МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения» КАФЕДРА № 11 ОТЧЕТ ЗАЩИЩЕН С ОЦЕНКОЙ ПРЕПОДАВАТЕЛЬ должность, уч. степень, звание подпись, дата Чернов В.Ю. инициалы, фамилия РЕФЕРАТ ПО ТЕМЕ: СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ по дисциплине: Система автоматического управления ЛА и их СУ РАБОТУ ВЫПОЛНИЛИ СТУДЕНТЫ ГР. 1331 подпись, дата Санкт-Петербург 2016 Иванов М.Е Мурзич Г.В инициалы, фамилия Введение. Начиная с проектирования самых первых космических аппаратов и кораблей, система управления движением относилась к числу важнейших бортовых систем, и ее роль увеличивалась по мере роста возлагаемых на нее функций. Успешное развитие технических средств, в первую очередь бортовых вычислительных машин, привело к значительной модернизации систем управления и к существенному расширению их возможностей при одновременном повышении качества работы этих систем. Создание долговременных орбитальных станций потребовало существенной модернизации комплекса средств управления и дальнейшей разработки их методических основ. Помимо жестко детерминированных алгоритмов управления программное обеспечение бортовой цифровой вычислительной системы содержало гибконастраиваемые компоненты программновременного управления и развитые диагностические средства, позволявшие накапливать статистику отказов и учитывать ее в алгоритмах управления конфигурацией бортовых систем. Для создания современных космических аппаратов и кораблей потребовался новый комплексный подход к разработке их систем управления, в основу которого были положены следующие основные принципы и требования: максимальная автоматизация процессов управления, максимальная автономность и модифицируемость системы, гибкость управления по командной радиолинии, комплексирование различных функций управления в рамках общей задачи управления полетом. Реализовать все перечисленные задачи удалось за счет объединения основных систем космических аппаратов, таких как бортовая цифровая вычислительная система, система управления движением и навигацией, система управления бортовым комплексом, бортовой радиотехнический комплекс, система бортовых измерений, а также программного обеспечения в единый бортовой комплекс управления. Средства и методы управления пилотируемыми космическими полётами. А) Наземный комплекс управления (НКУ), т. е. ЦУП, средства моделирования полета и обеспечения обмена информацией между НКУ и КА (так называемый командно-измерительный комплекс, куда входят наземные станции слежения, спутниковая система контроля и управления на основе спутников-ретрансляторов, а также система связи и передачи данных, в том числе наземные и спутниковые линии для сеанса связи (СС) и ССКУ с ЦУП); Б) Бортовую автоматику КА. или бортовой комплекс автоматического управления (БКАУ), включающий «интеллектуальную» часть в виде бортовой вычислительной системы (ВВС) и коммутационно-исполнительную - в виде приборов, преобразующих выходные сигналы ВВС в релейные управляющие воздействия необходимого вида; В) Экипаж пилотируемого КА со средствами управления бортовыми системами и отображения информации. Эти звенья работают согласованно в соответствии с установленным распределением функций между ними. Основные принципы обеспечения эффективности управления полётом. Согласно принятой в настоящее время идеологии пилотируемых КП гражданского назначения, при решении вопросов, связанных с обеспечением необходимой эффективности управления полетом таких КА, следует руководствоваться критериями в порядке приоритета: А) Безопасность экипажа; Б) Полнота достижения цели. Безопасность экипажа выражается через вероятность Р6 его возвращения на Землю в удовлетворительном с точки зрения медицины состоянии: где qj - вероятность катастрофического исхода на j-м этапе полета; m - число этапов полета КА от старта с Земли до возвращения. Полнота достижения цели определяется составом ее компонентов, реализованных в ходе полета` и качеством их реализации где Qi - ценность і-й комбинации компонентов вектора цели полета; n - число возможных комбинаций; Рi- - вероятность достижения і-й комбинации. Для орбитальных станций как критерий используют еще и «жизнеспособность», поскольку она может рассматриваться отдельно от безопасности экипажа. При разработке системы управления полетом пилотируемых КА в процессе моделирования ее работы‚ а также при отладке, наземных и летних испытаниях для оценки качества ее функционирования могут быть использованы показатели, использовавшиеся при управлении полетом орбитальных кораблей «Союз», станций «Салют», «Мир» и МКС: 1) Точность (безошибочносгь) управления полетом по штатной программе где m1 - число правильно выданных управляющих воздействий; mE1 - общее число воздействий; 2) Точность идентификации нештатных ситуаций где n1 - число правильно идентифицированных НС; nE - общее число НС; 3) Оперативность управления в расчетных НС где Тfi - фактическое время, затраченное на осуществление цикла управления в i-й НС; Тmini - нормированная минимальная длительность цикла управления в і-й НС; Тmaxi - нормированная максимальная длительность цикла управления в і-й НС; nE - общее число НС; 4) Точность (безошибочность) управления в НС где m2 - число правильно выданных УВ или принятых решений в аномальных ситуациях; mE2 - общее число УВ или принятых решений; 5) Интегральный показатель эффективности управления в НС (нештатных ситуациях): где q1- число ликвидированных НС; qE - общее число НС. Синтез структуры технологических процессов управления (ТЦУ) средствами наземного автоматизированного комплекса управления. В ТЦУ полетом любого типа КА можно выделить следующие основные этапы: А) Получение извне информации, инициирующей процесс управления; Б) получение (поиск. сбор, извлечение) информации, необходимой для принятия решения по управлению; В) принятие (формирование) решения (управляющего воздействия); Г) доведение решения (управляющего воздействия) до исполнителей (исполнительных органов АСУ КП); Д) контроль исполнения с последующим оформлением отчетного документа по результатам реализации ТЦУ. К настоящему времени ситуация кардинально изменилась. Известны различные технологии управления, включающие помимо рассмотренной многопунктной территориально распределенной с непосредственным управлением КА и др.: 1) Однопунктную с управлением через один-два стационарных спутникаретранслятора; 2) Малопунктную (однопунктную) с непосредственным управлением КА; 3) Однопунктную - ретрансляционную; 4) Сетевую с динамически изменяемой топологией. Научно-технические основы синтеза структуры и совершенствования функционирования автоматизированной системы управления космическими полётами. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ: В условиях непрерывного роста количества жёстко регламентированных по точностным, оперативным и надёжностным характеристикам работ по управлению полетом КА разного целевого назначения актуальным является построение такой системы, использование которой повысило бы уровень автоматизации управления за счет более эффективного применения современной вычислительной техники, средств обмена информацией и новейших вычислительных технологий. Это относится как к создаваемым перспективным АСУ КП, так и к модернизации существующих. Сложность решения поставленной задачи определяется многими факторами: - функционирование системы происходит в реальном масштабе времени, что предъявляет исключительно высокие требования к производительности вычислительных средств. средств передачи данных и характеру переходных процессов в контуре управления полетом; - обеспечение целенаправленного функционирования системы даже в условиях выхода из строя отдельных ее элементов (в том числе сбоев, обусловленных так называемым человеческим фактором) при формировании технологии управления полетом КА требует учета не только неполноты информации о состоянии внешней среды, но и неопределенности сведений о режимах работы таких элементов; - использование унифицированных многофункциональных технических и программных модулей обмена информацией для оснащения АСУ КП и применение централизованной схемы контроля происходящих процессов приводят к необходимости охвата отдельных структурных элементов и технологических операций управления системой гибких обратных связей иерархической подчиненности. При составлении концептуальной модели функционирования АСУ КП исходят из того. что ее назначение заключается в оперативном планировании обеспечения автоматизированного сбора, обработки, хранения. отображения. документирования и доведения информации до соответствующих органов выработки решений, их реализации и контроля. Анализ назначения системы и функционально-технологической цели ее создания позволил выработать требования, которым должны удовлетворять современные АСУ КП разного назначения. 1) Оперативность. устойчивость, непрерывность и в некоторых случаях скрытность управления. Оперативность управления достигается за счет применения высокопроизводительных вычислительных средств, формализованных алгоритмов и своевременного доведения до исполнителей задач управления. Непрерывность и устойчивость управления обеспечивается возможностью функционирования в реальном масштабе времени, постоянной готовностью к работе, в том числе при наличии возмущений, созданием развернутой системы наземных пунктов управления. Скрытность управления (для КА специального назначения) - за счет программных, программноаппаратных средств защиты информации. 2) Иерархическая схема расположения на разных уровнях исполнительных элементов системы управления. 3) Структурное распределение рациональной функциональной нагрузки на полсистемы и элементы с надежным информационным взаимодействием. 4) Соответствие содержательного наполнения системы (функционального ядра) принципам информационно-языковой совместимости, оперативности и надежности управления технологическими операциями, циклами и процессом в целом. 5) Оснащение подсистем и элементов системы интеллектуальными рабочими местами со средствами отображения и документирования информации, объединенными в локальную вычислительную сеть. 6) Автоматизированная обработка информации, позволяющая осуществлять обмен пакетами данных как между элементами системы, так и внешними абонентами. Принципы оптимизации планирования работы наземного комплекса автоматизированной системы управления космическим полётом. Задача оптимизации планирования работы НКУ АСУ КП может быть сведена к непротиворечивой оптимизации следующих декомпозируемых подзадач: 1) оперативного планирования, целью которого является скоординированное по времени выделение ресурсов НКУ для осуществления плановых технологических операций управления КА в соответствии с технологическим циклом управления (ТЦУ); 2) планирования технического обслуживания - формирования расписания, в котором для каждого средства НКУ указано время начала и окончания обслуживания; 3) планирования работы автоматизированной системы обмена информацией, т. е. формирования оптимального плана по показателям качества обслуживания всех допускающихся в сеть связи требований пользователей.
