Метод системного проектирования космических аппаратов на основе теории гомеостатического управления

• Автор: Бахур, Андрей Борисович
• Шифр специальности: 05.07.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 152 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ.
Введение.

Глава 1 Постановка задачи исследования.

1.1. Проектирование как решение задачи создания управления процессом достижения цели.

1.2. Математическая постановка задачи исследования.

Глава 2 Сложная техническая система как интегративный механизм управления с гомеостатической формой структурно-функционильной организации.

2.1. Основные положения интегративнофункционального подхода.

2.2. Особенности описания гомеостаза как формы структурно-функциональной организации технических систем.

2.2.1. Структура целей управления

2.2.2. Интегральный процесс

2.2.3. Структурная организация механизмов управления

2.3. Модель технической системы как контура управления с гомеостатической формой структурно-функциональной организации.
2.4. Математическая модель управления процессом достижения цели технической системой с гомеостатической формой структурно-функциональной организации.
2.4.1. Вид математической модели.
2.4.2. Особенности математического описания динамических свойств интегрального процесса и трансформации интегративного механизма управления на основе представлений о гомеостазе.
2.5. Применение разработанной схемы структурно-функциональной организации к описанию управления процессом дыхания.
Глава 3 Описание метода проектирования
технической системы
3.1. Общая схема.
3.2. Процедура формирования концептуальной модели.

3.3. Процедура формирования математической модели.
3.4. Процедура формирования проектной модели.
Глава 4 Процесс проектирования космического
аппарата на основе интегративнофункционального подхода
4.1. Концептуальная модель функционирования космического аппарата
4.1.1. Формулирование системной цели, критериев и числовых показателей, их характеризующих
4.1.2. Комплекс глобальных реакций (стадий) и стадийных целей
4.1.3. Комплекс инфраструктурных целей
4.1.4. Формирование интегрального процесса
4.1.5. Состав процессов, свойства которых используются в качестве ресурсов управления
4.1.6. Энергетическая схема космического аппарата
4.2. Построение математической модели.
4.2.1. Функциональные уравнения
4.2.2. Компартментальные уравнения
4.3. О проектной модели космического аппарата.
Заключение
Список использованной литературы

ВВЕДЕНИЕ
Одним из основных требований, предъявляемых к современным космическим аппаратам, является автономность [43, 60, 61], т.е. способность достаточно длительное время выполнять свое назначение без управления оператором. Это является проявлением одной из тенденций развития современной техники. Аналогичные требования предъявляются ко многим видам современных и перспективных технических систем (автономные подводные аппараты [39], разновидности робототехнических устройств и т.п.). Активное развитие мехатроники [104, 108, 117] также следует отнести к проявлению этой тенденции.
Обеспечение автономности при управлении современными космическими системами обусловлено необходимостью уменьшения эксплуатационных затрат. Использование развитой наземной инфраструктуры [1, 46], включающей в себя Центр управления полетами, многочисленные командно-измерительные пункты (оснащенными дорогостоящими образцами передающих и приемных радиосистем и вычислительной техники), высоконадежные каналы связи между ними и т.п. для постоянного вмешательства в ход простейших процессов на борту КА существенно снижает рентабельность эксплуатации космической техники.
Требование автономности означает, что техническая система, за счет алгоритмического обеспечения должна находить, при достаточно широко меняющихся внешних условиях, возможности целенаправленного функционирования и выбирать из них оптимальные. При этом на нее накладываются жесткие, подчас директивные, ограничения на массу, размеры, энергопотребление и т.п., что, в свою очередь, ограничивает функциональные возможности. Такие требования к устройству и функционированию порождают проблему, обусловленную тем, что используемая в настоящее время методология проектирования, основанная на графическом моделировании, не обеспечивает необходимую поддержку, особенно на начальных этапах разработки. Однако именно на этих этапах принимаются основные решения по устройству вновь создаваемых изделий [112, 113]. Таким образом,

2.2. Особенности описания гомеостаза как формы структурно-функциональной организации технических систем
Интегративно-функциональный подход допускает различные схемы структурно-функциональной организации. В конкретной процедуре проектирования необходимо использование определенной схемы. В данной работе рассматривается гомеостатическая схема структурно-функциональной организации.
Выбор обусловлен следующими соображениями.
1. Перспективностью ряда свойств этой формы структурнофункциональной организации для создания современных технических систем. Гомеостаз можно рассматривать как результат разрешения нескольких противоречий:
между наличием достаточно широкого выбора путей достижения цели и экономной энергетической и аппаратной реализацией;
- между необходимостью достижения цели и обеспечением условий самосохранения;
- между оптимизацией условий использования различных ресурсов управления.
2. Гомеостаз представляет собой наиболее рациональную из теоретически исследованных форм структурно-функциональной организации. Она “отрабатывалась” миллионами лет эволюции живых организмов. В то же время гомеостаз не является идеальной формой структурно-функциональной организации [10, 13].
Проблематика переноса «решений» из природных в искусственные объекты имеет достаточно давнюю историю. Однако ее активная разработка начата во второй половине XX века. В настоящее время эта область науки получила наименование биомиметики. Основой биомиметики является то, что эволюция на протяжении миллионов лет шлифовала и оттачивала свои создания - организмы, так что их конструкции и организация оказались несоизмеримо сложнее того, что человек может создать в своих технических устройствах.