Повна версія

Головна arrow Техніка arrow СИСТЕМИ АВТОМАТИЧНОГО УПРАВЛІННЯ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   ЗМІСТ   >>

КРИТЕРІЇ ОЦІНКИ ЕФЕКТИВНОСТІ ТА НАДІЙНОСТІ БУВК ЯК СКЛАДНИХ СИСТЕМ

Сучасні БУВК проектуються як системи, що містять кілька бортових цифрових обчислювальних машин (БЦВМ), які можуть працювати як в режимі незалежного вирішення різних завдань, так і в режимі резервування. При цьому при справності всіх БЦВМ системи вирішується максимальний обсяг завдань, а при виникненні відмови будь-якої БЦВМ рішення її завдань переходить кдругу БЦВМ, що знаходиться в резерві.

Якщо відмови виникли в кількох БЦВМ і всі резервні БЦВМ переведені в робочий режим, то виникає проблема - що робити при виникненні ще одного відмови.

У цій ситуації в межах обмежень на масу і обсяги бортової апаратури і її вартості можна вводити більше резервних БЦВМ, щоб з запасом забезпечити необхідну (задану в ТЗ) ймовірність безвідмовної роботи БУВК протягом усього часу роботи САУ. Для САУ PH цей час від старту до моменту виведення (доставки) корисного навантаження в задану точку.

Як правило, в ТЗ на САУ задається величина ймовірності виконання цього завдання з певною точністю. Зазвичай задається розподіл усіх відхилення від траєкторії на момент завершення роботи. Ймовірність виконання завдання включає в себе дві складові, одна з яких - це алгоритмічна ймовірність виконання заданої точності за умови справної роботи апаратури САУ від моменту старту Ц 0 ) до моменту відділення корисного навантаження (ф.

Для збільшення ймовірності виконання завдання необхідно прагнути збільшити ймовірність безвідмовної роботи всіх підсистем, в тому числі БУВК.

На практиці ця проблема вирішується комплексом заходів. Основні принципи забезпечення надійності БУВК в порядку важливості (вагомості) можна представити у вигляді піраміди (рис. 6.1).

Частина 1. Створення CAV

Заходи забезпечення надійності

Мал. 6.1. Заходи забезпечення надійності

Перший рівень (пріоритет) - простота технічних рішень. Як правило, це використання технічних рішень, орієнтованих на використання у виробництві технологій, заснованих на базових відпрацьованих конструкторських і схемотехнічних рішеннях. У підсумку це культура проектування, зокрема використання відпрацьованих методик розрахунку.

Другий пріоритет має застосування надійних ПКІ, при цьому необхідно скоротити номенклатуру ПКІ, наприклад типів інтегральних мікросхем, а також скоротити кількість підприємств-постачальників, так як доцільно сконцентрувати на обмеженому числі підприємств-виробників Ері не тільки технологічні та інтелектуальні ресурси розробників, але і фінансові ресурси .

Третій пріоритет - це повнота відпрацювання КД, як на моделях, так і на досвідчених і експериментальних зразках приладів САУ. У зв'язку з цим велику вагомість має рівень культури виробництва, т. Е. Застосування відпрацьованих технологічних процесів, що мають максимальну ступінь автоматизації.

Четвертий пріоритет має безперервна робота по забезпеченню якості в процесі виробництва, для чого кожен

j Проектування апаратури систем автоматичного управління

I_ для роботи в екстремальних условіях_I

відмова аналізується комісією, що складається з представників виробництва, розробників КД і технічного контролю. Результатом роботи комісії є вироблення практичних рекомендацій (заходів) щодо виключення даного виду відмови (дефекту) в подальшому.

Таким чином, протягом усього часу виготовлення даного виду апаратури САУ йде безперервна робота по забезпеченню якості продукції, що виготовляється РЕА, т. Е. В кінцевому підсумку - робота по забезпеченню надійності САУ в експлуатації.

Виконання цих основних принципів є базою для забезпечення надійності і тільки при їх неухильне виконання можна переходити до вирішення завдань підвищення надійності шляхом введення надмірності, т. Е. Резервування різного виду.

Питання раціонального резервування досить складні в зв'язку зі складністю самої САУ і її центральної ланки - БУВК.

Основною проблемою при вирішенні завдання резервування є специфіка САУ виробів РКТ, для яких характерні дуже жорсткі обмеження на масу, габарити і енергоспоживання апаратури. Очевидно, що введення будь-якого виду резервування суперечить вимозі мінімізації маси, габаритів і енергоспоживання. У зв'язку з цим вкрай спірним є теза, колись користувався популярністю в середовищі теоретиків в частині методів підвищення надійності, а саме: «за рахунок резервування можна отримати як завгодно високий рівень надійності».

Необхідно мати на увазі, що недотримання основних принципів ( «піраміди») призведе до того, що при резервуванні просто зросте сумарний потік відмов, так як до відмов основних компонентів додадуться відмови резервних. З огляду на, що підключення резерву, як правило, вимагає фізичних (електричних) зв'язків основної і резервної апаратури, виникає серйозна проблема нерозповсюдження несправностей від резервних блоків до основних. питанням

Частина 1. Створення CAV

оптимізації резервування приділено значну увагу і існує досить велика література. З усіх джерел доцільно відзначити монографію [10].

З огляду на специфіку функціонального призначення САУ, а саме імовірнісний характер цільової функції системи - забезпечення виведення корисного навантаження в заданий район з певною заданою вірогідністю (В) досягнення точності виведення, для вибору оптимального варіанту побудови БУВК можна використовувати технічну ефективність - як ймовірність виконання завдання системою в цілому [II, 12]. Ця ймовірність В визначається твором ймовірностей безвідмовної роботи апаратури Р (t) і алгоритмічної ефективності Е (г |) як ймовірності виконання завдання системою за умови безвідмовної роботи апаратури.

де Р (t) - ймовірність безвідмовної роботи апаратури САУ;

Е (г |) - алгоритмічна ймовірність виконання завдання за умови безвідмовної роботи апаратури.

На значення? (Г |) впливають точності характеристики датчиків (наприклад, інерційної підсистеми), алгоритмічні (методичні) похибки алгоритмів управління, обчислювальні помилки при вирішенні задач в БУВК. Впливають також зовнішні чинники, наприклад кліматичні умови на різних ділянках траєкторії як активного, так і пасивного ділянок польоту.

Імовірність безвідмовної роботи апаратури Р (t) є досить самостійною і враховується в оцінці загальної ймовірності виконання завдання.

Як уже зазначалося, прагнення максимізувати P (i) може виявитися нераціональним, оскільки апаратурні ресурси в ряді випадків доцільно спрямувати не на збільшення кратності резервування, а на збільшення величини компоненти? (T |), наприклад шляхом збільшення складу або складності вирішуваних завдань за рахунок введення підсистем корекції

Проектування апаратури систем автоматичного управління

_ Для роботи в екстремальних условіях_

параметрів руху (підсистем супутникової і оптичної корекції, підсистеми корекції з геофізичних полів і т. п.).

Введення функціональних підсистем і відповідно завдань уточнення параметрів руху вимагає збільшення обчислювальної потужності БУВК, на обчислювачі якого покладається рішення не тільки основних завдань з управління рухом, а й завдань підвищення точностних характеристик. Вибір оптимального варіанта вимагає рішення задачі оптимізації розподілу вводяться апаратурних ресурсів, т. Е. Вибору шляху, куди доцільніше спрямувати додаткове обладнання - на підвищення Р (г) за рахунок збільшення кратності резервування або на підвищення точностних характеристик за рахунок вирішення додаткових завдань і збільшення значення функції Е (ц).

Питання оптимального розподілу ресурсів розглянемо на прикладі багатомашинного БУВК, що містить в своєму складі кілька ідентичних обчислювачів (бортових обчислювальних машин).

В сучасних САУ завдання, які вирішуються БУВК, можна розбити на два рівня:

  • 1) Завдання абсолютної важливості - це завдання стабілізації і навігації, невиконання яких означає повне невиконання САУ своїх цільових функцій, так як призводить до втрати керування пристрою і ні про яку точність не може бути мови.
  • 2) Завдання відносної важливості, рішення кожної з яких підвищує ймовірність виконання цільової завдання, а саме - ймовірності доставки корисного навантаження з необхідною точністю, т. Е. Рішення задач відносної важливості підвищує точності характеристики роботи САУ.

Таким чином, Е (ц) - векторна функція, що залежить від складу вирішуваних завдань абсолютної і відносної важливості. Введемо позначення вагомості завдань:

г | п - завдання абсолютної важливості;

Частина 1. Створення CAV

rip r | 2 , г | 3 , ... г) п - завдання відносної важливості, де г |. - відносний внесок кожного завдання в підвищення ймовірності виконання завдання.

При розподілі завдань доцільно з найбільшою надійністю вирішувати завдання абсолютної важливості (т. Е. Г | 0 ), невиконання цих завдань, як вже було зазначено, призводить до втрати об'єктом управління. Таким чином, при знятті з рішення задач абсолютної важливості г | () Вектор Е (г |.) = О і, отже, цільова функція В = P (t)? Е (г |.) = 0.

Для вирішення додаткових завдань Г |., Що підвищують ймовірність виконання завдання (т. Е. Підвищують точність виведення), необхідно збільшувати продуктивність БУВК, для чого в його склад додають додаткові обчислювальні машини (модулі).

Сучасні БУВК САУ PH будуються по магістральної-модульним принципом, коли до загальної магістралі підключається необхідну кількість обчислювальних модулів (ВМ) або модулів каналів обміну (МКО). На рис. 6.2 приведена структурна схема БУВК.

Структура магістральної-модульного БУВК

Мал. 6.2. Структура магістральної-модульного БУВК

j Проектування апаратури систем автоматичного управління I_ для роботи в екстремальних условіях_I

Управління взаємодією модулів між собою і контроль їх справності здійснює центральний модуль управління (ЦМП) або, як його зазвичай називають, системний модуль (СМ), який являє собою обчислювальну машину, апаратурні витрати якої мінімізовані для забезпечення надійності, наприклад розрядність зменшена до 16 ( замість 32-розрядної шкали ВМ, від яких потрібні високоточні обчислення). СМ вирішує, як правило, завдання логічного характеру і від нього не вимагається високої продуктивності при вирішенні функціональних завдань управління, тому в ряді випадків для підвищення надійності його реалізують як обчислювач з мажорітаціей на рівні блоків процесор - пристрій - блок управління магістраллю [13].

СМ управляє трикратно резервованої магістраллю, до якої через свої пристрої зв'язку з магістраллю (УСМ) підключені інші модулі ВМ і МКО.

Кількість ВМ визначається необхідною продуктивністю і ступенем резервування. Кількість МКО визначається складом периферійних підсистем, при цьому МКО, що працюють на один напрямок, як правило, дублюють.

Описана структура БУВК дозволяє в межах заданих обмежень на його масу, габарити і енергоспоживання включати (перерозподіляти) в процесі роботи залежно від складу завдань на кожній ділянці польоту необхідну кількість модулів, що працюють або в режимі паралельного рахунку функціональних завдань, або в режимі резервного рахунку.

З метою максимізації цільової функції У = Р (t) • Е (г |) необхідно раціонально призначати в процесі роботи ВМ або в режим паралельного рахунку з метою підвищення алгоритмічної ефективності Е (х), або в режим резервного рахунку з метою підвищення надійності, т . е. величини P (t).

Через можливі відмов ВМ в процесі роботи виникає завдання динамічно знаходити оптимальний розподіл ресурсів для кожної ділянки польоту і кожного стану ис 48

Частина 1. Створення CAV

правності ВМ. Очевидно, що це завдання не може бути вирішена заздалегідь перед початком роботи САУ, так як потік відмов ВМ носить випадковий характер і завдання динамічного розподілу ресурсів можна вирішити тільки в польоті. Показано, що задача оптимального розподілу ресурсів може бути вирішена на борту в СМ за допомогою модифікації методу динамічного програмування [14].

Таким чином, сучасні БУВК - це складні системи, динамічно Реконфігуровані в процесі польоту, з гнучкою структурою, але з фіксованим складом певних модулів і зв'язками між ними.

БУВК - це складна система з гнучкою архітектурою, розподіл завдань і резерву в якій на кожен момент польоту заздалегідь невідомо. Ця гнучкість архітектури дозволяє, на відміну від відомих способів підвищення надійності шляхом резервування, вирішити задачу максимізації технічної ефективності БУВК, яка визначається через ймовірність виконання завдання САУ, а не вирішувати приватну задачу підвищення надійності апаратури тієї чи іншої підсистеми САУ.

Таким чином, при оцінці якості розроблюваної обчислювальної системи доцільно від приватних критеріїв (таких як швидкодія, ємність запам'ятовуючих пристроїв, енергоспоживання, маса і габарити) перейти до комплексного показника - оцінці якості через критерій верхнього рівня, а саме ймовірності виконання завдання САУ, а приватні критерії перевести в ранг обмежень.

Перелік питань лля самоконтролю

  • 1. Чому використання критерію технічної ефективності переважніше оцінки якості БУВК за частковими критеріями надійності?
  • 2. Які основні складові критерію технічної ефективності?
  • 3. В чому полягає складність вирішення задачі оптимізації технічної ефективності БУВК в процесі польоту? j Проектування апаратури систем автоматичного управління I_ для роботи в екстремальних условіях_I
  • 4. Чи можливо, на Вашу думку, створення надійної апаратури з ненадійних елементів застосуванням резервування?
  • 5. Яка роль культури виробництва в забезпеченні якості та надійності продукції, що виготовляється апаратури?
  • 6. У чому відмінність оцінки надійності за ймовірністю безвідмовної роботи і за ймовірністю відмови на заданому інтервалі роботи?
  • 7. Як визначається кратність резервування?
  • 8. У яких випадках застосування ковзаючого резервування виправдано?
  • 9. Яка роль надійності ПКІ при виготовленні апаратури?
  • 10. Якими методами забезпечується висока культура виробництва?
  • 11. Як, на Вашу думку, переважно порівнювати надійність варіантів підвищення надійності (по відношенню ймовірностей безвідмовної роботи або ймовірностей відмови на заданому інтервалі роботи)?
 
<<   ЗМІСТ   >>