Приведены методы повышения ресурса пневматического сервопривода (ПСП) беспилотных летательных аппаратов, изложены основные положения сигнально-параметрического подхода, позволяющего увеличить межремонтный ресурс ПСП путем обеспечения его отказоустойчивого управления. Описаны математические, алгоритмические и инструментальные средства диагностирования ПСП с заданной глубиной и гибкого восстановления его работоспособности в режиме стенда исследования ПСП с отказоустойчивым управлением.

Ключ. слова: отказоустойчивая система, диагностические модели, робастные диагностические модели, летательный аппарат, наблюдатели состояния, переменные состояния
Індекс рубрикатора НБУВ: З965-07

Рубрики:

Автоматика

Шифр НБУВ: Ж24450 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Представлен новый метод диагностирования технического состояния системы автоматического управления беспилотного летательного аппарата, который базируется на основе сигнально-параметрического подхода и учитывает влияние внешней окружающей среды.

Рассмотрено управление дозирующим элементом газотурбинных двигателей ЛА, используемых для различных типов ЛА, математическая модель которого включает модель сухого трения с параметрами, существенно изменяющимися в процессе эксплуатации. Синтезирован регулятор дозирующего элемента на основе динамического компенсатора возмущений, который позволяет существенно уменьшить влияние неидеальностей реальных исполнительных устройств (ИУ). Задача компенсации влияния неидеальностей ИУ решена на основе функционального уравнения за счет формирования дополнительного сигнала управления, полученного в результате восстановления вектора рассогласования реального ИУ и номинальной достижимой линейной модели ИУ. Показана разрешимость операторного уравнения как существование дополнительного сигнала управления, компенсирующего влияние неидеальностей ИУ.

Рассмотрен подход к разработке новых типов диагностических моделей RML-моделей, позволяющих диагностировать техническое состояние системы автоматического управления (САУ) летательных аппаратов (ЛА) при наличии не измеряемых внешних возмущений в динамическом режиме. Разработанная диагностическая RML-модель для системы позволяет достоверно определять техническое состояние САУ ЛА находящегося в вынужденном движении. Полученная модель расширяет возможности сигнально-параметрического подхода и позволяет на более ранних этапах определять отклонения параметров функциональных элементов.

Разработана компьютерная модель вентильного электродвигателя (ЭД) постоянного тока с трехфазной якорной обмоткой и постоянными магнитами на роторе, которая реализована в среде Matlab-Simulink. Рассчитаны переходные процессы в ЭД и электромеханическом приводе (ЭМП) на базе вентильного ЭД. Получены зависимости изменения токов в фазах ЭД без нагрузки и в составе привода, частоты вращения и угла поворота выходного звена ЭМП.

Рассмотрено построение отказоустойчивого блока акселерометров бесплатформенной инерциальной навигационной системы беспилотного летательного аппарата с применением системного подхода, включающего в себя диагностирование технического состояния блока акселерометров и гибкого восстановления его работоспособности на основании результатов диагностирования.

Решена задача определения класса отказа неработоспособной БИНС ЛА путем применения диагностических моделей (ДМ), представляющих собой особый класс математических моделей, связывающих косвенные и прямые признаки отказа. Применяя полученные ДМ, сформированы алгоритмы оперативного диагностирования технического состояния БИНС в виде дихотомических деревьев определения класса-вида отказа, отличающиеся от известных алгоритмов использованием в узлах дихотомических деревьев бинарных признаков, представляющих собой результаты решения двузначных предикатных уравнений, где условиями предикатных конструкций являются характеристики ДМ. Представлены математические модели и инструментальные средства оперативного восстановления работоспособности БИНС с использованием аппаратной и сигнальной видов избыточностей.

Предложена компоновка датчиков угловой скорости и акселерометров в БИНС БПЛА, позволяющая обеспечивать ее полное диагностирование с глубиной до места отказа. Представлены диагностические модели БИНС БПЛА и ее функциональных элементов, приведены разработанные алгоритмы диагностического обеспечения БИНС БПЛА и результаты их экспериментального исследования. Экспериментальные исследование показали, что применение сигнально-параметрического подхода позволило диагностировать техническое состояния БИНС БПЛА с глубиной до места отказа, а в последующем полученная информация о техническом состоянии может быть использована для решения последующих задач диагностического обеспечения - определение класса и вида отказа.

Отражена проблематика точной установки датчиков малогабаритной инерциальной навигационной системы летательного аппарата, указаны параметры, определяющие погрешности геометрической установки чувствительных элементов БИНС ЛА. На основании анализа параметров неточной установки датчиков разработана методика определения элементов матрицы связи для акселерометров, применение которой позволяет повысить точность измерения параметров состояния ЛА. Точность определения параметров связи определяется точностью измерения ускорения свободного падания в точке определения этих параметров. Представлены результаты экспериментального исследования БИНС с матрицей связи.

Отражена проблематика диагностического обеспечения блока акселерометров, позволяющего диагностировать его техническое состояние с глубиной до вида отказа с последующем восстановлением работоспособности отказавшего измерителя в режиме реального времени. В результате исследования различных вариантов компоновки измерителей для задач одноосного и плоскостного движения малогабаритного летательного аппарата получены критерии, выполнение которых обеспечивает глубокое диагностирование блока акселерометров без применения дополнительной информации от других измерительных блоков системы управления и при наличии минимальной аппаратной избыточности.

Отражена проблематика диагностического обеспечения блока акселерометров, позволяющего диагностировать его техническое состояние с глубиной до вида отказа с последующим восстановлением работоспособности отказавшего измерителя в режиме реального времени. В результате исследования различных вариантов компоновки измерителей для задачи пространственного движения летательного аппарата получены критерии, выполнение которых обеспечивает глубокое диагностирование блока акселерометров без применения дополнительной информации от других измерительных блоков системы управления и при наличии минимальной аппаратной избыточности.

Представлены математические зависимости, описывающие угловое движение космического аппарата с минимально избыточным блоком двигателей-маховиков. Рассмотрена альтернативная схема расположения исполнительных органов, содержащая в себе четыре двигателя-маховика, оси вращения которых направлены вдоль боковых ребер правильной четырехугольной пирамиды. Получены зависимости, позволяющие формировать управляющие сигналы в системе угловой ориентации космического аппарата с избыточным блоком двигателей-маховиков при использовании четырех или трех работоспособных исполнительных органов. Произведено машинное моделирование углового разворота космического аппарата относительно подвижно-ориентированной системы координат.

Рассмотрено использование сигнально-параметрического подхода к диагностированию функционального состояния электромеханического блока космического аппарата. Теоретически и экспериментально показано, что без изменения конструкции объекта диагностирования, по наблюдению выходного сигнала датчика угловой скорости вращения двигателя маховика на переходных режимах можно различать отказы, вызванные изменением коэффициентов передачи датчика скорости, электронной схемы управления двигателем, а также изменением момента сопротивления вращению двигателя-маховика. Предложено использование программных имитаторов отказов для отладки и настройки диагностического обеспечения.

Рассмотрено использование сигнально-параметрического подхода для диагностирования функционального состояния электромаховичной системы ориентации углового положения микроспутника. Рассмотрены виды отказов, приводящие к изменению статических и динамических свойств исполнительных органов, датчиков обратной связи и объекта управления. Предложено использование методов диагностирования для оценки влияния внешних возмущающих моментов на исполнительные органы и корпус космического аппарата. Получены условия различимости и множество косвенных признаков, обеспечивающие глубину диагностирования до вида отказа.

Рассмотрены вопросы выбора и обоснования различных измерительных и преобразовательных устройств систем управления летательных аппаратов с учетом требований к условиям эксплуатации, статистическим, динамическим, массогабаритным и другим характеристикам.

Індекс рубрикатора НБУВ: О571.6-01

Рубрики:

Інерціальна навігація

Шифр НБУВ: Ж24450 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Отражена необходимость и актуальность применения избыточных схем электромагнитных исполнительных органов для решения задач ориентации и стабилизации малых космических аппаратов. Также показано, что отсутствует альтернатива применения в качестве исполнительных механизмов двигателей маховиков, которые по ресурсным и точностным показателям во много раз превосходят другие исполнительные органы. Получены аналитические соотношения, позволяющие определить необходимые параметры двигателей маховиков, а также параметры компоновочной схемы. Получен подход к оцениванию эффективности применения той или иной компоновки двигателей маховиков, основанный на оценке следа корреляционной матрицы ошибок моментов управления.

Отражена необходимость и актуальность применения избыточных схем электромеханических исполнительных органов для решения задач ориентации и стабилизации малых несимметричных космических аппаратов. Также показано, что отсутствует альтернатива применения в качестве исполнительных механизмов двигателей маховиков, которые по ресурсным и точностным показателям во много раз превосходят другие исполнительные органы. Получены аналитические соотношения, позволяющие определить необходимые параметры двигателей маховиков, а также параметры компоновочной схемы электромеханических исполнительных органов с минимальной структурной избыточностью. Получен подход к оцениванию эффективности применения той или иной компоновки двигателей маховиков, основанный на оценке следа корреляционной матрицы ошибок моментов управления.

Предложен метод для оценки эффективности систем управления динамическими объектами со свойством активной отказоустойчивости. Представлены результаты расчета и сравнительного анализа эффективности классической системы управления ориентацией и стабилизации малого спутника и системы со свойствами активной отказоустойчивости в нештатных режимах функционирования, вызванных отказами в функциональных элементах.