RU2016105578A - Способ формирования отказоустойчивой комплексной системы управления (КСУ) и отказоустойчивая КСУ - Google Patents

Claims (18)

1. Способ формирования отказоустойчивой комплексной системы управления (КСУ), при котором вычислительные операции выполняют с резервированным процессорным определением локальных сигналов управления, в зависимости от сигналов сенсоров, вводимых летчиком команд, передают данные по разветвленной сети линий передачи данных, осуществляют согласование управляющих сигналов и направляют их к исполнительным механизмам, в процессе функционирования непрерывно осуществляют контроль работы с целью выявления отказавших элементов и исключения их из структуры вычислительной системы, отличающийся тем, что дополнительно объединяют вычислительные средства КСУ в распределенную вычислительную сеть, содержащую реконфигурируемое ядро КСУ, обеспечивающую реализацию всего множества предписанных КСУ ЛА функций в различных режимах применения на основе дистанционного управления исполнительными механизмами, посредством которого осуществляют управление ЛА с одного или с двух постов управления летчика, в зависимости от типа ЛА, через встроенные в посты управления резервированные датчики положения ручки (ДПР) управления с выполнением вычислительных операций и с согласованием входных данных и вычисленных управляющих сигналов в резервированных вычислителях управления СДУ (ВУ СДУ), посредством обмена данными между резервами ВУ СДУ по линиям связи, с последующей передачей вычисленных сигналов управления по разветвленной сети линий передачи данных к исполнительным механизмам приводов с индивидуальными и резервированными для исполнительных механизмов и соответствующими им цифровыми блоками управления приводов (БУП), причем отказоустойчивость системе обеспечивают программно-алгоритмические модули кворумирования и реконфигурации (МКР) в каждом резерве вычислителей каждого канала входного и выходного сечения сигналов управления, датчиков и исполнительных механизмов, работающие по мажоритарной логике, которые осуществляют проверку исправности резервированных каналов управления, датчиков, резервов вычислителей и исполнительных механизмов путем определения разности сигналов резервов вычислителей одного сечения каждого канала между собой, посредством вычисления и сравнения разностей сигналов с назначенным порогом, что позволяет определить неисправный канал управления, датчик, модуль вычислителя и исполнительного механизма, после чего осуществляют автоматическую реконфигурацию структуры КСУ, при этом для функционирования КСУ ЛА предусматривают три режима работы - основной режим, упрощенный (альтернативный) режим и аварийный (резервный) режим, по результатам проверки исправности КСУ автоматически производят реконфигурацию структуры блоков вычисления и управления и распределенной вычислительной сети КСУ и выбирают один из трех режимов управления с выдачей сигнала на индикатор режимов работы КСУ ЛА, если все вычислители всех сечений каналов управления системы исправны и в КСУ поступает вся необходимая информация из КБО, то КСУ работает в основном режиме с максимальной функциональной конфигурацией, в котором задействованы все основные функциональные элементы КСУ и комплекса бортового оборудования (КБО), при отказах во взаимодействующих системах КБО, либо при нарушении связей с КБО, либо при числе вычислителей в каждом контрольном сечении не менее 3-х или при возникновении более 2-х последовательных отказов в разноименных контрольных сечениях вычислительного тракта любого из каналов управления происходит автоматическое архитектурное преобразование (реконфигурация) блоков системы и переход к альтернативному (упрощенному) режиму управления, при котором задействованы все функциональные компоненты КСУ без взаимодействия с КБО, в этом случае возможно продолжение полета в ситуации не хуже усложнения условий полета, используют режимы демпфирования и стабилизации крена и тангажа по сигналам интегрального блока датчиков (ИБД) в помощь летчику, для ручного управления углы крена и тангажа вычисляют в блоке резервной навигации (БРН) с адаптивной коррекцией от акселерометров в вычислителе ручного управления ВУ СДУ, после второго отказа резервированных каналов управления, датчиков, резервов вычислителей и исполнительных механизмов в каком-либо одном контрольном сечении тракта формирования и передачи сигналов в любом из каналов управления на уровне СДУ, КСУ автоматически переходит в резервный (аварийный) режим управления, в котором сохраняются только напрямую передаваемые к приводам сигналы с рычагов управления ЛА летчиком, в каждом из режимов вычисляют управляющие, предупреждающие (информирующие) сигналы и ограничительные сигналы в соответствии с логикой и алгоритмами управления в выбранном режиме, получают и обрабатывают сигналы обратной связи от исполнительных приводов после отработки команд управления.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для беспилотных ЛА (БЛА) в качестве управляющих сигналов используют радиосигналы от наземного пункта управления, соответствующие параметрам полета ЛА, обработку которых осуществляют посредством вычислительных средств КСУ.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что для повышения живучести КСУ, три или более резервов вычислителей системы разделяют на шкафы-крейты, которые пространственно рассредоточивают на борту ЛА, причем, в зависимости от типа и особенностей ЛА, используют соответствующую конфигурацию схемы соединения ВУ СДУ основного режима работы КСУ.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что ВУ СДУ включают по схеме две «триады», разнесенные на два шкафа-крейта по левому и правому борт у ЛА и объединенные каналами межмашинного обмена (ММО).

5. Способ по п. 3, отличающийся тем, что ВУ СДУ включают по схеме три «двуады», разнесенные на три шкафа-крейта по левому, правому борту и в центральной части ЛА и объединенные каналами ММО.

6. Способ по п. 3, отличающийся тем, что ВУ СДУ включают по схеме три «двуады» резервов вычислителей, объединенных по полносвязанной схеме.

7. Способ по п. 3, отличающийся тем, что ВУ СДУ включают по схеме одна «двуада» и одна «триада» резервов вычислителей, разделенных на шкафы-крейты, разнесенные по правому и левому борту ЛА и объединенные каналами ММО.

8. Способ по п. 3, отличающийся тем, что ВУ СДУ включают по схеме две «двуады» резервов вычислителей, разделенных на шкафы-крейты, разнесенные по правому и левому борту ЛА и объединенные каналами ММО по полносвязной схеме.

9. Способ по п. 3, отличающийся тем, что ВУ СДУ включают по схеме, в которой каждому из трех и более вычислителей резервов, объединенных по каналам ММО либо по полносвязной схеме, выделяют свой шкаф-крейт и разносят их по борту ЛА.

10. Отказоустойчивая КСУ, содержащая в каждом канале управления органы управления, кинематически связанные с датчиками ДПР, электрически связанными с резервированными вычислительными устройствами, которые связаны с КБО и оконечными исполнительными устройствами, выходы которых подключены к указанным вычислителям, резервированные внутренние и внешние шины информационного обмена, мажоритарные элементы и реконфигураторы вычислительных устройств по количеству резервных каналов, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит на каждом посту управления летчика четырехкратно резервированные в каждом канале управления ДПР, пульт управления (ПУ), двух и более кратно резервированную вычислительную систему САУ (ВС САУ), четырехкратно и более кратно резервированное ВУ СДУ, трех или четырехкратно резервированный ИБД, трех или четырехкратно резервированный блок БРН, группу из четырехкратно резервированных БУП, количество групп БУП определяется количеством рулевых аэродинамических поверхностей и их секций, трех, четырех или более кратно резервированные программно-алгоритмические МКР сигналов управления, датчиков, резервов вычислителей и исполнительных механизмов входного и выходного сечения по мажоритарной логике, четырехкратно резервированные в каждом канале (крена, тангажа и рыскания) ДПР постов управления летчика подключены к входам трех, четырехкратно и более кратно резервированных ВУ СДУ, которые соединены между собой и с ВС САУ и соединены с выходами ИБД и БРН, соответственно, входы резервированных БУП соединены с соответствующими выходами ВУ СДУ, а выходы БУП подключены к входам соответствующих электромеханических или электрогидравлических приводов, трех или четырехкратно резервированные БРН соединены с соответствующими выходами резервированного ИБД, входы ВС САУ соединены с выходами КБО и ПУ, в зависимости от требований к КСУ, используемых на различных типах ЛА.

11. Система по п. 10, отличающаяся тем, что для беспилотных летательных аппаратов она содержит приемник радиосигналов от наземного пункта управления, соответствующих параметрам полета ЛА, обработку которых осуществляют посредством вычислительных средств КСУ.

12. Система по п. 10 или 11, отличающаяся тем, что, с целью повышения живучести КСУ, три или более резервов ВУ СДУ размещены в шкафах-крейтах, которые пространственно рассредоточены на борту ЛА и соединены по соответствующей схеме.

13. Система по п. 12, отличающаяся тем, что она содержит функциональные модули ВУ СДУ, шестикратно резервированные и соединенные по схеме две «триады», размещенные в двух шкафах-крейтах, разнесенных по левому и правому бортам ЛА и объединенных каналами ММО.

14. Система по п. 12, отличающаяся тем, что она содержит функциональные модули ВУ СДУ, шестикратно резервированные и соединенные по схеме три «двуады», размещенные в трех шкафах-крейтах по левому, правому борту и в центральной части ЛА, объединенных каналами ММО.

15. Система по п. 12, отличающаяся тем, что она содержит функциональные модули ВУ СДУ, соединенные по схеме три «двуады» резервов вычислителей и объединенные по полносвязной схеме.

16. Система по п. 12, отличающаяся тем, что она содержит функциональные модули ВУ СДУ, соединенные по схеме одна «двуада» и одна «триада», размещенные в шкафах-крейтах, разнесенных по правому и левому борту ЛА, и объединенные каналами ММО.

17. Система по п. 12, отличающаяся тем, что она содержит функциональные модули ВУ СДУ, соединенные по схеме две «двуады» и объединенные по полносвязной схеме.

18. Система по п. 12, отличающаяся тем, что она содержит функциональные модули ВУ СДУ, соединенные по схеме, в которой каждый из трех и более резервов вычислителей объединены по каналам ММО либо по полносвязной схеме и размещены в отдельных шкафах-крейтах, разнесенных по борту ЛА.