RU2629454C2 - Способ формирования отказоустойчивой комплексной системы управления (КСУ) и отказоустойчивая КСУ - Google Patents
Способ формирования отказоустойчивой комплексной системы управления (КСУ) и отказоустойчивая КСУ Download PDFInfo
- Publication number
- RU2629454C2 RU2629454C2 RU2016105578A RU2016105578A RU2629454C2 RU 2629454 C2 RU2629454 C2 RU 2629454C2 RU 2016105578 A RU2016105578 A RU 2016105578A RU 2016105578 A RU2016105578 A RU 2016105578A RU 2629454 C2 RU2629454 C2 RU 2629454C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- control
- redundant
- aircraft
- ksu
- channels
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 20
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 16
- 230000006870 function Effects 0.000 claims description 10
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 claims description 7
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000013016 damping Methods 0.000 claims description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 3
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 claims description 3
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 claims description 3
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 2
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 claims description 2
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 claims description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 4
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 230000011664 signaling Effects 0.000 description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- RZVHIXYEVGDQDX-UHFFFAOYSA-N 9,10-anthraquinone Chemical compound C1=CC=C2C(=O)C3=CC=CC=C3C(=O)C2=C1 RZVHIXYEVGDQDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102000003979 Mineralocorticoid Receptors Human genes 0.000 description 1
- 108090000375 Mineralocorticoid Receptors Proteins 0.000 description 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000006452 multicomponent reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F11/00—Error detection; Error correction; Monitoring
- G06F11/07—Responding to the occurrence of a fault, e.g. fault tolerance
- G06F11/16—Error detection or correction of the data by redundancy in hardware
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F11/00—Error detection; Error correction; Monitoring
- G06F11/07—Responding to the occurrence of a fault, e.g. fault tolerance
- G06F11/16—Error detection or correction of the data by redundancy in hardware
- G06F11/1608—Error detection by comparing the output signals of redundant hardware
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F11/00—Error detection; Error correction; Monitoring
- G06F11/07—Responding to the occurrence of a fault, e.g. fault tolerance
- G06F11/16—Error detection or correction of the data by redundancy in hardware
- G06F11/1629—Error detection by comparing the output of redundant processing systems
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F11/00—Error detection; Error correction; Monitoring
- G06F11/07—Responding to the occurrence of a fault, e.g. fault tolerance
- G06F11/16—Error detection or correction of the data by redundancy in hardware
- G06F11/1629—Error detection by comparing the output of redundant processing systems
- G06F11/165—Error detection by comparing the output of redundant processing systems with continued operation after detection of the error
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F15/00—Digital computers in general; Data processing equipment in general
- G06F15/16—Combinations of two or more digital computers each having at least an arithmetic unit, a program unit and a register, e.g. for a simultaneous processing of several programs
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
- B64C13/00—Control systems or transmitting systems for actuating flying-control surfaces, lift-increasing flaps, air brakes, or spoilers
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
- G05D1/08—Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Quality & Reliability (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Software Systems (AREA)
- Feedback Control In General (AREA)
- Safety Devices In Control Systems (AREA)
Abstract
Изобретение относится к бортовым вычислительным системам и может быть использовано для построения высоконадежных отказоустойчивых комплексных систем управления (КСУ) полетом летательных аппаратов (ЛА). Техническим результатом является повышение живучести, надежности и отказобезопасности системы. Система содержит на каждом посту управления летчика ручку управления с четырехкратно резервированными датчиками положения ручки (ДПР) по количеству каналов управления (крен, тангаж, рыскание), пульт управления, резервированные вычислители (ВУ) системы автоматического управления, четырехкратно резервированные ВУ системы дистанционного управления, четырехкратно резервированный интегральный блок датчиков, четырехкратно резервированный блок резервной навигации, три четырехкратно резервированных блока управления приводами, приводы, число которых определяется числом рулевых поверхностей ЛА и потребной степенью резервирования. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 6 ил.
Description
Изобретение относится к бортовым вычислительным системам, может быть использовано для построения высоконадежных отказоустойчивых комплексных систем управления (КСУ) полетом летательных аппаратов (ЛА) и входящих в их состав систем дистанционного управления (СДУ) и систем автоматического управления (САУ) ЛА.
Использование КСУ позволяет значительно упростить конструкцию, летную и техническую эксплуатацию системы управления ЛА, а также ее связи с другими системами бортового оборудования. Использование КСУ дает возможность применения более гибких законов управления, обеспечивающих качественно и количественно существенно более высокие характеристики устойчивости, управляемости и маневренности ЛА на всех режимах полета.
В основу предлагаемых способа и устройства положено многократное резервирование каналов информационного обмена, датчиков, вычислителей, средств контроля и исполнительных механизмов. Управление аппаратной и вычислительной избыточностью осуществляется в зависимости от состояния системы программно-алгоритмически и аппаратно. Отметим, что в системах с резервированными вычислителями используются схемы соединения двуады и триады вычислителей. Двуада - это группа из двух соединенных между собой каналами межмашинного обмена (ММО) вычислителей, триада - это группа из трех вычислителей, соединенных между собой каналами ММО.
Известны способ формирования отказоустойчивой вычислительной системы и отказоустойчивая вычислительная система, патент РФ №2439674, МПК 7 G06F 15/16, опубл. 10.01.2012 г., бюл. №1, принятые нами в качестве прототипов.
Согласно известному способу формируют отказоустойчивую вычислительную систему, содержащую N центральных процессоров и N процессоров ввода-вывода в симметричной конфигурации соединения, которые определяют состояние соответствующего средства обработки каналов и обеспечивают передачу его состояния другому средству обработки, определяют запрос на выполнение задания средствами обработки между собой, позволяющий любому одному средству обработки по какому-либо заранее выбранному критерию или по их совокупности выполнять функцию ведущего средства обработки в симметричной конфигурации для текущего управления периферийными и исполнительными устройствами, входы всех средств обработки подсоединяют к общему источнику входных данных, все средства обработки, имеющие идентичные образы памяти программ, синхронно выполняют запрос на задание, а результаты выполнения передают по каналам связи между всеми средствами обработки, в каждом из которых собственные результаты программно сравнивают с результатами остальных по мажоритарному принципу, восстанавливают достоверное значение результата, которое рассылают всем средствам обработки, так что ошибку сбившегося средства обработки парируют в нем достоверным значением, а при следующих подряд повторениях идентичной ошибки неисправное средство обработки переводят в резерв или отключают.
Недостатком известного изобретения является необходимость выделения ведущего средства обработки в симметричной конфигурации, необходимость применения двух вычислительных устройств в каждом канале, при этом система контроля и диагностики по мажоранте и конфигуратор используются только по числу каналов. Предложенный способ формирования применим в основном для контроля внутренних процессорных модулей, он не охватывает всю систему управления и не учитывает особенности организации КСУ ЛА.
Целью заявляемого изобретения является повышение надежности, живучести, отказобезопасности и универсальности использования комплексной системы управления путем реконфигурации структуры вычислительно-управляющего оборудования КСУ ЛА.
Указанная цель достигается тем, что согласно предлагаемому способу 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, 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.
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.
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.
Для формирования отказоустойчивой КСУ возможны следующие варианты включения резервов вычислителей СДУ:
ВУ СДУ включают по схеме две триады, где каждый вычислитель триады соединен каналами ММО с одним вычислителем второй триады, не соединенным другим вычислителем первой триады, разнесенные на два шкафа-крейта по левому и правому борту ЛА.
ВУ СДУ включают по схеме три двуады, это группа из трех двуад вычислителей, в которой каждый из вычислителей двуады соединен каналом ММО с одним вычислителем другой двуады, не соединенным с вычислителем его пары, разнесенные на три шкафа-крейта по левому, правому борту и в центральной части ЛА.
ВУ СДУ включают по схеме три двуады резервов вычислителей, объединенных по полносвязной схеме, где каждый вычислитель двуады соединен каналом ММО со всеми другими вычислителями своей и других двуад.
ВУ СДУ включают по схеме одна двуада и одна триада резервов вычислителей, где каждый вычислитель соединен каналами ММО со всеми другими вычислителями двуады и триады, разделенных на шкафы-крейты, разнесенные по правому и левому борту ЛА.
ВУ СДУ включают по схеме две двуады резервов вычислителей, где каждый вычислитель соединен каналами ММО со всеми другими вычислителями двуад по полносвязной схеме, разделенных на шкафы-крейты, разнесенные по правому и левому борту ЛА.
ВУ СДУ включают по схеме, в которой каждому из трех и более вычислителей резервов, объединенных по сокращенной либо по полносвязной схеме, выделяют свой шкаф-крейт и разносят их по борту ЛА.
Заявленный способ может быть реализован с помощью отказоустойчивой КСУ, содержащей 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, которая дополнительно содержит на каждом посту управления летчика четырехкратно резервированные в каждом канале управления ДПР, пульт управления (ПУ), двухкратно 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.
При использовании данной отказоустойчивой КСУ на беспилотных летательных аппаратах она содержит приемник радиосигналов от наземного пункта управления, соответствующих параметрам полета ЛА, обработку которых осуществляют посредством вычислительных средств КСУ.
С целью повышения живучести КСУ содержит три или более резервов ВУ СДУ, размещенных в шкафах-крейтах, которые пространственно рассредоточены на борту ЛА и соединены по соответствующей схеме.
При этом для заявляемой отказоустойчивой КСУ предусмотрены следующие варианты схем включения резервов ВУ СДУ.
Система 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.
Система 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.
Система содержит функциональные модули ВУ СДУ, соединенные по схеме три «двуады» резервов вычислителей и объединенные по полносвязной схеме.
Система 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 объединенных каналами ММО.
Система содержит функциональные модули ВУ СДУ, соединенные по схеме две «двуады», объединенные по полносвязной схеме.
Система 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.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена структурная схема КСУ для ЛА с двумя постами управления летчика, на фиг. 2 - схема соединения ВУ СДУ, включенных по схеме две «триады», на фиг. 3 - схема соединения ВУ СДУ, включенных по схеме три «двуады», фиг. 4 - схема соединения ВУ СДУ, включенных по схеме три «двуады», объединенных по полносвязной схеме, фиг. 5 - схема соединения ВУ СДУ, включенных по схеме одна «двуада» и одна «триада», фиг. 6 - схема соединения ВУ СДУ, включенных по схеме две «двуады», объединенных по полносвязной схеме.
КСУ (фиг. 1) содержит на первом посту управления летчика ручку 1 управления с четырехкратно резервированными ДПР по количеству каналов управления (крен, тангаж, рыскание), на втором посту управления летчика ручку 2 управления с четырехкратно резервированными ДПР по количеству каналов управления, пульт 3 ПУ, резервированные вычислители 4 ВС САУ, четырехкратно резервированные ВУ СДУ 5, четырехкратно резервированный блок 6 ИБД, четырехкратно резервированный блок 7 БРН, первый четырехкратно резервированный блок 8 БУП, второй четырехкратно резервированный блок 9 БУП, третий четырехкратно резервированный блок 10 БУП, первый привод 11, второй привод 12, третий привод 13 (число приводов определяется числом рулевых поверхностей ЛА и потребной степенью резервирования), кроме того, на выходах ДПР и ИБД, на входных и выходных сечениях ВС САУ, ВУ СДУ, БРН, БУП и электромеханических приводов установлены четырехкратно резервированные программно-алгоритмические МКР всех сигналов (на чертеже не показаны).
Для управления могут быть использованы три и более привода - в зависимости от типа и класса ЛА.
Управление осуществляют с первого и второго постов управления или от КБО (для БЛА всегда, а для пилотируемого ЛА в ручном, директорном и автоматическом режимах управления).
ПУ 3 - пульт управления служит для принудительного переключения режимов работы ЛА.
ВС САУ 4 - осуществляет связь КБО с КСУ, управление внешними траекторными режимами и т.д. через ВУ СДУ.
ВУ СДУ 5 (5-1 - 5-6) - обеспечивают реализацию полного состава функций автоматического и автоматизированного «ручного» управления (СДУ с системой устойчивости и управляемости (СУУ)) ЛА с обеспечением сигнализации опасных состояний (СОС) и ограничений пилотажных режимов (ОПР) применительно к полному вектору параметров движения ЛА, осуществляют автоматический переход на другие режимы управления и т.д.
ИБД 6 - предназначен для выдачи сигналов, пропорциональных угловым скоростям и линейным ускорениям в связанной с ЛА системе координат.
БРН 7 - предназначен для преобразования сигналов ИБД в сигналы, пропорциональные углам крена и тангажа.
БУП 8, 9, 10 - предназначены для формирования заданного положения или заданных скоростей перемещения штоков приводов. Блоки управления приводами формируют сигналы управления приводом ui на основе информации о заданном положении штока δiзад, а также на основе поступающих из привода с датчиков обратных связей сигналов положения и, при необходимости, скорости перемещения штока δiзад. Тем самым обеспечивается установка штоков в заданное положение.
Ниже приведен один из возможных алгоритмов программно-алгоритмического МКР для канала акселерометров выхода ИБД.
При назначении порогов исходим из того положения, что у исправных датчиков суммарная погрешность не должна превышать П1 и нижняя граница погрешностей не меньше П2.
Проверка акселерометров:
где a xi - выходной сигнал i-го акселерометра, i=1-4,
а х - выходной сигнал акселерометров, резервированных ИБД по оси X: (0) - условия не выполнены – отказ; (1) - датчики исправны.
Далее, по результатам сравнения определяем отказавший датчик и осуществляем реконфигурацию. Например: 1.(1) - означает, что в первом уравнении условие выполнено, 4.(0) - в четвертом уравнении условие не выполнено.
10) Одновременный отказ трех датчиков - общий отказ, по показаниям четырех датчиков исправный датчик не определяется. Отказавший датчик определяют путем сравнения с датчиками основного навигационного комплекса и(или) по результатам встроенного контроля.
КСУ имеет три режима управления - основной, альтернативный и резервный (аварийный). В основном режиме обеспечивается решение всех функциональных задач КСУ в полном объеме. Альтернативный режим обеспечивает решение определенного круга задач, несколько суженного по сравнению с основным режимом. В резервном (аварийном) режиме доступны только функции прямого ручного управления.
В КСУ обеспечивают максимальную внутрисистемную унификацию блоков и модулей.
В основном режиме управления ядро КСУ, образованное программно-аппаратными ресурсами СДУ, наращивают за счет соответствующих ресурсов САУ и взаимодействия с КБО. Связь КСУ с системами КБО осуществляют по шинам цифрового обмена, используя вычислители САУ. Основной режим - режим максимальной функциональной конфигурации, в котором задействованы все основные функциональные элементы КСУ при числе вычислителей в каждом контрольном сечении не менее 3-х.
Для повышения живучести КСУ в случае пожара или другого повреждения блоков, в изобретении осуществляют разделение резервов вычислителей системы на блоки левого и правого бортов, в каждом из которых реализуются по два или более резерва и которые будут пространственно рассредоточены на борту ЛА.
В основном режиме управления КСУ обеспечивает реализацию полного состава функций автоматического (САУ) и автоматизированного «ручного» управления (СДУ с системой улучшения устойчивости и управления (СУУ)) ЛА с обеспечением сигнализации опасных состояний (СОС) и ограничений пилотажных режимов (ОПР) применительно к полному вектору параметров движения ЛА, а также осуществляет автоматический переход на альтернативный и резервный режимы управления при наличии соответствующих отказов либо вручную по команде от переключателя ПУ "Альтернативный режим", "Резервный режим", с выдачей соответствующей сигнализации (функция управления режимами КСУ и автоматической реконфигурации режимов).
Альтернативный (промежуточный между основным и резервным) режим включается при наличии отказов в КБО, приводящих к невозможности реализации функций КСУ, обеспечиваемых информацией от систем КБО, а также при возникновении более 2-х отказов собственных вычислителей КСУ в разноименных сечениях вычислительного тракта любого из каналов управления. В альтернативном режиме задействованы все функциональные компоненты КСУ без участия КБО, но допускается возникновение более 2-х последовательных отказов собственных вычислителей КСУ в разноименных контрольных сечениях. В этом случае возможно продолжение полета в ситуации не хуже усложнения условий полета.
В альтернативном режиме задействованы интегрированные блоки датчиков ИБД в качестве датчиков линейных ускорений и угловых скоростей, а в части СДУ задействованы все функциональные элементы, но число резервов вычислителей в каком-либо контрольном сечении из-за отказов уменьшилось до трех. В этом режиме используют функции демпфирования и стабилизации крена и тангажа по сигналам ИБД в помощь ручному управлению летчика. Углы крена и тангажа вычисляют алгоритмами резервной навигации методом адаптивной компенсации погрешностей по сигналам датчиков линейных ускорений. В альтернативном режиме выполняются в полном объеме только ручное автоматизированное управление и нижний уровень ОПР.
Режим резервного (аварийного) управления реализуют в виде ядра КСУ, обособленного по всем видам ресурсов от других устройств КСУ, а также от систем КБО. В резервном режиме управления КСУ реализует только функции прямого ручного управления, при котором управляющие сигналы на органы управления формируются цифровым вычислителем по сигналам датчиков ДПР и (при необходимости) по сигналам ИБД.
В резервный режим КСУ переходит автоматически при возникновении критических отказов (после второго отказа в каком-либо одном контрольном сечении тракта формирования и передачи сигналов управления на уровне СДУ). Резервный режим обеспечивает полет и посадку на ближайший аэродром с помощью прямого ручного управления приводами.
Техническим результатом является расширение функциональных возможностей системы дистанционного управления, улучшение эксплуатационных характеристик, повышение живучести, надежности и отказобезопасности комплексной системы управления полетом. Путем реконфигурации архитектуры и структуры КСУ обеспечивается возможность продолжения полета и выполнения задания при наличии нескольких отказавших элементов в структуре КСУ. Эксплуатация КСУ осуществляется без наземной контрольно-проверочной аппаратуры.
Предложенный способ формирования отказоустойчивой КСУ и устройство для его реализации могут быть осуществлены путем использования базовых элементов для вычислительных систем бортовых цифровых вычислительных машин и базовых элементов, используемых в существующих системах дистанционного управления летательными аппаратами.
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 летательного аппарата (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 (ВУ) системы дистанционного управления (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 происходят 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.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016105578A RU2629454C2 (ru) | 2016-02-18 | 2016-02-18 | Способ формирования отказоустойчивой комплексной системы управления (КСУ) и отказоустойчивая КСУ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016105578A RU2629454C2 (ru) | 2016-02-18 | 2016-02-18 | Способ формирования отказоустойчивой комплексной системы управления (КСУ) и отказоустойчивая КСУ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2016105578A RU2016105578A (ru) | 2017-08-23 |
RU2629454C2 true RU2629454C2 (ru) | 2017-08-29 |
Family
ID=59744687
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016105578A RU2629454C2 (ru) | 2016-02-18 | 2016-02-18 | Способ формирования отказоустойчивой комплексной системы управления (КСУ) и отказоустойчивая КСУ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2629454C2 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2763092C1 (ru) * | 2021-06-15 | 2021-12-27 | Александр Иванович Парфенцев | Отказоустойчивая система управления |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2235043C1 (ru) * | 2003-11-12 | 2004-08-27 | Оао "Миэа" | Система управления самолетом |
US20100152929A1 (en) * | 2008-12-16 | 2010-06-17 | Honeywell International Inc. | Systems and methods of redundancy for aircraft inertial signal data |
RU2413975C2 (ru) * | 2008-11-17 | 2011-03-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие Научно-исследовательский институт авиационного оборудования | Способ и вычислительная система отказоустойчивой обработки информации критических функций летательных аппаратов |
RU2439674C1 (ru) * | 2010-07-02 | 2012-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское опытно-конструкторское бюро "Марс" (ФГУП МОКБ "Марс") | Способ формирования отказоустойчивой вычислительной системы и отказоустойчивая вычислительная система |
US9233763B1 (en) * | 2014-08-19 | 2016-01-12 | Gulfstream Aerospace Corporation | Methods and systems for aircraft systems health trend monitoring |
-
2016
- 2016-02-18 RU RU2016105578A patent/RU2629454C2/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2235043C1 (ru) * | 2003-11-12 | 2004-08-27 | Оао "Миэа" | Система управления самолетом |
RU2413975C2 (ru) * | 2008-11-17 | 2011-03-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие Научно-исследовательский институт авиационного оборудования | Способ и вычислительная система отказоустойчивой обработки информации критических функций летательных аппаратов |
US20100152929A1 (en) * | 2008-12-16 | 2010-06-17 | Honeywell International Inc. | Systems and methods of redundancy for aircraft inertial signal data |
RU2439674C1 (ru) * | 2010-07-02 | 2012-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское опытно-конструкторское бюро "Марс" (ФГУП МОКБ "Марс") | Способ формирования отказоустойчивой вычислительной системы и отказоустойчивая вычислительная система |
US9233763B1 (en) * | 2014-08-19 | 2016-01-12 | Gulfstream Aerospace Corporation | Methods and systems for aircraft systems health trend monitoring |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
САПОГОВ В.А. и др. "ОТКАЗОБЕЗОПАСНАЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ КОМПЛЕКСНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ПОЛЕТОМ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ" - ЭЛЕКТРОННЫЙ ЖУРНАЛ "ТРУДЫ МАИ", Выпуск N45, 09.06.2011 (Найдено в Интернет по адресу: www.mai.ru/science/trudy/). * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2763092C1 (ru) * | 2021-06-15 | 2021-12-27 | Александр Иванович Парфенцев | Отказоустойчивая система управления |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2016105578A (ru) | 2017-08-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN111585856B (zh) | 电传操纵系统及相关操作方法 | |
CN102289206B (zh) | 飞行控制系统及具有这种系统的航空器 | |
EP2374714A2 (en) | Distributed fly-by-wire system | |
US9573682B2 (en) | System for a vehicle with redundant computers | |
CN109976141B (zh) | Uav传感器信号余度表决系统 | |
US9221538B2 (en) | Flight control system for unmanned aerial vehicle | |
US9081372B2 (en) | Distributed flight control system implemented according to an integrated modular avionics architecture | |
CN103708025B (zh) | 使用单工计算机的飞行控制系统和包括该系统的飞机 | |
US8996735B2 (en) | Remote data concentrator | |
US11136044B2 (en) | Vehicle control device | |
US8805600B2 (en) | Flight control system and aircraft comprising it | |
US20060116803A1 (en) | Redundant control unit arrangement | |
CN112498664B (zh) | 飞行控制系统以及飞行控制方法 | |
US20060100750A1 (en) | Dual/triplex flight control architecture | |
US20070233330A1 (en) | System and method of redundancy management for fault effect mitigation | |
CN110710164A (zh) | 飞行控制系统 | |
CA3207469A1 (en) | Method and apparatus for augmented pilot operations of fly-by-wire vehicles | |
RU165180U1 (ru) | Отказоустойчивая комплексная система управления | |
CN107077103A (zh) | 双向架构 | |
Alstrom et al. | Future architecture for flight control systems | |
CN111907695A (zh) | 具有故障弹性的冗余电传操纵系统 | |
RU2629454C2 (ru) | Способ формирования отказоустойчивой комплексной системы управления (КСУ) и отказоустойчивая КСУ | |
Šegvić et al. | Technologies for distributed flight control systems: A review | |
US11099936B2 (en) | Aircraft integrated multi system electronic architecture | |
Wu et al. | Design of applying FlexRay-bus to federated archiectecture for triple redundant reliable UAV flight control system |