Создание автоматизированного программного комплекса для проведения теплового анализа унифицированных электронных модулей бортовой радиоэлектронной аппаратуры космического назначения Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Математические методы моделирования, управления и анализа данных

УДК 519.873

В. М. Карабан, М. П. Сухоруков Научно-исследовательский институт космических технологий, Россия, Томск

СОЗДАНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ТЕПЛОВОГО АНАЛИЗА УНИФИЦИРОВАННЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ МОДУЛЕЙ БОРТОВОЙ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ КОСМИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Процесс автоматизации проведения теплового анализа унифицированных электронных модулей непосредственно связан с созданием автоматизированного программного комплекса, поскольку позволяет существенно снизить временные затраты и ошибки персонала при проектировании и испытаниях, повысив при этом тактико-технические показатели вновь разрабатываемой и (или) модифицируемой бортовой радиоэлектронной аппаратуры космического аппарата.

Цель данной работы заключается в разработке и создании специализированного программного обеспечения, автоматизирующего процесс реализации вычислительных моделей и проведения теплового анализа с использованием математического ядра универсальной системы конечно-элементного анализа ANSYS посредством адаптированных графических интерфейсов пре- и постпроцессинга.

Создаваемый автоматизированный программный комплекс (АПК) позволяет проводить тепловой анализ бортовой радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) космического аппарата (КА) с учетом реальных режимов работы (тепловыделения электрорадиоизделий (ЭРИ), излучения в свободное пространство, переизлучения с соседних поверхностей унифицированных электронных модулей (УЭМ), термостабилизация) и состоит из непосредственно программного модуля (ПМ), конечно-элементного анализа и базы данных (БД).

В состав программного модуля конечно-элементного анализа входят препроцессор, основной (решатель) и вспомогательный (оптимизатор) процессор и постпроцессор (см. рисунок).

На стадии препроцессорной подготовки на основе данных систем автоматизированного проектирования (САПР) и собственной БД ПМ АПК получает необходимые для последующего решения исходные данные: координатные системы и типы конечных элементов, тепловые свойства материалов. Проводится построение геометрической и расчетной модели, задание начальных и граничных условий.

После того как построена расчетная модель и присутствуют все необходимые данные, средствами ос-

новного процессора (решателя) производится тепловой анализ.

Поскольку на практике интерес представляют критические (максимальные и минимальные) значения температур ЭРИ в работе бортовой РЭА, тепловой анализ проводится в стационарной постановке при крайних значениях температур внешней среды и тер-мостабилизированной плиты.

Решатель ПМ АПК реализован на основе языка параметрического проектирования ANSYS Parametric Design Language (APDL) [1].

Задача вспомогательного процессора (оптимизатора) заключается в подборе оптимальных, с точки зрения обеспечения тепловых режимов, параметров размещения ЭРИ на поверхности печатной платы (ПП) и УЭМ в составе бортовой РЭА КА.

С помощью постпроцессора ПМ АПК пользова-тель может обратиться к результатам решения и их интерпретации.

Результаты решения включают значения температур. Итогом работы ПМ на стадии построцессинга является графическое и (или) табличное представление результатов.

БД АПК для проведения теплового анализа используется в процессе подготовки, проведения и вывода результатов моделирования в качестве обеспечения всей необходимой информацией: геометрическими и расчетными моделями, тепловыми характеристиками материалов, допустимыми значениями температур. Тем самым исключается повторение прежде выполненной работы.

За счет применения адекватных упрощений (геометрических, математических и физических) в расчетных моделях и возможностей ANSYS, а именно распараллеливания на ядра центрального процессора и подключения ядер графического процессора, доступно ускорение [2] проведения анализа бортовой РЭА КА.

Таким образом, создаваемый специализированный автоматизированный программный комплекс позволяет проводить достоверную оценку тепловых режимов с возможностью оптимизации размещения ЭРИ на поверхности ПП УЭМ и УЭМ в составе бортовой РЭА КА в более сжатые сроки, что дает возможность достичь улучшенных показателей надежности, времени разработки и испытаний.

лпк

Г||м 1 ' кд

1 3 Ipctipottcccop —р Решатель 1 —► 1 кктроисссор | 1

1 1 1 1— , а, Оптимизатор 1' «. —1 I 1 i

Состав и функциональная схема разрабатываемого АПК

Решетневскце чтения

Библиографические ссылки 2. Зверев Е., Новожилов Ю., Михалюк Д. Ускоре-

1 ANSYS Costumer Portato URL' ние инженерных расчетов в ANSYS Mechanical при

http://www1.ansys.com/customer/content/documentation/ использовании Gpu NVIDIA Tesla // радиональное 120/ans_apdl.pdf (date of visit: 30.08.2012). управление предприятием. МП. № 3. C. 80-85.

V. M. Karaban, M. P. Sukhorukov Research Institute of Space Technology, Tomsk, Russia

CREATING AUTOMATED SOFTWARE FOR THERMAL ANALYSIS OF UNIFIED ELECTRON MODULES ONBOARD AVIONICS OF OUTER SPACE PURPOSE

Automation process of thermal analysis of standardized electronic module is directly linked to the creation of automated soft-ware complex, as it allows to reduce significantly the time-cost and human error in the design and testing while increasing tactical and technical indicators to newly developed and / or updated onboard radioelectronic equipment of a spacecraft

© Карабан В. М., Сухоруков М. П., 2012

УДК 62-506.1

Н. В. Коплярова, А. В. Медведев

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

ЗАДАЧА МОДЕЛИРОВАНИЯ НЕЛИНЕЙНЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ СИСТЕМ В УСЛОВИЯХ НЕПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ

Рассматривается задача идентификации нелинейных динамических процессов. Линейная динамическая часть объекта находится в условиях непараметрической неопределенности. Вид нелинейности предполагается неизвестным. Приводится алгоритм для создания адекватных в смысле среднеквадратичного критерия моделей систем.

Развитие теории и методов математического моделирования нелинейных динамических систем является актуальной проблемой современной прикладной математики в связи с тем, что большинство реальных систем имеют нелинейную структуру. Наиболее важным с точки зрения приложений классом динамических процессов являются системы, допускающие активный эксперимент при отсутствии полной априорной информации о структуре и параметрах моделируемого объекта.

Пусть исследуемая нелинейная динамическая система представлена в виде двух последовательно включенных звеньев - линейного динамического и

нелинейного статического [1]. Имеется {и ( ti), xi} , i = 1, 5 - выборка измерений реакции объекта на тестовое входное воздействие и (t). Структура и параметры линейной динамической части, а также вид нелинейного звена системы неизвестны. На основании имеющейся информации требуется построить модель нелинейного динамического процесса, адекватно описывающую его поведение при произвольном входном воздействии.

Известно, что реакция системы линейной динамической системы w(t) на входное воздействие и(г) описывается интегралом Дюамеля [2]:

г

w(t) = к (0)и (г) + | к '(г - х)и (х)ёх =

о

г

= к (0)и (г) +1 Н(г - т)и (х)ё х,

о

где к(г), к(г) - весовая и переходная функции системы.

Выход нелинейного объекта может быть описан как некоторая функция от интеграла Дюамеля:

Я (г ) = / Ь ( г )},

где д(г) - выходной сигнал системы; w(t) - выход линейной части системы (не измеряемый); /{} - нелинейный оператор.

Если подать на вход системы единичное воздействие, выход линейной части системы w(t) = к(г) будет стремиться к некоторой неизвестной константе С1, а выход нелинейного объекта будет стремиться к величине, равной /(С1). При некотором произвольном постоянном входном воздействии и (г) = С:

w (г) = Ск(г), я (г) = /(Ск(г)). Проведя серию экспериментов над системой, в ходе которых будем пода -вать на ее вход различные константы, можем получить выборку