Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Технология приборостроения

Диссертационная работа:

Прокошев, Илья Владимирович Разработка и исследование информационной системы автоматизированного диагностирования ИНС в процессе стендовых испытаний : диссертация ... кандидата технических наук : 05.11.14 Москва, 2006

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНРІЙ 4

ВВЕДЕНИЕ 5

1. Анализ состояния вопроса и постановка задачи исследования

  1. Анализ точностных характеристик современных ИНС 14 российского и зарубежного производства

  2. Основные типы отказов ИНС 23

  3. Анализ ИНС как объекта функционального контроля и 27 диагностирования

  4. Методы компенсации погрешностей и восстановления 31 работоспособности ИНС

  5. Характеристики методов функционального контроля и 33 диагностирования ИНС

  6. Анализ состояния систем контроля и диагностики ИНС и 38 методов их модернизации

  7. Анализ подходов к совершенствованию алгоритмического 41 обеспечения систем контроля и диагностирования ИНС

1.8. Постановка задач исследования 47
Выводы 49

2. Разработка алгоритмического обеспечения ИНС как объекта
функционального контроля и диагностирования

  1. Комплексная обработка информации в ИНС на основе 50 алгоритмов фильтрации

  2. Построение обобщенной математической модели ИНС как 54 объекта контроля и диагностирования

  3. Разработка модели ошибок ИНС 59

2.4. Разработка алгоритмов наблюдения ошибок ИНС 64
Выводы 76

3. Разработка методов и алгоритмов диагностирования ИНС при
стендовых испытаниях

  1. Разработка адаптивной модели погрешностей ИНС 77

  2. Методы оптимального сглаживания оценок ошибок ИНС при 80 стендовых испытаниях

  1. Модернизация алгоритмического обеспечения встроенной 85 системы контроля ИНС

  2. Разработка алгоритмов диагностирования ИНС на основе 90 совместных процедур оптимальной фильтрации и сглаживания экспериментальных данных

Выводы 97

4. Экспериментальная отработка и реализация алгоритмов
диагностирования ИНС в процессе стендовых испытаний

  1. Анализ эффективности автоматизированных систем контроля 98 ИНС

  2. Характеристики технологического процесса испытаний 100 современной ИНС

  3. Разработка методики математической отработки алгоритмов 105 оценивания состояния и диагностирования ИНС

  4. Экспериментальные исследования алгоритмов 113 диагностирования ИНС на математической модели

  5. Программно-математическое и аппаратное обеспечение 122 стендовой отработки алгоритмов оценивания параметров состояния и диагностирования ИНС

  6. Стендовая отработка алгоритмов оценивания и 126 диагностирования ИНС

Выводы 132

5. Методы повышения точности и компенсации погрешностей ИНС

  1. Параметрическая идентификация моделей ошибок ИНС 136 по текущему состоянию чувствительных элементов

  2. Разработка автоматизированной системы информационной под- 139 держки функционального контроля ИНС

Выводы 148

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ 149

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 152

ПРИЛОЖЕНИЯ 159

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ

АРМ - автоматизированное рабочее место

АСК - автоматизированная система контроля

AT - авиационная техника

БД - база данных

БЦВМ - бортовая цифровая вычислительная машина

ВС - вектор состояния

ГК - гирокомпасирование

ГПК - гирополукомпас

ГСП - гироскопическая платформа

Д - диагностика

ДВИ - датчик внешней информации

ДПИ - датчик первичной информации

ДС - динамическая система

ДТКЗ - двухточечная краевая задача

ЗК - заданный курс

ИИБ - инерциальный измерительный блок

ИНС - инерциальная навигационная система

ИТ - измерительный трехгранник

КОИ - комплексная обработка информации

КПА - контрольно-проверочная аппаратура

КЦ - контроль целостности

ЛА - летательный аппарат

МКИО - мультиплексный канал информационного обмена

НК - навигационный комплекс

НС — навигационная система

ОФК - оптимальный фильтр Калмана

ПГИ - платформа гироскопическая инерциальная

ПЗ - повторный запуск

ПЗК - подготовка по заданному курсу

ПИ - предъявительские испытания

ПИНС - платформенная ИНС

ПМО - программно-математическое обеспечение

ПСИ - приемо-сдаточные испытания

ПЭВМ - персональная электронно-вычислительная машина

СКО - среднеквадратическая ошибка

СУБД - система управления базами данных

ТС - техническое состояние

ТУ — технические условия

ЦВМ - центрально-вычислительная машина

ЧЭ - чувствительный элемент

Введение к работе:

Современные инерциальные навигационные системы (ИНС) являются сложными и дорогостоящими техническими изделиями. Эффективность их использования во многом определяется качеством, которое формируется в процессе проектирования, реализуется при изготовлении и поддерживается на этапе эксплуатации. Современные ИНС позволяют определять параметры навигации и ориентации высокоманевренных ЛА в цифровом виде и представляют собой сложные измерительные системы, включающие блоки гироскопов и акселерометров, а также бортовой вычислитель, выполняющий обработку информации.

Для своевременного обнаружения и локализации нарушений, как в производственных условиях, так и в эксплуатации возникает необходимость совершенствования систем контроля и диагностирования ИНС, направленных на повышение уровня их надежности и сокращение материальных, людских и временных затрат. Возможность решения указанной задачи связана, прежде всего, с использованием современных методов комплексной обработки информации, а также математических моделей и статистических данных для повышения достоверности обнаружения и локализации отказов.

Стендовые испытания ИНС являются заключительным и наиболее важным этапом их серийного производства. При этом контроль и диагностирование систем проводится традиционными методами, основанными на моделях дефектов сигнального типа. Внедрение новых информационных и компьютерных технологий в практику авиационного приборостроения требует адекватного развития методов стендового контроля и диагностирования модернизируемых ИНС. Такие возможности связываются с разработками систем контроля и диагностирования, направленными на использование современных методов комплексной обработки информации, а также математических моделей и статистических данных для повышения достоверности обнаружения и локализации отказов.

В современной практике информационная часть диагностирования авиационной техники (AT), т.е. анализ и обработка стендовой информации, принятие решения о техническом состоянии изделий, в том числе и в производстве ИНС реализуется человеком-оператором. По результатам сравнительного анализа полученных измерений с заданными предельными диапазонами изменения контролируемых параметров оценивается состояние ИНС .

Современное состояние вопроса систем автоматизированного контроля и диагностирования ИНС, а также реализация совершенствования их алгоритмического обеспечения изложены в трудах российских и зарубежных ученых [3, 4, 6, 7, 17, 20, 28, 37, 48, 77, 82] Бабича О.А., Гришина Ю.П., Казари-нова Ю.М, Дмитриева СП, Колесова Н.В., Осипова А.В., Казакова И.Е., Артемьева В.М., Пешехонова В.Г., Потапова М.Д., Мироновского Л.А., Черно-дарова А.В., Бородкина Л.И, Зеновича А.Е., Миронова М.А., и др. Базовым в этом вопросе остается подход, основанный на обнаружении изменения свойств (разладки) ИНС как сложной динамической системы.

Применение автоматизированных систем контроля (АСК) ИНС обеспечивает повышение достоверности процессов передачи и обработки данных в информационно-управляющих системах. Анализ результатов функционирования АСК создает необходимые условия для совершенствования самого объекта контроля, т.е. уточнения его структуры и параметров, перестройки технологии производства, выбора оптимальных режимов работы и др.

Несмотря на переход к компьютерно-управляемым цифровым системам, остается проблема автоматизации сбора, хранения и обработки диагностической информации. В связи с этим актуальной является разработка концепции построения оболочки программного комплекса. Это связано со спецификой данных, получаемых в системах автоматизации испытаний, а также с применением различных типов систем управления базами данных. Проблемной остается задача объединения имеющихся заводских программных продуктов в единую структуру на базе информационного комплекса автоматизации диагностирования ИНС.

Актуальность темы диссертационной работы определяется необходимостью повышения эффективности обнаружения и локализации отказов ИНС на основе применения новых подходов к функциональному контролю и диагностированию на этапе производственных испытаний. Это предполагает разработку и исследование моделей, адекватно отражающих функционирование ИНС, и являющихся базовой основой алгоритмов стендовых систем диагностирования. Получаемая информация может быть использована инженерно-техническим составом для поддержки принятия технологических и управленческих решений для совершенствования стендовых испытаний ИНС, их доводки, а также обеспечения перехода на эксплуатацию по техническому состоянию.

Целью работы является разработка и исследование информационной системы автоматизированного диагностирования ИНС с целью повышения его достоверности, оперативности и глубины в процессе стендовых испытаний на основе совершенствования математических моделей ошибок, алгоритмов обнаружения и локализации нарушений, а также информационной поддержки технологических процессов.

Задачи исследования.

В соответствии с поставленной целью решалась задача параметрической локализации причин разладки, обнаруженной в процессе функционального контроля ИНС с помощью схемы наблюдения калмановского типа. Предлагаемая технология решения данной задачи включает следующие этапы:

разработка базовой математической модели ИНС как объекта контроля и диагностирования;

адаптация базовой системы уравнений ИНС к возможным нарушениям и дефектам в процессе стендовой отработки и построение на этой основе расширенного вектора состояния ИНС;

разработка программно-математического комплекса, реализующего автоматизированный сбор и обработку информации по результатам стендовых испытаний;

исследование эффективности функционирования разработанных алгоритмов оценивания технического состояния и диагностирования ИНС на математической модели и в процессе стендовых испытаний. Методы исследованя. Выполненные в работе теоретические и экспериментальные исследования базируются на применении теории фильтрации и оценивания параметров состояния нелинейных динамических систем, теории оптимального сглаживания экспериментальных данных, теории решений, методов математической статистики и имитационного моделирования стохастических систем.

Научная новизна работы состоит в разработке структуры системы контроля и диагностирования ИНС в процессе стендовых испытаний, позволяющей оценивать техническое состояние на основе обработки наблюдений, как в реальном времени, так и после проведения испытаний.

Практическая ценность работы определяется прикладным характером проведенных исследований, направленных на расширение возможностей штатных систем контроля и диагностирования ИНС на основе модернизации их алгоритмического и программно-аппаратного обеспечения с применением современных компьютерных технологий. Разработанные методы, алгоритмы и программные продукты для серийно выпускаемых ИНС внедряются в ОАО «Раменский приборостроительный завод». Их применение позволяет не только автоматизировать процесс диагностирования современных ИНС, но и снижает продолжительность, трудоемкость и энергоемкость технологического цикла испытаний.

Достоверность полученных результатов подтверждается:

применением фундаментальных положений, справедливость которых доказана ранее и проверена практикой, неоднократно апробированных методик и математических моделей, а также сходимостью результатов аналитических исследований, математического и полунатурного моделирования;

проведением исследований на моделях, которые достаточно полно и адекватно отражают совокупность факторов, влияющих на моделируемый процесс.

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих научно-технических конференциях и семинарах:

Международная конференция XI-th International Conference, "Knowledge - Dialogue - Solution", Bulgaria, 2005.

Международная научная конференция «Гагаринские чтения», 2003-2005.

Всероссийская научно-техническая конференция "Новые материалы и технологии", 2004-2005.

Публикации. Результаты диссертационной работы опубликованы в следующих печатных трудах:

Прокошев И.В., Суминов В.М., Чернодаров А.В. Автоматизация диагностирования ИНС при стендовых испытаниях// Приборы, 2005, №12, с. 15-21.

Прокошев И.В., Суминов В.М. Технология диагностической идентификации технического состояния ИНС при стендовой отработке и эксплуатации// Технологии Приборостроения, 2005, №4, с.42-49.

I.V. Prokoshev, V.M. Suminov Diagnostics of inertial navigation system during bench tests, ХІ-th International, Conference "Knowledge-Dialogue-Solution", Varna, Bulgaria. 2005. V.2. Sofia: FOI-COMMERCE. 2005. - P.400-404.

Прокошев И.В. Разработка системы диагностирования инерциаль-ных навигационных систем// Научные труды «МАТИ», 2005, с. 148-153.

Прокошев И.В. Информационно-аналитический комплекс программ технической диагностики инерциальных навигационных систем// Тезисы докладов Всероссийской научно-технической конференции "Новые Материалы и технологии", 2004, с. 102-103.

Прокошев И.В. Информационная система анализа технического состояния инерциальных навигационных систем// Тезисы докладов XXXI Межд. науч. конф. «Гагаринские чтения», 2005, с.62-63.

Прокошев И.В. Информационно-аналитическая система диагностики и прогнозирования технического состояния инерциальных навигационных систем// Тезисы докладов XXX Межд. науч. конф. «Гагаринские чтения», 2004, с. 93-94.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 111 наименований и приложе-

ний. Материал изложен на 198 страницах, иллюстрированных 31 рисунком и

таблицами.

Во введении кратко рассмотрены актуальность и практическая ценность работы. Сформулированы цель работы, задачи и методы исследования, научная новизна, результаты апробации и внедрения данной работы. Приведена структура диссертации и краткое содержание основных разделов.

В первой главе обосновывается актуальность совершенствования систем контроля и диагностирования ИНС. Проводится анализ задач диагностирования в современных навигационных системах как отечественных, так и зарубежных разработчиков и перспектив их модернизации.

Проведенный анализ существующих методов диагностирования показывает, что их информационное и алгоритмическое обеспечение не отвечает требованиям, предъявляемым к достоверности, глубине и оперативности оценки технического состояния ИНС. Используемые в настоящее время системы стендового диагностирования ИНС выполняют только допусковый контроль, что не позволяет локализовать причины отклонений с выявлением неисправного чувствительного элемента - гироскопа или акселерометра. Кроме того, такие системы, как правило, ориентированы на оценку параметров, доступных прямому наблюдению (координаты, скорости). Это существенно ограничивает полноту оценивания характеристик подсистем и их влияние на эффективность функционирования ИНС в целом.

В настоящее время считается перспективным применение аппарата оптимальной фильтрации Калмана (ОФК) как ядра системы контроля и оценивания технического состояния ИНС. Показано, что наиболее эффективные подходы к оценке состояния ИНС связаны с обработкой «обновляющей последовательности» (невязок) ОФК.

Проведенный анализ позволил сформулировать основные задачи исследования.

Вторая глава посвящена анализу возможных схем построения системы функционального контроля и диагностирования ИНС, а также разработке ма-

тематической модели ошибок ИНС в пространстве параметров состояния и наблюдений.

Разработанная математическая модель корректируемой ИНС опирается на технологию последовательной обработки сигналов наблюдений, которая позволяет выполнять поканальный контроль ИНС при стендовой отработке. Кроме того, предлагаемая схема обработки таких сигналов позволяет увеличить глубину диагностирования ИНС на основе применения процедур декомпозиции моделей.

В третьей главе разработаны алгоритмы диагностирования ИНС на основе применения расширенной модели ошибок. Предложен подход к повышению достоверности диагностирования ИНС, основанный на комплексиро-вании процедур фильтрации, а также применении комбинированного крите-рия согласия % /S .

В четвертой главе представлены основные результаты проведенных исследований и экспериментов.

Проведен анализ технологии стендовых испытаний типовой платформенной ИНС, как процедуры штатного контроля и диагностирования и обоснована необходимость ее модернизации на основе алгоритмов, базирующихся на аппарате калмановской фильтрации.

Разработана методика математической отработки алгоритмов оценивания состояния и диагностирования ИНС, позволяющая исследовать влияние реальных условий испытаний на эффективность функционирования предлагаемых алгоритмов. Приведены экспериментальные исследования алгоритмов диагностирования на математической модели и результаты стендовой отработки этих алгоритмов при исправном состоянии и наличии отказов.

Пятая глава посвящена методам повышения эффективности функционального контроля и параметрической идентификации ИНС.

Разработана обобщенная структура алгоритмов идентификации, позволяющих настраивать параметры моделей ошибок чувствительных элементов в процессе стендовых испытаний и эксплуатации по их техническому состоянию. Разработанные методы могут быть использованы для перенастрой-

ки модели ошибок РТНС с учетом текущего состояния датчиков первичной информации.

Показаны особенности разработки системы информационной поддержки функционального контроля и диагностирования ИНС-2000 на этапе стендовых испытаний.

Подобные работы
Ширяева Наталья Алексеевна
Исследование гетероструктур и разработка технологии изготовления лазерных излучателей для волоконно-оптических систем
Микаева Светлана Анатольевна
Разработка и исследование технологии производства компактных люминесцентных ламп информационно-измерительных приборов и систем
Костенко Кирилл Николаевич
Исследование и разработка конструкции и технологии изготовления интегрально-оптических демультиплексоров для информационно-измерительных приборов и систем
Магдиев Ринат Рауфович
Исследование и разработка методики проектирования автоматизированной сборки электронных узлов в приборостроении
Алтухов Андрей Александрович
Разработка и исследование физико-технологических принципов создания микроэлектронных устройств на основе планарных многослойных гетероэпитаксиальных структур Si, CaF2 и CoSi2, сформированных методом молекулярно-лучевой эпитаксии
Лепе Сергей Николаевич
Разработка и исследование метода калибровки избыточных измерителей ускорения с целью повышения точности БИНС
Вощенко Татьяна Карповна
Исследование и разработка методов модификации поверхности оптических материалов ионной и ионно-химической обработкой
Сисюков Артем Николаевич
Разработка и исследование методов информационного обеспечения ЭС САПР ТП механической обработки деталей
Шитько Юрий Михайлович
Разработка и исследование бункерных устройств для автоматизации процессов захвата из россыпи и последующей транспортировки малогабаритных штучных объектов произвольной формы и размеров
Бобцова Светлана Владимировна
Исследование и разработка методов использования технологий быстрого прототипирования в приборостроении

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net