структуры исходной системы, добавление к ней устройств и связей таким образом, что видоизменяется алгоритм управления системой.
Указанные два способа справедливы как при аппаратурной, так и при программной реализации системы. В случае программной реализации при первом способе предполагается резервирование одинаковыми программами, при втором видоизменение (реконфигурация) программы с целью реализации отказоустойчивого алгоритма управления. В настоящее время в отечественных и зарубежных САУП, как правило, находит практическое применение первый способ обеспечения отказоустойчивости [2].
В качестве примера можно указать, что информационные, преобразующие, вычислительные устройства аналоговой САУП типа АБСУ 154 трижды резервированы. Средства контроля построены по мажоритарному принципу, в качестве детекторов отказов системы контроля используются кворум элементы [3].
Внедрение цифровых систем управления полетом позволяет реализовать на практике второй способ обеспечения отказоустойчивости/связанный с видоизменением алгоритма управления (закона управления) системой. Данный путь является наиболее пер-
Эксплуатация и надежность авиационной техники
спективным, так как он требует лишь алгоритмической, а не аппаратурной избыточности. Для САУП, у которых задачи снижения массы и габаритов особенно актуальны, высокая степень аппаратурной избыточности нежелательна и может стать недопустимой. В связи с этим задача разработки новых нетрадиционных пока методов алгоритмического обеспечения отказоустойчивости САУП является весьма актуальной [4].
Рассматривается постановка и суть задачи алгоритмического обеспечения отказоустойчивости линейной системы вида (1):
х0 = A0 (г) х0 + B0 (г)и0,
у0 = С0 (г)х0,х0 (t = 0) = х00,
где х0 е Rn0 вектор состояния системы; формула вектор внешних воздействий, компонентами которого могут быть управляющие и возмущающие воздействия; у0 е Rko вектор выходных координат; A0 (г),
B0 (), С0 () матрицы параметров, зависящие в общем случае от времени (верхний индекс 0 характеризует указанные векторы и матрицы при отсутствии отказов в системе).
Необходимо для данного множества отказов ст2,...,ст^ преобразовать структуру и параметры САУП к виду (2):
х = £ (г) х + D (г) u0, У = Н (г) х,
где х е Rnl, и0 е Rmo, у е R^ £ (/) , D () , Н (г) -
матрицы соответствующих размерностей, при которых система была бы инвариантной к отказам на заданном отрезке времени [0, Т].
Можно выделить два вида методов алгоритмического обеспечения отказоустойчивости САУ: прямые и адаптивные.
Прямые методы позволяют синтезировать САУ, структура и параметры регулятора которой (£21,£22,D2,Н) зависят от отказа сте^ причем их
изменения происходят при поступлении информации об отказе ст. Каждому отказу соответствует своя структура системы.
Вывод. Указанные два вида методов алгоритмического обеспечения отказоустойчивости обладают, в общем случае, различными компенсирующими возможностями. Применительно к системам управления полетом имеются существенные затруднения при
практической реализации адаптивных методов, связанные, прежде всего, с требованиями по быстродействию. Это объясняется тем, что в классических методах адаптации время, потребное для идентификации изменений динамики объекта, как правило, существенно превышает время затухания переходных процессов. В связи с этим внимание исследователей направлено, в основном, на разработку прямых методов.
Нерешенной на сегодняшний день остается задача синтеза толерантных законов управления полетом применительно к отказам самих вычислителей САУП.
Библиографические ссылки
1. Сухих Н. Н., Олянгок П. В., Головченко В. П. Предупреждение отказов вычислителей пилотажно-навигационных комплексов самолетов гражданской авиации при использовании бортовых цифровых систем управления. СПб. : Академия гражданской авиации, 2005. 24 с.
2. Пилотажно-навигационные комплексы [Электронный ресурс]. URL: https://studfiles.net/preview/ 2216407/ (дата обращения: 16.09.2018).
3. Техническое обслуживание и ремонт АЭС и ПНК [Электронный ресурс]. URL: https://lektsii.org/12-36007.html (дата обращения: 16.09.2018).
4. Кочетков Е. П. Метод предупреждения отказов. Система методов. М. : Наука, 2015. 215 с.
References
1. Suhih N. N., Olarak P. V., Golovchenko V. P. Pre-duprezhdenie otkazov vychislitelej pilotazhno-navigacionnyh kompleksov samoletov grazhdanskoj avia-cii pri ispol 'zovanii bortovyh cifrovyh sistem upravleniya. [Prevention of failures of calculators of flight and navigation systems of civil aviation aircraft when using onboard digital control systems]. Saint-Petersburg Academy of civil aviation, Publ., 2005. 24 p.
2. Pilot navigation systems. Available at: https:// studfiles.net/preview/2216407/ (accessed: 16.09.2018).
3. Maintenance and repair of nuclear power plants and NCP. Available at: https://lektsii.org/12-36007.html (date accessed: 16.09.2018).
4. Kochetkov E. P. Metod preduprezhdeniya otkazov. Sistema metodov. [Method of preventing failures. System of methods]. Science, Publ., 2015. 215p.
© Акзигитов Р. А., Стаценко Н. И., Писарев Н. С., 2018
