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
Навигация и управление воздушным движением

Диссертационная работа:

Тран Ван Донг. Предупреждение отказов вычислителей пилотажно-навигационных комплексов самолетов гражданской авиации при использовании бортовых цифровых систем управления : диссертация ... кандидата технических наук : 05.22.13. - Санкт-Петербург, 2005. - 138 с. : ил. РГБ ОД,

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Стр.
ВВЕДЕНИЕ 4

ГЛАВА 1. Анализ отказов элементов бортовых систем самолетов,
эксплуатируемых в "Vietnam Airlines" 12

  1. Анализ интенсивности использования самолетного парка вьетнамской авиакомпании 12

  2. Классификация отказов элементов и агрегатов бортового оборудования 23

  3. Мероприятия по совершенствованию учета и предупреждения отказов 26 Выводы по главе 1 39

ГЛАВА 2. Методы и средства построения отказоустойчивых бортовых
систем управления полетом 40

  1. Методы построения структур отказоустойчивых систем управления 40

  2. Методы и средства повышения надежности вычислителей пилотажно-навигационных комплексов воздушных судов 50

  3. Алгоритмическое обеспечение отказоустойчивости 61 Выводы по главе 2 65

ГЛАВА 3. Предупреждение явных отказов бортового цифрового вы
числителя системы угловой стабилизации 67

  1. Проявление отказов в цифровой управляющей машине 67

  2. Методика формирования цифровых корректирующих законов, уменьшающих влияние отказов на динамику ЦАС 71

  3. Синтез корректирующих законов для систем с минимальным временем установления 75

  4. Синтез корректирующих законов для системы стабилизации крена самолета 82 Выводы по главе 3 87

ГЛАВА 4. Предупреждение неявных отказов вычислителя автомата тя
ги при параметрическом синтезе цифрового закона управления 88

  1. Стабилизация скорости полета самолета с помощью аналогового ПИ-регулятора 88

  2. Параметрический синтез цифрового закона управления автомата тяги 94

4.2.1. Выбор оценки соответствия цифровой и непре
рывной моделей и синтезируемых параметров цифровой
модели 94

4.2.2. Результаты синтеза цифрового закона управления

автомата тяги 98
4.3. Анализ влияния методов численного интегрирования и
дифференцирования на характеристики моделей цифрового

ПИ-регулятора 104

Выводы по главе 4 109

ГЛАВА 5. Предупреждение ошибок в ходе выполнения программы при
реализации цифровых законов управления полетом 110

  1. Микропрограмма работы бортового цифрового вычислителя ПО

  2. Реализация цифровых фильтров в бортовом цифровом вычислителе заданной операционной структуры 113

  3. Синтез устройства управления БЦВ 119 Выводы по главе 5 125

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 126

Список использованной литературы 129

Приложение 137

Введение к работе:

Авиационный транспорт - один из важнейших видов транспорта, осуществляющий перевозки пассажиров, грузов, почты, ведущее звено экономической и социальной инфраструктуры любой страны. Для Вьетнама, занимающего небольшую часть земной суши, авиационный транспорт является фактором нормального функционирования рынка товаров и услуг, развития регионов, межотраслевых и международных связей, удовлетворения транспортных потребностей.

Наличие существенной специфики в работе авиационного транспорта заставляет постоянно искать возможность совершенствования всех входящих в него систем, обеспечивающих его нормальное функционирование. При этом одно из главных направлений связано с автоматизацией процесса управления и в первую очередь это касается бортовых пилотажно-навигационных комплексов (ПНК). Главным звеном такой автоматизации на современном этапе явилось внедрение бортовых цифровых вычислительных машин (БЦВМ), что повлекло за собой создание цифровых ПНК.

Пилотажно-навигационные комплексы представляют собой большие системы значительной сложности. При изучении ПНК их целесообразно разделять на более простые комплексы и подкомплексы, основные из которых навигационный и пилотажный комплексы.

Пилотажный комплекс (ПК) осуществляет стабилизацию центра масс воздушного судна (ВС) на заданной опорной траектории и управление его поворотом вокруг центра масс с обеспечением требуемых пилотажных характеристик и безопасности полета при автоматическом, полуавтоматическом и ручном пилотировании. Часто ПК называют бортовой системой автоматического управления полетом (бортовой САУП).

Навигационный комплекс (НК) определяет траекторию полета центра масс ВС, выдает информацию об отклонении центра масс от программной траектории и информацию о текущем положении центра масс ВС в про-

странстве. В состав НК может входить цифровая или аналоговая вычислительная машина, которая иногда вырабатывает управляющие сигналы в пилотажный комплекс.

Границей между пилотажным и навигационным комплексами служат переключающие устройства, которые отключают сигналы отклонения центра масс ВС от программной траектории, поступающие из НК в ПК на режимах полуавтоматического и автоматического пилотирования.

Все существующие ПНК в зависимости от, используемой элементной базы и принципов формирования управляющих сигналов делят на аналоговые и цифровые. В связи с достижениями вычислительной техники к перспективным ПНК относятся лишь цифровые, в которых можно обеспечить высокую степень стандартизации и унификации оборудования при меньших затратах и массе. В цифровых ПНК можно не только повышать надежность, но и реализовывать принципиально новые электронные способы отображения пилотажно-навигационной информации на цветных мониторах, что позволяет снижать нагрузку на экипаж в полете. Цифровые ПНК разработаны для российских самолетов Ту-204, Ил-96-300, Ту-334, а также для многих зарубежных ВС (современные самолеты фирм Boeing и Airbus).

В диссертационной работе исследования проводятся применительно к пилотажной части комплекса. Успешное выполнение возложенных на САУП задач возможно лишь при надежном ее функционировании. Основным элементом САУП является вычислитель. Поэтому, говоря о надежности всей системы, в первую очередь имеют в виду надежность бортового вычислителя (БВ).

Анализ интенсивности использования самолетного парка вьетнамской авиакомпании "Vietnam airlines" подтвердил актуальность задачи предупреждения отказов БВ и, прежде всего, вычислителей пилотажной части комплекса.

В настоящее время подробно исследованы общие вопросы резервирования автоматических систем и элементов, даны рекомендации по введению

структурной избыточности при проектировании САУЛ, которые могут быть перенесены на САУ других классов. Общность предлагаемых в этих исследованиях подходов заключается в том, что отказы отдельных элементов системы управления не вызывают изменения состояния системы, определяющего динамику ее движения. Принципиально новый подход исходит из предположения о возможности отдельных отказов, влияющих на динамику движения системы, и рассматривает состояние системы с отказом как одно из возможных ее состояний. При этом возрастает роль методов теории управления, обеспечивающих сокращение потерь в качестве управления при режимах с отказами. В настоящей работе исследуются и разрабатываются алгоритмы и структуры, придающие современным системам автоматического управления полетом важное качество устойчивости к отказам в рамках второго подхода.

Цель диссертационной работы состоит в разработке методов и средств построения отказоустойчивых бортовых цифровых САУП при отказах вычислителей данных систем. При этом разработка методов и средств основывается на предлагаемой в работе классификации отказов элементов бортового оборудования и результатах анализа интенсивности использования самолетного парка "Vietnam airlines" вследствие конкретных отказов.

Постановленная цель достигается путем решения следующих основных задач:

  1. Анализа интенсивности использования самолетного парка "Vietnam airlines" в первую очередь вследствие отказов элементов бортового оборудования.

  2. Классификации отказов элементов бортового оборудования на основе признака очевидности (явности) или неочевидности (неявности) для экипажа и способах их учета и предупреждения.

  3. Анализа методов и средств построения отказоустойчивых систем управления вообще и систем управления полетом в частности.

  4. Разработки методов и средств, обеспечивающих толерантность системы к явным отказам вычислителя автопилота.

5. Разработки метода параметрического синтеза цифрового закона
управления автомата тяги.

6. Разработки метода построения логической схемы управляющего ав
томата, являющегося основой устройства управления БЦВМ, исходя из ди
намики системы управления полетом и способа представления передаточной
функции БЦВМ.

Для решения указанных задач в работе использовались методы анализа и синтеза аналоговых и цифровых систем автоматического управления, теории управления движущихся объектов, теории чувствительности систем, теории конечных автоматов, а также методы цифрового моделирования динамических систем.

Научная новизна состоит в следующем:

  1. Формализованным путем показана суть алгоритмических методов обеспечения отказоустойчивости САУП. Выделены две группы методов подобного обеспечения - прямые и адаптивные.

  2. Сформулирована и формализована методика формирования цифровых корректирующих законов, уменьшающих влияние отказов вычислителя на динамику системы управления. Методика апробирована для двух классов систем - с минимальным и конечным временем установления. В качестве последней рассматривается автоматическая система угловой стабилизации самолета.

  1. Разработан метод параметрического синтеза цифрового закона управления на примере автомата тяги. При этом обоснованы: выбор оценки соответствия цифровой и аналоговой моделей, перечень синтезируемых параметров цифровой модели.

  2. Сформулирована и формализована методика синтеза логической схемы конечного автомата, являющегося основой устройства управления БЦВМ, исходя из заданной формы программирования передаточной функции D (z) цифрового БВ и его операционной структуры. Методика базируется на классическом методе синтеза микропрограммных автоматов.

Практическая ценность работы заключается в обоснованных рекомендациях по:

- систематизации мероприятий по учету и предупреждению отказов
элементов бортового оборудования;

- увеличению интенсивности использования самолетного парка
"Vietnam airlines" вследствие предложенных методов и средств построения
отказоустойчивых бортовых систем управления;

- методике синтеза толерантных цифровых законов управления поле
том самолетов гражданской авиации;

- архитектуре отказоустойчивых систем.
На защиту выносятся:

анализ интенсивности использования самолетного парка "Vietnam airlines" вследствие отказов элементов бортового оборудования;

анализ методов и средств построения отказоустойчивых систем управления (в том числе систем управления полетом);

методика и результаты синтеза цифровых корректирующих законов, уменьшающих влияние отказов бортового цифрового вычислителя на динамику системы управления полетом. Полученные результаты позволяют классифицировать отказ вычислителя автопилота, являющийся по сути опасным, как неопасный, и учитывать его в минимальном перечне оборудования (МПО);

методика и результаты параметрического синтеза цифрового закона управления, реализуемого в вычислителе автомата тяги самолета;

методика и результаты синтеза управляющего автомата, положенного в основу работы устройства управления бортового цифрового вычислителя, для обеспечения надежной реализации последовательности выполнения операций при вычислении дискретного закона управления полетом.

Результаты, полученные в диссертационной работе, использованы в деятельности инженерно-авиационной службы "Vietnam airlines" при разработке мероприятий по предупреждению отказов элементов бортового обо-

рудования и увеличению интенсивности использования самолетного парка (акт внедрения, утвержденный вице-президентом "Vietnam airlines" в январе 2005 г.). Материалы диссертационной работы используются при изложении курсов "Авиационные приборы и пилотажно-навигационные комплексы", "Бортовые информационно-управляющие системы" на факультете летной эксплуатации и инженерно-техническом факультете Академии гражданской авиации.

Основные результаты научных исследований докладывались и обсуждались на:

- международной научно-технической конференции "Vietnam Airlines
- Boeing", Вьетнам, Ханой, 2002 г.;

-техническом семинаре Vietnam Airlines, Вьетнам, Ханой, 2003 г.;

- Пятой международной научно-технической конференции "Чкалов-
ские чтения", Россия, Егорьевск, 2004 г.;

XII Туполевских чтениях (Международная молодежная научная конференция), Россия, Казань, 2004 г.;

расширенных семинарах кафедры систем автоматизированного управления Академии ГА, Россия, Санкт-Петербург, 2002-2004 гг.

По результатам диссертационных исследований опубликовано 14 печатных работ, в том числе 9 - в российских изданиях, 5 - во вьетнамских.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и приложения. В конце каждой главы делаются выводы. В приложении представлен акт о внедрении результатов работы.

В первой главе проводится анализ интенсивности использования самолетного парка "Vietnam Airlines". Показано, что наблюдаются значительные простои ВС в неисправном состоянии вследствие отказов бортового оборудования. В главе особое внимание отведено анализу отказов элементов ПНК. Здесь же предложена классификация отказов элементов бортового оборудования в зависимости от явности (или неявности) для экипажа. Показаны мероприятия, необходимые для учета и парирования отказов. Отказы

явные и опасные, предусмотренные в соответствующем разделе Руководства по летной эксплуатации (РЛЭ) самолета, целесообразно перевести в неопасные, учитываемые в минимальном перечне оборудования (МПО), позволяющем эксплуатировать ВС даже при наличии отказов. Среди неявных отказов предложено рассматривать те, которые необходимо учесть еще на этапе проектирования. Рассматриваются отказы вычислителей автопилота (АП) и автомата тяги (AT).

Вторая глава посвящена методам и средствам построения отказоустойчивых систем управления вообще и систем управления полетом в частности. Показано, что одним из важнейших направлений теории управления является решение задачи обеспечения отказоустойчивости алгоритмов управления к потере первичной информации, а также в условиях отказа приводов и органов управления. Доказано, что классический подход к решению поставленной задачи, основанный на аппаратурной избыточности, не дает желаемых результатов. Поэтому следующим шагом в развитии отказоустойчивости САУП является синтез законов управления на основе алгоритмических методов обеспечения отказоустойчивости цифровой системы. Поставлена задача синтеза цифровых законов для построения САУП, толерантной к отказам вычислителей, формирующих законы управления полетом самолетов ГА.

Третья глава посвящена разработке методов и средств, обеспечивающих толерантность системы к отказам вычислителя АП. При синтезе соответствующих корректирующих законов обосновано, что отказы БВ приводят к изменению коэффициента передачи Кц БВ. Данное обоснование проведено на основе анализа существующих методов и средств повышения надежности БВ. Особое внимание при анализе уделено алгоритмическим методам обеспечения отказоустойчивости. Синтез цифровых корректирующих законов, уменьшающих влияние Кц на динамику системы управления, осуществляется первоначально для систем с минимальным временем установления. Затем данная методика распространена на систему с конечным временем установ-

ления - систему автоматической стабилизации крена ВС. Формирование корректирующих законов осуществляется на основе функций чувствительности выходного сигнала цифровой системы к Кц и постоянной времени объекта управления. Произведено моделирование системы на ПЭВМ.

В четвертой главе разработана методика параметрического синтеза цифрового закона управления автомата тяги. Обоснован выбор оценки соответствия цифровой и непрерывной моделей и синтезируемых параметров цифровой модели. В качестве аналогового прототипа рассматривается ПИ-регулятор, используемый в существующих вычислителях автоматов тяги. Здесь же произведен анализ влияния методов численного интегрирования и дифференцирования на характеристики модели цифрового ПИ-регулятора. Проведено моделирование системы на ПЭВМ.

В главе пять обосновано, что наибольшую опасность для бортовых цифровых систем управления представляют отказы, нарушающие заданную последовательность выполнения операции. Для борьбы с данной группой отказов в главе предлагается метод, основанный на синтезе управляющего автомата, являющегося основой устройства управления БЦВМ, исходя из способа программирования передаточной функции дискретного бортового вычислителя и его операционной структуры. Основная особенность предлагаемого метода состоит в том, что в основе построения устройства управления заложена динамика системы. Синтез произведен до уровня построения отдельных элементов логической схемы автомата.

В заключении сформулированы основные выводы по работе в целом.

В приложении представлен акт о внедрении результатов исследований.

Подобные работы
Брылев Александр Иванович
Синтез алгоритмов пилотажно-навигационного комплекса на основе критерия безопасности взлета широкофюзеляжного самолета
Сафин Мурад Дильшатович
Навигационное обеспечение воздушных судов в гористой местности с использованием радионавигационных систем с космическим и наземным базированием
Москвин Геннадий Иванович
Повышение эффективности навигационного использования береговых систем управления движением судов
Власов Андрей Юрьевич
Повышение эффективности использования радиолокационных средств в системах УВД
Изгутдинов Марат Сафаргалеевич
Повышение эффективности навигационного обеспечения воздушных судов с использованием комплекса спутниковых и инерциальных навигационных систем
Неретина Вера Валерьевна
Субоптимальное управление сложными техническими системами с использованием дискретных ортогональных многочленов
Подпорин Дмитрий Игоревич
Автоматизация и управление поставками продукции предприятий с использованием распределенной информационной системы
Копылова Мария Андреевна
Социально ориентированное управление комплексом профилактических мер в системе здравоохранения на муниципальном уровне с использованием когнитивного моделирования
Захаров Александр Александрович
Управление качеством учебного процесса профессионального образования на основе комплексных тестовых измерительных систем с использованием экспертных композиций
Свиридков Иван Васильевич
Повышение эффективности использования гибких производственных систем за счет введения в их состав универсального оборудования с ручным и механическим управлением

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