CC BY
11
УДК 004.94
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-4-76-80
РАЗРАБОТКА МЕТОДОЛОГИИ И ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ УПРАВЛЕНИЯ И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ СЛОЖНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
М.Н. Орешина, А.П. Зверев, В.А. Карпенко, А.Д. Ивлев
В статье рассмотрено моделирование системы управления энергопитанием асинхронных трехфазных двигателей, используемых в авиации, на базе инструментов MatLAB и MatLAB Simulink. Представлены программные модули расчета параметров трехфазных электрических цепей переменного тока, и схемы, показывающие распределение токов и мониторинг параметров по участкам цепи. Совершенствование процессов диагностики, технического обслуживания и ремонта авиационной техники с использованием современный информационных технологий путем моделирования систем электропитания позволяет правильно подобрать рабочие параметры в зависимости от условий эксплуатации технических систем, планировать текущие и плановые ремонты, прогнозировать отказы и сбои в работе технических устройств.
Ключевые слова: информационные технологии, системы контроля и автоматизации, моделирование систем управления электропитанием, асинхронные двигатели в авиации, диагностика и ремонт авиационной техники.
Разработка программного обеспечения для управления техническими системами включет следующие этапы, соответствующие начальным фазам жизненного цикла IT- проекта: разработка технического задания, где прописаны цели и задачи проекта, алгоритм расчетов, выбор инструментов для составления программы, количество разработчиков, их функции и характер работ, мониторинг разработанного кода, согласно заданным начальным параметрам, инициализация проекта, решения задач управления командой разработчиков, качеством и стоимостью проекта, рисками, заключительным этапом является сдача проекта заказчикам.
В настоящее время имеется широкий выбор языков и программного обеспечения для реализации систем управления технических объектов, как правило, предпочтение отдается отечественным разработкам, наиболее популярными являются MatLab, приложение MatLab Simulink, LabVIEW, Pyton, оболочки для создания SCADA-систем, такие как Trace Mode, MasterSCADA и др.
Реализация задач управление техническими системами осуществляется на основе использования пропорционального, пропорционально-интегрального, пропорционального, интегрального и дифференциального законов регулирования. При этом система управления представляет собой иерархическую структуру, первым уровнем которой являются датчики, которые используются для преобразования измеренного параметра в электрический сигнал. Сигналы с датчиков при передаче по сети необходимо отфильтровать от помех и усилить по амплитуде, для этого используются усилители. Далее сигналы, если они являются аналоговыми, поступают на вход плат аналогово-цифровых преобразователей, где они преобразуются в дискретный вид. В цифровом виде сигналы считываются компонентами программно-логических контроллеров (PLC), где с помощью разработанного программного кода вырабатываются функции управления и осуществляется контроль параметров. Функции управления посредством платы цифро-аналогового преобразователя поступают на реле, рычаги и другую пусковую аппаратуру, в результате значения параметров меняются согласно заданным данным.
В авиации используются две основные системы электроснабжения трехфазного тока: напряжение и частота переменного тока первой системы соответствуют значениям U=200/115B, f=400 Гц; второй системы - U=36B, f=400 Гц. Источником электроэнергии первой системы являются генераторы переменного тока, второй системы - трехфазные понижающие трасформаторы. Модель трехфазной цепи переменного тока с соединением ветвей по схеме «звезда», выполненная в MatLab Simulink, представлена на рис.1. Модель трехфазной цепи переменного тока с соединением ветвей по схеме «треугольник» преве-дена на рис. 2.
С помощью данных моделей проводится мониторинг напряжений и токов в ветвях цепи в зависимости от заданных начальных значений источника питания. Для расчета параметров трехфазной цепи, составлена программа, приведенная на рис.3.
По результатам расчетов автоматизировано построены векторные диаграммы фазных токов и напряжений (рис. 4).
Использование принципов системного анализа в управлении предприятиями позволяет совершенствовать процессы диагностики, технического обслуживания и ремонта оборудования авиационной техники, снизить временные и финансовые затраты на организацию и выполнение данных процессов, моделировать на основе теории надежности и прочности технических систем и вероятностных методов причины отказа технических единиц и блоков, и соответственно, планировать расписание проведения ремонтных работ, снизить нагрузку на ремонтные цеха предприятий по обслуживанию авиационной техники.
ад4 и
ГЦ-м
^тер-»
"ЛЛАг-
ч
Иг
□
Рис. 1. Модель трефазной цепи преременного тока, с соединением ветвей по схеме «звезда»
Рис. 2. Модель трефазной цепи преременного тока, с соединением ветвей по схеме «треугольник»
» 01-220 |г
ог-ш/щм (3)) иЬ*и£*»*р«1*120«р±/1в0) } и= Ос] I
г»=4+1*3/
[За 2Ъ Яс] ;
1=0./I
<Ц. (I)
(8Ш1<31 ,7)
£1диг* ("Нале', 'То1м9*') ссгаражв (Ц>
£1диг» I"', 'СигппС! *)
20.322? -15.24201 22.0000 +12.70171 5.6114 -21.66661
(2561.333 + 1936.01, 3226.6671, 2016.667 - 2016.6671]
3_а11 =
4590,0 + 3146.01
Результаты расчётов
Листинг
Рис. 3. Программа, расчета параметров трехфазной цепи по схеме «Звезда», выполненная в МОЬаЬ
Рис. 4. Векторные диаграммы расчтеных значений фазных напряжений и токов
В настоящее время для управления процессами предприятий используются платформенные решения. Платформа для управления предприятием объединяет в единое пространство управления операционные, корпоративные процессы, а также процессы управления хозяйственной деятельностью пред-
приятия. Одним из основных блоков платформ управления предприятием являются ERP-модули. Основой ERP модулей является совокупность баз данных с возможностью аналитических операций для выполнения различных видов отчетов с использованием корреляционно- регрессионного анализа, механизмов машинного обучения и других современных инструментов искусственного интеллекта.
Системы планирования ресурсов предприятия (ERP) в их современном представлении, являются совокупностью интерфейсов, содержащих приборы контроля и мониторинга данных, алгоритмы обработки, модели оптимизации, банки централизованной информации. При этом информации в ERP-системы вводится один раз и обрабатывается по всем процессам, по запросам пользователей (рис.5).
Данные из модулей Баз Дан-
- 1 документ Совокупность процессов предприятия
1 1 i
Пользователь 1 Пользователь 2 Пользователь n
Рис. 5. Схема процессов обработки информации с использованием информационных платформ
Применение информационных технологий на предприятиях ремонта и технического обслуживания авиационной техники позволят оптимизировать ряд процессов и снизить затраты при проведении ремонтных работ. Задачи ERP систем в области технического обслуживания и ремонта оборудования систем летательных аппаратов заключаются непосредственно в планирование закупки комплектующих материалов, определении объема запасов комплектующих и расходных материалов для ремонта оборудования, ремонтов и технического обслуживания, определения стоимости ремонтных работ и заключения контрактов с организациями.
Устройства авиационной техники представляют собой сложнейшие технические системы, основными элементами которых являются конструкция планера, система управления летательным аппаратом, система опор летательного аппарата (шасси), гидравлическая система, силовая установка, пилотаж-но-навигационное оборудование, радиотехническое оборудование, электрооборудование бортовых устройств [1-3].
При проведение плановых ремонтных работ проводится диагностика всех элементов летательного аппарата. Составление банка данных по диагностики работоспособности элементов летательных аппаратов с использованием информационных платформ и облачных сервисов. На основе интегрированных данных составляется план проведения ремонтных работ, определяется их стоимость и временной период.
При этом формирование автоматизированного банка данных для управления систем технического обслуживания возможно на базе разработки блоков сбора данных с использованием программно-аппаратных комплексов, включающих систему датчиков (аналоговых или цифровых), усилителей сигналов, плат АЦП (аналогово-цифрового преобразования) и ЦАП (цифро - аналогового преобразования) и ЭВМ со специальным программным обеспечением. Одним из элементов диагностики работоспособности электрооборудования бортовых систем является проверка напряжения в контрольных точках электрических цепей устройств. Программы сбора данных с технических устройств могут быть выполнены с использованием компонентов среды графического программирования LabVIEW, программа в LabVIEW состоит из двух частей - лицевой панели и блок-диаграммы. На лицевой панели расположены виртуальные измерительные и контролирующие приборы, на блок-диаграмме приводятся связи приборов и функции над потоком данных.
Общая модель системы сбора данных при диагностики летательных устройств с целью определения состояния по работоспособности устройства представляет собой множества, характеризующие элементы летательных систем, образующих данную систему.
Анализ данных, полученных с рассмотренных автоматизированных устройств сбора данных, позволяет определять ремонтопригодность оборудования, прогнозировать аварийные ситуации, определять области с пограничными значениями параметров, которые могут привести к отказу работоспособности летательного аппарата.
Применение ERP- модулей в платформенных решениях управления предприятием позволяют снизить стоимость ремонтных работ, оптимизировать бизнес-процессы на основе расчета типовых показателей работ и использования автоматизированных решений и повысить качество обслуживания при выполнении ремонтных работ.
Применение платформенных решений на предприятиях ремонта и технического обслуживания авиационной техники позволят оптимизировать ряд процессов и снизить затраты при проведении ремонтных работ. Задачи ERP-систем в области технического обслуживания и ремонта оборудования летательных аппаратов заключаются в планирование закупки комплектующих материалов, определении объема запасов комплектующих и расходных материалов для ремонта оборудования, ремонтов и технического обслуживания, определения стоимости ремонтных работ и заключение контрактов с организациями.
Список литературы
1. Кириллов В.Ю. Моделирование переходных процессов усилителя тока двигателя рулевого привода самолета / В.Ю. Кириллов, А.В. Клыков, М.М. Томилин // Вестник Московского авиационного института, №4, Т. 23, 2016, C. 137-144.
2. Кириллов В.Ю. Подготовка специалистов по электромагнитной совместимости бортовых комплексов летательных аппаратов в Московском авиационном институте - Технологии электромагнитной совместимости. №1, 2016. С. 20-23.
3. Кириллов В.Ю. Стандарты и методы испытаний электромагнитной совместимости технических средств: Учебное пособие. М.: Издательство МАИ, 2006. 68 с.
4. Орешина М.Н. Использование цифровых технологий в машиностроении и авиационной промышленности // Материалы 23 -й Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы управления -2018». М.: Издательский дом ГУУ, 2018. Вып. 3. С. 344-349.
5. Орешина М.Н. Математические основы инновационных технологий в перерабатывающих отраслях АПК: монография. М.: Издательский дом ГУУ, 2019. 118 с.
6. Бутырин П.А. Автоматизация физических исследований и эксперимента: Компьютерные измерения и виртуальные приборы на основе LabVIEW 7 (30 лекций) / П.А. Бутырин, Т.А. Васьковская, В.В. Каратаев, С.В. Материкин. М.: ДМК Пресс, 2005. 264 с.
7. Орешина М.Н. Математическое моделирование, численные методы исследования процессов перемешивания и диспергирования в многокомпонентных системах // Информационные системы и технологии, 2019. № 2. С. 56-60.
Орешина Марина Николаевна, д-р техн. наук, профофессор, mar-ore@yandex. ru, Россия, Москва, Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет),
Зверев Алексей Петрович, канд. техн. наук, доцент, moizver62@mail.ru, Россия, Москва, Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет),
Карпенко Владимир Алексеевич, студент, Россия, Москва, Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет),
Ивлев Артем Дмитриевич, студент, Россия, Москва, Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)
DEVELOPMENT OF METHODOLOGY AND SOFTWARE FOR MANAGEMENT AND FORECASTING OF PARAMETERS OF COMPLEX TECHNICAL SYSTEMS
M.N. Oreshina, A.P. Zverev, V.A. Karpenko, A.D. Ivlev
The article deals with modeling of power management system for asynchronous three-phase motors used in aviation on the basis of MatLAB and MatLAB Simulink. Presented are program modules for calculation of parameters of three-phase alternating current electric circuits and diagrams showing the distribution of currents and monitoring parameters over circuit segments. Improvement of processes of diagnostics, maintenance and repair of aviation equipment with use of modern information technologies by way of modeling of power supply systems makes it possible to select operating parameters correctly depending on operating conditions of technical systems, to plan current and scheduled repair, to forecast failures and breakdowns of technical devices.
Key words: information technologies; control and automation systems; power management system modelling; asynchronous motors in aviation; diagnostics and repair of aviation equipment.
Oreshina Marina Nikolaevna, doctor of technical sciences, professor, mar-ore@yandex.ru, Russia, Moscow, Moscow Aviation Institute (National Research University),
79
Zverev Alexey Petrovich, candidate of technical sciences, docent, moizver62@mail.ru, Russia, Moscow, Moscow Aviation Institute (National Research University),
Karpenko Vladimir Alekseevich, student, Russia, Moscow, Moscow Aviation Institute (National Research University),
Ivlev Artem Dmitrievich, student, Russia, Moscow, Moscow Aviation Institute (National Research University)
УДК 004-027.21; 52(15):002.6 DOI: 10.24412/2071-6168-2023-4-80-86
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА СБОРА И ОБРАБОТКИ ДАННЫХ КОСМИЧЕСКИМ АППАРАТОМ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ФОНОЦЕЛЕВОЙ ОБСТАНОВКИ
Д.Г. Попов, В.В. Оркин, И.А. Ледянкин, Д.А. Антонов
Работа посвящена исследованию вопросов эффективности функционирования бортового вычислительного комплекса космического аппарата дистанционного зондирования Земли и разработке модели функционирования средств бортового вычислительного комплекса космического аппарата дистанционного зондирования Земли в процессе сбора и обработки данных в зависимости от фоно-целевой обстановки. Рассматриваются вопросы оптимального планирования вычислительных ресурсов на средствах бортового вычислительного комплекса в условиях сложно-прогнозируемого возрастания вычислительной нагрузки и вопросы обеспечения эффективного функционирования бортового вычислительного комплекса при неблагоприятной фоно-целевой обстановке.
Ключевые слова: космический аппарат дистанционное зондирование Земли, планирование вычислительных ресурсов, бортовой вычислительный комплекс.
Развитие космической техники в настоящее время выходит на новый уровень. При эксплуатации космических аппаратов (КА) наблюдается тенденция к увеличению объема данных и переносу процессов обработки этих данных с наземных комплексов обработки на бортовые вычислительные комплексы (БВК). В основном это связано с ограниченной пропускной способностью канала передачи данных между КА и наземными средствами. Поступающая информация имеет разную значимость для потребителя, она может быть телеметрической, специальной, навигационной и т.п. [1]. В результате работы целевой аппаратуры КА дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), а также воздействия различных возмущающих факторов, генерируются большие объемы информации. При этом ее характеристики совершенствуются с каждым поколением, и как следствие, значительно растет объем данных, обрабатываемых на БВК. Кроме того, в процессе функционирования БВК КА при решении задач по обработке поступающей информации не исключено возникновение ошибок, что может привести к существенным искажениям результатов обработки [1]. В данной работе решается задача моделирования функционирования средств БВК КА ДЗЗ в условиях неблагоприятной фоно-целевой обстановки и учитывается интенсивность и качество поступающей информации. Исследования затрагивают обработку непосредственно целевой информации. Данная задача является актуальной и соответствует современным тенденциям развития космической техники в целом и БВК КА ДЗЗ в частности.
В условиях повышения требований к эффективности средств сбора и обработки целевой информации при увеличении масштабов и сложности решаемых задач БВК КА ДЗЗ, появляется необходимость поиска оптимального варианта планирования вычислительных ресурсов, при выполнении целевых задач. Прежде чем приступить к поиску такого варианта в первую очередь необходимо рассмотреть исследования в области оценки производительности различных вариантов структуры вычислительного комплекса и распределения задач между его модулями. Данная необходимость возникает как на этапе проектирования, так и при совершенствовании конфигурации и режимов функционирования БВК, находящихся в эксплуатации. Существующие модели функционирования вычислительных систем позволяют к тому же оценивать характеристики процессов использования ресурсов. Оценка этих характеристик очень важна. С ее помощью можно выявить факторы, которые напрямую оказывают влияние на результативность решения задач, а также определить наличие узких мест и недоиспользованных ресурсов [2].
На основании данной оценки необходимо установить зависимость вероятности обнаружения наблюдаемых объектов от качества и интенсивности поступающей для обработки информации с целью оптимального планирования вычислительных ресурсов, либо перераспределения решаемых задач или подзадач между всеми имеющимися вычислительными модулями в зависимости от качества и интенсивности поступающей информации.
