Satkinskii raion/;docx

6820
УДК 629.7. 062
ПРОБЛЕМЫ ПОСТРОЕНИЯ
РАЗНОРОДНЫХ КАНАЛОВ СИСТЕМ
УПРАВЛЕНИЯ
А.М. Касимов
Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН
Россия, 117997, Москва, Профсоюзная ул., 65
E-mail: [email protected]
Ключевые слова: струйная техника, система управления, резервный канал, дестабилизирующее воздействие, разнородные каналы управления, быстродействие, летательный
аппарат
Аннотация: Дестабилизирующие воздействия электромагнитной природы на короткое
время целиком выводят из строя электронную СУ ЛА несмотря на известные методы
повышения ее отказоустойчивости. Прерывание управления для критических объектов
могут приводить катастрофическими последствиями. Для обеспечения непрерывности
управления такими объектами, к которым относятся летательные аппараты различного
назначения, предлагается использовать комбинированную систему управления, в которой наряду с основным (электронным) каналом дополнительно используется резервный
(струйный). Такая система управления защищена от внутренних неисправностей за счет
аппаратурной и программной избыточности, используемой в электронном канале, а также от внешних электромагнитных воздействий за счет устойчивости к ним струйной
техники, т.е. элементов неэлектрической природы, что должно обеспечить непрерывность управления. Рассматриваются проблемы построения систем управления с разнородными каналами.
1. Введение
В связи с появлением развитых высокотехнологических объектов резко возросла
сложность их систем управления (СУ). Среди них выделяются СУ критическими объектами, выход из строя которых может привести к катастрофическим результатам. При
этом требования к их СУ охватывают область от алгоритмической сложности выполняемой работы до условий эксплуатации объекта управления. Проблемой оказалось
обеспечение их безопасности в условиях развивающихся новых методов и средств
внешних дестабилизирующих воздействий, например, направленное излучение различной электромагнитной природы. К ним относятся и ядерные взрывы, которые представляют реальную угрозу для электронных СУ, к которым относятся бортовые СУ
подвижными объектами (ПО) различного назначения. Среди них летательные аппараты
(ЛА), ракеты, морские лайнеры, наземный транспорт, АЭС и др.
Электромагнитные воздействия могут быть природными и специально разработанными целенаправленными. К последним относится электромагнитное оружие (ЭМО),
способное вывести из строя электронику в большом радиусе от точки применения [1,
2]. Появление ЭМО связано с бурным развитием электроники в двух направлениях.
1-ое – это микроэлектроника, на которой строятся быстродействующие СУ в различных областях. Эти устройства становятся все миниатюрнее, и соответственно наXII ВСЕРОССИЙСКОЕ СОВЕЩАНИЕ ПО ПРОБЛЕМАМ УПРАВЛЕНИЯ
ВСПУ-2014
Москва 16-19 июня 2014 г.
6821
пряжения и токи, которые используются в этих устройствах, измеряются тысячными
долями вольта или ампера. Такими системами насыщена вся наша жизнь.
2-ое – электроника больших мощностей. Здесь генерируются электрические импульсы в миллионы ампер, электромагнитные поля мощностью в миллиарды ватт – гигаватты. И такие чудовищные системы сегодня уже делают. А один гигаватт – это
мощность чернобыльского блока. Мощность целой электростанции заключена в устройстве, как правило, мобильном, небольшом. Если речь идет о мегаваттах – это может
быть небольшой чемоданчик.
Два этих направления: уход в малые мощности, в малые токи и сильноточная электроника, уход в большие токи и большие мощности – встретились на поле, которое и
называется ЭМО.
У такого устройства большая мощность, но оно расходует малое количество энергии. Энергия сжимается в очень коротком импульсе. Поэтому отдельный импульс получается очень мощным, но расход энергии сравнительно небольшой. Происходит так
называемая компрессия мощности. Так работает, например, генератор Маркса (не Маркса-экономиста, а Маркса-электротехника). Но ЭМО используют другие принципы. Не
будем их рассматривать подробно. Отметим только, что, используя современные системы, которые накапливают и компрессируют мощность, устройства можно сделать
весьма мобильными.
Когда мы садимся в самолет, нам предлагают выключить мобильный телефон. Они
имеют мощность полватта, но эти полватта могут воздействовать на СУ самолета. А
если у вас в руках миллионы или миллиарды ватт, можете представить, насколько это
опасно. Поэтому электромагнитная защита сегодня интенсивно развивается. Опасность
сверхмощных практически мгновенных сигналов в том, что они имеют очень резкий
фронт, который настолько быстро проходит через электронику, что система не успевает
защититься. За наносекунду свет проходит сантиметр, а импульсы имеют продолжительность в доли наносекунды. Такой мощный и короткий сигнал фильтры пропускают.
Примером может быть взрыв химического вещества в магнитном поле. Энергия
преобразуется в импульс электрического тока миллион ампер. Напомним, что удар
молнии – это 20 тысяч ампер.
Сегодня, не используя атомную бомбу, научились получать импульсы, сопоставимые с импульсами, которые возникают в электромагнитном излучении (ЭМИ) ядерного
взрыва (ЯВ), но это система не ядерная и может применяться скрытно. Опасность такого оружия заключается в том, что излучение не имеет ни цвета, ни запаха, оно никак не
ощущается человеком. А выход из строя СУ самолета или телефонной станции – это
трагедия.
Мощный импульс ЭМИ попадая в тракт любой системы, например, радиотелефона,
сжигает транзистор, который стоит на входе.
Сегодня во всем мире потеря от аварий, вызванных ударами молнии, оценивается
от трех до пяти миллиардов долларов ежегодно. Конечно, существуют системы защиты, заземления, автоматического переключения, но тенденция развития в гражданской
энергетике точно такая же, как и в военных областях. Измерительные, контролирующие управляющие датчики, которые используются сегодня на так называемых адаптированных линиях электропередач, это – слаботочная электроника. Если эта электроника
выходит из строя может случиться блэк-аут, такого типа как был в Нью-Йорке.
На рис. 1 представлена таблица известных электромагнитных воздействий на радиоэлектронную аппаратуру (РЭА) с возможными их отказами.
XII ВСЕРОССИЙСКОЕ СОВЕЩАНИЕ ПО ПРОБЛЕМАМ УПРАВЛЕНИЯ
ВСПУ-2014
Москва 16-19 июня 2014 г.
6822
Электромагнитное оружие
Ядерное оружие
СЖРИ
Ионизация
Тепловой нагрев
1)тепловой пробой
2) перегорание токопроводов
3) отслоение кристалла от подложки
Нейтронное
излучение
Структурные изменения решетки
материалов ЭРИ
ЭМИ и
Супер-ЭМИ
Высокая крутизна
фронтов
Ионизация
Поток энергетических электронов
Наведенные токи
и потенциалы
-излучение
Ионизация
Оружие направленной энергии
СВЧ-оружие
микроволновое
Наводки тока и
потенциалов,
Тепловой нагрев,
Ложные амплитуды= амплитуде
информационных
сигналов, полный
отказ РЭИ
Лазерное
оружие
Силовое поражение МБР, лазерная
плазма за счет разогрева и испарения веществаИонизация- пробой, сопутствующие РИ, СВЧИ,
ультразвук
Пучковое
оружие
Нейтральные
атомы водорода,
Ионизация,
Тепловой нагрев,
радиационные и
магнитные поля
60-6000 выст/с
Рис. 1.
Поскольку современные СУ критических объектов, как правило, являются электронными, то они являются поражаемыми в первую очередь с последующими большими экономическими и гуманитарными потерями.
Анализ существующих методов и способов обеспечения стойкости традиционных
электронных каналов управления, показал невозможность реализации принципа непрерывности управления и обеспечения их инвариантности к действию всего спектра указанных дестабилизирующих факторов и способам их применения [3, 4].
Пораженными могут оказаться также электронные приборы и устройства
телекоммуникаций ввиду наличия длинных кабелей между приборами.
Все разновидности приемников особенно чувствительны к ЭМИ, т.к. входящие в состав такой аппаратуры высокочувствительные элементы в виде миниатюрных высокочастотных транзисторов и диодов легко поражаются при попадании на них электрических наведенных перенапряжений. Соответственно,
РЛС, средства электронной войны, аппаратура связи от низкочастотной до ВЧ и
УВЧ, радиорелейная, спутниковая, а также телевизионная техника – все эти
разновидности РЭА потенциально уязвимы к действию ЭМИ.
Необходимость альтернативных электронике технических средств, с другим носителем энергии информационных сигналов, и способных сохранять работоспособность в
условиях внешних дестабилизирующих факторах (ДФ) электромагнитной природы,
стоит чрезвычайно остро.
2. Принципы построения разнородной системы управления
Анализ путей построения СУ, инвариантных к действию ДФ, показал, что предпочтительным является комбинирование основного электронного канала управления с
дополнительным резервным, построенным на элементах не электрической природы.
XII ВСЕРОССИЙСКОЕ СОВЕЩАНИЕ ПО ПРОБЛЕМАМ УПРАВЛЕНИЯ
ВСПУ-2014
Москва 16-19 июня 2014 г.
6823
Удобно рассматривать СУ критическими объектам на примерах ПО или ЛА, как
наиболее продвинутых объектов технического прогресса, где высокая надежность СУ
определяется функциональной работоспособностью. Необходимость резервных каналов СУ ЛА задается высокими требованиями к надежности работы объекта управления
и его СУ при появлении естественных или (и) искусственных ДФ окружающей среды.
Повышение надежности БСУ решались традиционными методами, среди которых
дублирование каналов управления или другие приемы, например, структурно фазовая
защита, не меняя электрической природы носителей информационных сигналов. С появлением и развитием новых видов ДФ электромагнитной природы, которые выбивают
в первую очередь РЭА БСУ, вырисовывается тенденция поисков альтернативных электронным компонентам средств автоматики неэлектрической природы, работоспособных в условиях действия ЭМИ высоких мощностей.
Одним из таких технических средств представляется струйная автоматика, в которой в качестве энергоносителя используется сжатый газ, а функциональные элементы
строятся на аэродинамических эффектах без подвижных частей [5].
Струйная техника добавила к традиционной пневмоавтоматике высокое быстродействие, отсутствие подвижных элементов, стойкость к высоким и низким температурам и давлениям, ударам, вибрациям и электромагнитным излучениям (ЭМИ) [6]. Поэтому струйная техника в первую очередь оказалась востребованной для построения
устройств и СУ высокой надежности, способных работать в экстремальных условиях
окружающей среды.
Наиболее заметным достижением струйной автоматики последних лет проявилось
в использовании ее для управления параметрами авиационных двигателей и в построении первичных измерительных преобразователей (расходомеры текучих продуктов,
датчики угловой скорости, температуры и др.) [7,8]. Струйные элементы работоспособны при температурах от –45 до +5600C, давлениях от 2.10-3 до 2,5 МПа. Созданы регуляторы, которые эксплуатируются на двигателях самолетов ЯК-42, АН-77, «РУСЛАН»,
«МРИЯ», ИЛ-86, ИЛ-96, Ту-204, вертолетах Ми-26 и др.
Общая наработка струйных САУ составляет более 20 млн. летных часов, при этом
показатель безотказности выше 1,1 млн. часов (для двигателя Д-36).
Струйная техника, имея существенно низкое быстродействие, может в некоторых
случаях успешно выполнять функции, которые традиционно выполнялись электронными СУ. Так для условий критических ЭМИ была разработана совместно с ЦАГИ резервная СУ самолетом [7]. СУ продольным движением самолета, содержащий рулевой
привод, струйные датчики угловой скорости, угла атаки и вычислитель была испытана
в замкнутом контуре и показала уверенную возможность аварийного управления на
наиболее критических режимах полета.
На протяжении последних лет в ИПУ РАН ведутся исследования по радикальному
увеличению быстродействия струйной техники для реализации СУ более высокого порядка, в том числе навигационных задач [8, 9].
В перспективе технологического развития струйной техники представляется ее
сближение с микрофлюидикой и проявлениями новых аэрогидродинамических эффектов и свойств.
ДФ на короткое время выводят из строя электронную СУ ЛА, несмотря на различные методы повышения ее отказоустойчивости. Для парирования ДФ электромагнитной природы предлагается строить комбинированную СУ ЛА, в которой наряду с основным (электронным) каналом дополнительно используется струйный резервный канал (РК) [10]. Такая комбинированная СУ защищена как от внутренних неисправностей
за счет аппаратурной и программной избыточности, используемой в электронном канале, так и от внешних ДФ за счет устойчивости к ним струйной техники.
XII ВСЕРОССИЙСКОЕ СОВЕЩАНИЕ ПО ПРОБЛЕМАМ УПРАВЛЕНИЯ
ВСПУ-2014
Москва 16-19 июня 2014 г.
6824
На основе проведенного анализа возможных состояний работоспособности комбинированной СУ при действии критических воздействий и решаемых ею задач, взаимодействие разнородных каналов формализовано в виде алгоритма, позволяющего за счет
использования информационных измерительных и вычислительных потоков обеспечить наибольшую точность управления в различных условиях его функционирования.
Структурная схема комбинированной электронной СУ со струйным РК представлена на рис. 2.
Рис. 2. ККП-комплекс командных приборов, ДК-датчик команд, МКА – маятниковый компенсационный акселерометр, СА-струйный акселерометр, ГСП – гиростабилизированная платформа, Д1 и Д2 – датчики состояния окружающей среды.
Оба канала работают параллельно, решая идентичные алгоритмы управления, и
способны обмениваться информацией для коррекции точности РК по информации
электронного и восстановления вычислительного процесса в основном канале после его
сбоя от действия поражающих воздействий по информации резервного.
Состав комбинированной СУ состоит из основного и резервного каналов, устройств их сопряжения, а также автономные устройства сопряжения с датчиками и исполнительными механизмами ЛА.
Комбинированная СУ ЛА работает в двух режимах – рабочем и аварийном. В рабочем режиме основная СУ (на электронных элементах) включена в контур управления, а резервная (на струйных) – нет, хотя параллельно вычисляет те же алгоритмы, что
и основная. Очевидно, что из-за недостаточно высокого быстродействия струйных элементов, РК обеспечивает меньшую точность, чем основной. Поэтому после окончания
каждого базового цикла основной канал корректирует резервный. Таким образом, на
малых интервалах времени, порядка одной-двух секунд, РК СУ должен обеспечивать
точность решения алгоритмов, близкую к точности основного.
XII ВСЕРОССИЙСКОЕ СОВЕЩАНИЕ ПО ПРОБЛЕМАМ УПРАВЛЕНИЯ
ВСПУ-2014
Москва 16-19 июня 2014 г.
6825
В момент проявления ДФ система переходит в аварийный режим, т.е. на РК
управления, который обеспечивает достаточную точность вычисления алгоритма
управления. По окончании воздействия ДФ происходит восстановление вычислительного процесса в основном канале по информации резервного.
Т.о., обеспечить непрерывность управления ЛА в условиях воздействия ДФ возможно введением в состав СУ дополнительного струйного РК. В инвариантном к ДФ
РК параллельно основному решаются задачи управления ЛА, что позволяет сохранить
управление на тех участках полета, на которых происходит потеря работоспособности
электроники.
Каковы требования к характеристикам струйного РК, обеспечивающих заданное
качество управления?
При построении разнородной СУ необходимо разработать структуру системы и организовать взаимодействие между основным и РК таким образом, чтобы обеспечить
непрерывность управления при различных состояниях СУ.
Структура разнородной СУ может быть представлена следующим образом (рис. 3).
Основными элементами системы являются два канала различной природы: основной (электронный) и резервный (струйный). Основной канал включает в себя БЦВК,
датчики (До) и внутриканальные связи между ними. Резервный канал – вычислитель
резервного канала (ВРК), датчики (Др) и внутриканальные связи.
Основной канал
До
БЦВК
УК
Др
УК
УУК
ВРК
Резервный канал УК
ДР
УС
УС
УС
УС
К рулевому приводу
От УУК
От УУК
Рис. 3. Структурная схема разнородной СУ.
Основной канал может использовать аппаратурную и программную избыточность.
Оба канала должны работать параллельно, реализуя в БЦВК и ВРК идентичные алгоритмы управления. Для регистрации критических уровней ДФ, вызывающих сбои или
необратимые отказы электронной аппаратуры, должны использоваться специальные
датчики регистрации (ДР). В состав системы должны входить устройства сопряжения
(УС) между электронными и струйными элементами системы, коммутации (УК), устройство управления конфигурацией (УУК), межканальные связи. В рабочем режиме
основной канал включен в контур управления, а резервный – нет. В момент проявления
внешних ДФ система переходит в аварийный режим – на РК управления. По окончании
действия внешних ДФ осуществляется проверка работоспособности БЦВК и датчиков,
в соответствии с состоянием системы в контур управления включается работоспособная конфигурация СУ.
Состояние СУ зависит от условий функционирования ЛА и определяется состоянием измерительной и вычислительной систем. В силу устойчивости струйных элементов
к действию ДФ неисправности струйных датчиков и ВРК не рассматриваются. МножеXII ВСЕРОССИЙСКОЕ СОВЕЩАНИЕ ПО ПРОБЛЕМАМ УПРАВЛЕНИЯ
ВСПУ-2014
Москва 16-19 июня 2014 г.
6826
ство возможных состояний основного канала разнородной СУ содержит следующие
состояния:
 БЦВК и датчики работоспособны;
 БЦВК работоспособен, датчики неработоспособны;
 БЦВК неработоспособен, датчики работоспособны;
 БЦВК и датчики неработоспособны.
Признаки принадлежности к тому или иному состоянию могут формироваться по
информации от датчиков, регистрирующих критические уровни ДФ, вызывающие сбои
или необратимые отказы аппаратуры; по результатам анализа текущей информации,
получаемой в процессе функционирования СУ, и по информации тестового контроля
аппаратуры. Наиболее приоритетными признаками состояния элементов СУ являются
признаки, формируемые по сигналам датчиков регистрации ДФ.
Задача организации взаимодействия основного и резервного каналов, обеспечивающей нормальное функционирование СУ, сводится к задаче управления конфигурацией СУ в соответствии с ее состоянием. Изменение конфигурации системы в соответствии с изменением состояния СУ может быть реализовано с помощью специального
УУК. УУК должно обеспечивать анализ состояния СУ и формировать конфигурацию
системы. Для выполнения этих функций в состав УУК входят: блок 1 определения признака состояния СУ, блок формирования управляющей команды 2 (рисунок 4).
От ДР
к УК
2
1
От БЦВК
От ВРК
В БЦВК
Рис. 4. Блок определения признака состояния СУ.
Устройство должно сохранять свою работоспособность независимо от действия
ДФ, поэтому для его реализации целесообразно применить струйную элементную базу.
Структурная схема УУК (ДР-датчик регистрации, БЦВК-бортовой цифровой вычислительный комплекс, ВРК-вычислитель резервного канала, УК – устройство коммутации, 1 – блок определения признака состояния СУ, 2 – блок формирования управляющей команды.
УУК функционирует следующим образом. В момент проявления критических
уровней ДФ управляющая команда на включение в контур управления резервного канала формируется непосредственно по сигналу ДР. По окончании действия внешних
ДФ подается команда от блока определения признака состояния СУ на проверку работоспособности БЦВК и датчиков основного канала. По результатам анализа текущей
информации измерительной системы и информации систем тестового контроля БЦВК,
сравнения с соответствующими данными РК в блоке (1) формируется признак состояния системы. В блоке формирования управляющей команды, в соответствии с полученным признаком состояния СУ, формируется команда на изменение конфигурации
системы. В устройства коммутации поступает сигнал на включение в контур управления работоспособной конфигурации.
XII ВСЕРОССИЙСКОЕ СОВЕЩАНИЕ ПО ПРОБЛЕМАМ УПРАВЛЕНИЯ
ВСПУ-2014
Москва 16-19 июня 2014 г.
6827
В зависимости от состояния системы могут быть сформированы следующие варианты работоспособных конфигураций:
 БЦВК и датчики основного канала;
 БЦВК и датчики резервного канала;
 ВРК и датчики основного канала;
 ВРК и датчики резервного канала.
3. Требования к характеристикам ВРК
РК на струйных элементах должен обеспечивать устойчивость, заданные статические и динамические характеристики управляемости на всех режимах полета при действии внешних ДФ и при отказе элементов основного канала в результате собственных
неисправностей. При построении РК необходимо учитывать реальные возможности
аналоговых и цифровых элементов струйной техники. Аналоговые элементы отличаются малыми массой и габаритами, высоким быстродействием, но меньшей точностью.
При использовании цифровых струйных элементов с более высокой точностью обработки сигналов необходимо учитывать их реальное быстродействие. Требования к РК
по качеству управления могут быть определены в соответствии с принятыми в авиации
приемлемыми с точки зрения безопасности полета уровнями пилотажных характеристик – Ур.1, Ур.2, Ур.3 в зависимости от режимов полета (основной, эксплуатационный
и предельный) и состояния системы (нормальное или с отказами). Уровни пилотажных
характеристик характеризуют качество выполнения требований к устойчивости и
управляемости самолетов на различных этапах полета:
уровень 1 – характеристики устойчивости и управляемости самолетов хорошо соответствуют рассматриваемому этапу полета и пилотажные характеристики самолета
оцениваются летчиком по высшему баллу;
уровень 2 – характеристики устойчивости и управляемости обеспечивают выполнение задач данного этапа полета при некотором снижении оценки выполнения задачи и
при удовлетворительной оценке пилотажных характеристик;
уровень 3 – характеристики устойчивости и управляемости не обеспечивают эффективного выполнения задачи на данном этапе полета или его выполнение требует от
летчика чрезмерной нагрузки при пилотировании. Оценка пилотажных характеристик
летчиком лежит в этом случае на грани допустимого.
Наличие трех уровней оценки пилотажных характеристик позволяет рассматривать
при построении резервного канала варианты заданных требований с различным качеством.
Для решения вопросов практической реализуемости струйного РК необходимо определить требования к характеристикам его элементов, обеспечивающим заданное качество управления. Важным этапом при проектировании РК является реализация ВРК,
являющегося центральным звеном системы. Возможность практической реализации
ВРК связана с типом используемых средств струйной техники и их основными характеристиками. Реализуемые алгоритмы и характеристики элементов ВРК взаимосвязаны. С одной стороны, алгоритмы предъявляют определенные требования к быстродействию и другим характеристикам элементов струйной техники. С другой стороны, особенности ВРК на струйных элементах налагают определенные ограничения на организацию вычислений и реализацию алгоритмов. Отметим, что усложнение алгоритмов
управления на БЦВК приводит лишь к усложнению ее программы, в то время как аналогичное усложнение алгоритмов на базе струйной техники неизбежно требует увеличения числа функциональных элементов.
XII ВСЕРОССИЙСКОЕ СОВЕЩАНИЕ ПО ПРОБЛЕМАМ УПРАВЛЕНИЯ
ВСПУ-2014
Москва 16-19 июня 2014 г.
6828
Для определения требований к основным характеристикам элементов структуры
ВРК необходимо построить математическую модель реализуемых на нем алгоритмов,
обеспечивающих заданные запасы устойчивости, статические и динамические характеристики управляемости. Математическая модель должна отражать структуру алгоритмов, функциональные связи между отдельными их элементами. В соответствии с целями моделирования уровень детализации моделируемых алгоритмов должен соответствовать уровню элементарных функций, реализуемых средствами струйной техники.
Анализ модели реализуемых на ВРК алгоритмов позволяет определить тип и количество необходимых для построения вычислителя струйных элементов, требования к характеристикам элементов ВРК, обеспечивающим заданное качество управления.
Применение цифровых струйных элементов обусловливает дискретный характер
процессов в РК. Определение требований к характеристикам цифрового ВРК включает
в себя оценку потребного быстродействия, разрядности его элементов, емкости запоминающих устройств. Величину требуемого быстродействия элементов можно оценить
по количеству операций, выполняемых в каждом цикле управления. Разрядность элементов определяется требуемой точностью решения задачи управления, разрядностью
входных преобразователей. Потребный объем памяти определяется числом устройств,
необходимых для хранения постоянных коэффициентов и промежуточных результатов
вычислений. Требования к характеристикам элементов ВРК, полученные при анализе
алгоритма, являются исходной информацией для проверки реализуемости выбранного
варианта построения вычислителя.
Высокая точность управления ЛА может быть достигнута выбором оптимальной
комбинации информационных потоков между составными частями разнородных каналов при их различных состояниях, вызванных действием ДФ, а также коррекцией показаний струйных измерительных приборов на основе совместного использования информации разноточных ДКС [11]. Алгоритм обработки и коррекции показаний струйного ДКС должен быть реализован с помощью вычислителя, построенного на элементах струйной техники. При этом, струйный вычислитель должен обеспечивать: определение значения кажущейся скорости по показаниям датчиков, решение задачи аппроксимации его остаточной погрешности с использованием априорных коэффициентов и
коррекцию показаний с учетом определенных коэффициентов математической модели
его погрешности.
Для обеспечения минимальной вычислительной погрешности вычислитель должен
обладать быстродействием, исключающим недопустимую задержку показаний ДКС
при проведении коррекции. Так как обеспечить высокое быстродействие выполненных
на цифровых струйных элементах устройств с полным набором арифметических операций невозможно, то подобное устройство должно быть построено на базе цифровых
дифференцирующих анализаторов (ЦДА), в качестве решающих элементов которых
используются цифровые струйные интеграторы. Исследования позволили определить
требуемое быстродействие интеграторов (6…10)103 итераций/сек, при котором достигается допустимое запаздывание информационного сигнала для решения задач управления ЛА, и обосновать его достижимость.
Для практической реализации комбинированной СУ ЛА и достижения высокой
эффективности необходимо обеспечить требуемые для этого технические характеристики струйной элементной базы. Как отмечалось, существенным недостатком струйной техники является ее низкое быстродействие по сравнению с электронной. Поэтому
повышение ее быстродействия явилось основным направлением исследований в этой
области. Решение этой проблемы производится двумя способами:
 радикальным увеличением быстродействия струйных элементов системы;
XII ВСЕРОССИЙСКОЕ СОВЕЩАНИЕ ПО ПРОБЛЕМАМ УПРАВЛЕНИЯ
ВСПУ-2014
Москва 16-19 июня 2014 г.
6829

повышением производительности за счет организации параллелизма вычислений на
разных уровнях ее структуры.
Наиболее значимых результатов удалось добиться в первом направлении. Быстродействие струйных элементов повышается с уменьшением их линейных размеров и
увеличением скорости истечения рабочего газа в каналах питания. Поэтому действенными механизмами повышения быстродействия СУ на струйных элементах являются:
 миниатюризация струйных элементов за счет уменьшения ширины канала питания;
 использование рабочих газов с меньшей плотностью, например, гелия или гелиевоводородной смеси;
 использование рабочих газов с большей скоростью распространения звуковых волн
(гелий, водород);
 совершенствование технологии изготовления и переход к устройствам со степенью
интеграции до 15-20 и более элементов в см3.
Максимальное быстродействие достигается оптимальным сочетанием всех вышеперечисленных механизмов.
Поиск путей создания наиболее эффективной СУ, инвариантной к воздействию
всего возможного спектра поражающих факторов и сохраняющей высокие точностные
характеристики, привел к формированию структуры, включающей в себя:
 комбинированный комплекс командных приборов (ККП);
 основной канал – электронный бортовой цифровой вычислительный комплекс;
 резервный канал – струйный вычислитель, состоящий из устройства диспетчеризации, распределяющего задания в реальном времени между ЦДА и логическими устройствами;
 коммутаторы основного и резервного каналов;
 коммутатор входной информации, поступающей с комбинированного комплекса
командных приборов;
 устройство сопряжения с исполнительными органами.
Струйный вычислитель, предназначенный для решения трех вышеуказанных задач,
включает в себя три струйные устройства соответственно: вычислитель ДКС, аппроксимирующий и корректирующий вычислители.
Каждый вычислитель предназначен для реализации конкретного математического
выражения, поэтому не является универсальным, и его структура определяется видом
этих выражений. Элементами структуры вычислителей являются струйные цифровые
интеграторы.
Для построения вычислителя предложено использовать струйные цифровые интеграторы, функционирующие на основе использования ЦДА, что позволяет проводить
необходимые вычисления в реальном масштабе времени
Список литературы
1.
2.
3.
4.
5.
Фортов В.Е. Электромагнитное оружие уже существует. www.svoboda.org/content/article. 07.0920.07.
Исследования в США поражающих факторов новых видов ЯО направленного действия и стойкости
к ним образцов оружия и военной техники. Сборник. М.: МО, 1987.
Копп К. Э-бомба – Оружие массового электрического поражения. Университет Монаша (Клейтон, 3168,
Австралия). www.cs.monash.edu.au/~carlo/. 1998.
Мамедли Э.М., Соболев Н.А. Метод обеспечения отказоустойчивости в резервированных управляющих вычислительных системах. // Автоматика и телемеханика. 2000. № 2. С. 172-182.
Залманзон Л.А. Аэрогидродинамические методы измерения входных параметров автоматических
систем. М.: Наука, 1973.
XII ВСЕРОССИЙСКОЕ СОВЕЩАНИЕ ПО ПРОБЛЕМАМ УПРАВЛЕНИЯ
ВСПУ-2014
Москва 16-19 июня 2014 г.
6830
6.
Степанов А.М., Белуков А.А., Вологодский Н.В., Касимов А.М. Струйная пневмоавтоматика воздушно-реактивных двигателей в авиационной практике // Избранные труды Международной конференции по проблемам управления. 29 июня - 2 июля 1999 г. М.: ИПУ РАН. Т. 2. С. 220-232.
7. Касимов А.М., Попов А.И. Резервная система управления подвижным объектом // Сб. трудов Совета
по управлению движением судов и специальных аппаратов. Вып. XXIX. Анапа. 19-22 июня 2001 г.
М.: ИПУ РАН, 2001. С. 115-126.
8. Касимов А.М., Мамедли Э.М., Попов А.И. Разработка элементной базы для резервной системы
управления летательными аппаратами // Труды Международной научно-технической конференции
«Системы и комплексы автоматического управления летательными аппаратами». МИРЭА, Москва,
23-25 апреля 2008 г. М.: Союз НИО, 2008. С. 70-78.
9. Kasimov A.M., Popov A.I., Kovrigin P.V. Fluidics in control of flight vehicles. // Flucome-2009. International Conference on Fluid Control, Measurements, and Visualization. August 17-21, 2009. Moscow, Russia.
10. Касимов А.М., Мамедли Э.М. Принципы построения комбинированных систем управления перспективных летательных аппаратов, устойчивых к внешним возмущающим факторам // Труды Международной конференции «Перспективы использования новых технологий и научно-технических решений в ракетно-космической и авиационной промышленности». Международный салон «Аэроспейс08». 20-24 августа 2008 г. М.: ИПУ РАН, 2008. С. 6-7.
11. Коротков А.В. Обоснование и выбор метода информационного комплексирования разноточных измерителей кажущейся скорости // Двойные технологии. 2004. № 2. С. 21-24.
XII ВСЕРОССИЙСКОЕ СОВЕЩАНИЕ ПО ПРОБЛЕМАМ УПРАВЛЕНИЯ
ВСПУ-2014
Москва 16-19 июня 2014 г.