Разработка методов обеспечения надежности цифровых систем управления современными авиационными комплексами

• Автор: Воробьев, Александр Владимирович
• Шифр специальности: 05.13.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 167 с. : ил.

Содержание
Введение.
Глава 1. Методы оценивания и прогнозирования способов повышения надежности цифровых систем управления авиационными комплексами
1.1. Разработка оптимальных законов управления самолетами с помощью принципа динамического программирования,

реализуемых на бортовой цифровой вычислительной машине.

1.2. Способы повышения надежности комплексных систем

управления.
1.3. Математические методы прогнозирования перспективности комплексных систем управления по основным показателям
качества.

1.4. Выводы к первой главе.

Глава 2. Выбор и обоснование технических средств для отладки цифровых систем

управления авиационными комплексами.
2.1. Применение методов автоматизированного моделирования при полунатурном моделировании комплексных систем управления.
2.2. Выбор численных процедур и тактов интегрирования дифференциальных уравнений самолета и составление структурных
схем комплексной системы автоматического управления
2.3. Выводы ко второй главе
Глава 3. Разработка инженерных методов оценивания надежности программного
обеспечения систем управления авиационными комплексами
3.1. Математические модели ошибок в программном обеспечении и способы отладки рабочих программ.
3.2. Формирование алгоритмов резервирования и контроля комплексных систем управления
3.3. Оценки интенсивности отказов на основе построения графов
состояний
3.4 Технология проектирования и отладки программ.
3.5. Выводы к третьей главе
Глава 4. Стендовые и летноконструкторские испытания цифровых систем управления авиационными комплексами
4.1. Стендовые испытания систем управления авиационными комплексами.
4.2. Применение мобильного отладочного стенда при летноконструкторских испытаниях систем управления авиационными комплексами.
4.3. Повышение достоверности оценок надежности комплексных систем управления на основе теоремы Байеса с использованием
данных летных испытаний.
4.4. Выводы к четвертой главе.
Выводы.
Список литературы


Практическая ценность результатов работы состоит в разработке и создании комплексных систем управления САУ-, САУ -5-, САУ-0, СДУ-7, ЭДСУ-0 и их модификаций, а также разработке способов построения и математических методов отладки программного обеспечения комплексных систем управления и доведения их на этапах стендовых и летно-конструкторских испытаний до серийного производства. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения. В первой главе главное внимание уделяется расчетно-теоретическим методам проектирования комплексных систем управления самолетами и методам повышения их надежности, основанным на аналитических способах динамического программирования Веллмана и введении функции Колмогорова, что позволяет оценить стоимость аппаратуры в зависимости от ее надежности. Полученные в результате этого линейные рекуррентные вычислительные процедуры с постоянными или зависящими от времени матрицами обеспечивают устойчивые режимы полета в широком диапазоне скоростей и высот полета ЛА при действии заданных по уровням регулярных возмущений и помех [, , , ]. Были выбраны структурные схемы резервированных комплексов, определены наилучшие архитектура и программное обеспечение БЦВМ, а также выбраны основные ограничения на фазовые координаты при автоматическом и ручном управлениях [, , , ]. Учитывая большую важность создания безотказных комплексных систем управления, был предложен метод прогнозирования их перспективности, обеспечивающий повышение надежности работы в условиях различных возмущений при допустимой сложности конструкции и невысокой стоимости. Для этого применялись процедуры нахождения экспертных оценок основных показателей качества КСУ и статистических способов оценивания по максимизации дивергенции. Вторая глава посвящена выбору и обоснованию построения технологических стендов для автоматизированной отладки цифровых комплексных систем управления. С целью сокращения затрат времени на выполнение данных работ предлагается использовать метод целенаправленного изменения переменных состояния системы, основанного на нелинейных регрессионных моделях с использованием матриц Фишера, что позволяет определять их наилучшие оценки [, , , ,, ]. Данная работа была выполнена на специально разработанном стенде с реальной аппаратурой и различными имитаторами, обеспечивающими создание внутренней и внешней обстановки кабины ЛА. К стенду также подключался отладчик, позволяющий исследовать КСУ на отказобезопасность всех средств реальной аппаратуры. В третьей главе предложены инженерные методы оценивания надежности программного обеспечения комплексных систем управления, построенные по материалам экспериментов и позволяющие оценивать коэффициенты доверия и состоятельности на этапах проектирования и эксплуатации в условиях заданных рисков при отладке и тестировании программного обеспечения. Для этих целей были созданы методики для пассивного и активного обнаружения ошибок, которые применены в МНПК «Авионика» [2, , , , , , , ]. С целью упрощения процедур тестирования использовался граф управления программного модуля, что позволило дать более строгие доказательства правильности составления программ и перейти к синтезатору, построенному на основе искусственного интеллекта, а также подойти к решению задачи достоверности применяемых тестов [, ]. В четвертой главе изложены результаты стендовых и летно-конструкторских испытаний комплексных систем управления. Даны оценки вероятностей безотказной работы КСУ с различными способами резервирования, полученными на стадии стендовых и летных испытаний [, ]. Для сокращения объема летноконструкторских испытаний был разработан мобильный отладочный стенд, позволяющий в условиях аэродрома выполнять проверку на самолетах и вертолетах правильности функционирования КСУ, а также уточнять алгоритмы, рабочие программы БЦВМ и проверять выполненные доработки в наземных условиях. Результаты выполненных теоретических исследований, математического и полунатурного моделирования, а также стендовых и летно-конструкторских испытаний комплексов были внедрены в реальные конструкции КСУ самолета МиГ-УТС; САУ- самолета Су-; САУ-М- самолета Су-; САУ-К самолета Су-; САУ-В самолета Су-; САУ-1 ОМ самолета Су-; ЭДСУ-0 гидросамолета Бе-0; САУЦ-1 самолета МиГ-; САУ5- самолета МиГ-М; САУ- самолета ЯК-1; СДУ-2 самолета Миг-; САУ-0 самолета Ан-0; КСУ вертолета «АНСАТ»; МТВ вертолета МИ-8.