Синтез и верификация управляющих алгоритмов реального времени для бортовых вычислительных систем космических аппаратов

• Автор: Тюгашев, Андрей Александрович
• Шифр специальности: 05.13.12
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 315 с. : ил.

Введение.

1. Постановка проблемы

1.1. Управление космическим аппаратом при решении целевых задач.

1.1.1. Струкгура системы управления космическим апг 1аратом

1.1.2. Орпшизат щя вычисштельно1 о процесса в ВВС.

1.1.3. Управление КА при решении им целевых задач

1.1.4. Структура комгшекса ЬПО. Место УА РВ в комплексе программ БПО

1.2. Жизненный цикл БПО и его взаимосвязь с ЖЦ ВВС и КА в целом.

1.3. Обзор существующих методов моделирования и автоматизации этапов ЖЦ ПО

1.3.1. Основные проблемы, встающие при моделировании про1рамм

1.3.2. Использоват ше времен 1ых логик

1 Алгебраический подход к моделироватшю упраатяющих систем
1.3.4. САБЕметодологии автоматизации этапов Ж программг тых средств.
1.4. Постановка проблемы синтеза и верификации управляющих алгоритмов реального времени для ВВС КА.
1.5. Выводы первого раздела.
2. Математические модели управляющих алгоритмов реального времени
2.1. Модель семантики управляющего алгоритма реального времени для ВВС КА
2.1.1. Построение модели семантики УА РВ.
2.1.2. Использование логических векторов для обуславливания упраатяющих
алгоритмов
2.2. Многоосновная алгебраическая система УА РВ.
2.2.1. Алгебраическая система УА РВ
2.2.2. Альтернативная интерпретация операций алгебраической системы УА РВ
2.3. Построение формальных теорий УА РВ и их применение при спецификации управляющих алгоритмов реального времени.
2.3.1. Формальная теория управляющих алгоритмов
2.3.2. Теория управляющих алгоритмов реального времени как эквациот ильная теория
2.3.3. Формальная теория УА РВ как прикладное исчисление предикатов первого порядка.
2.4. Интерпретация теории УА РВ в рамках алгебраической системы УА
2.4.1. Решение уравнений исчисления УА РВ
2.5. Сравнение предлагаемого подхода У А РВ с известными временными логиками и алгебрами процессов.
2.6. Классификация предлагаемого подхода по парадигме профаммирования.
2.7. Использование функционального программирования для реализации алгебраической системы УА РВ .
2.8. Использование среды логического программирования Пролог для представления формальной теории У А РВ
2.9. Использование объектноориентированного программирования при реализации алгебраической системы УА РВ.
2 Производные модели УА РВ
. Многовходовая модель УА РВ.
. Многовариантная модель УА РВ.
. рименение функций выпалнимости для описания УА РВ
2 Выводы второго раздела
3. Выбор предпочтительных проектных решений при синтезе управляющих алгоритмов.
3.1.1. Эквивалентные преобразования спецификаций управляющего алгоритма
3 i пимизация при сит ггезе плана i 1равления семантики УА.
3.1.3. Оптимизация при синтезе логиковременной схемы управляющего
алгоритма
3.1.4. Оптимизация при генерации программы на целевом языке
программирования.
3.2. Выводы третьего раздела
4. Технология автоматизации синтеза и верификации управляющих алг оритмов для ВВС КА.
4.1. Стадии автоматизированной технологии.
4.2. Структура инструментального программного комплекса.
4.3. Автоматизация спецификации и верификации УА РВ.
4.3.1. Проб. 1емноюриентированный язык i юцификации УА РВ.
4.3.2. Графичсское конструирование семантики управляющего алгоритма
4.4. Автоматизация синтеза управляющей прораммы
4.4.1. Решение задачи трансляции спецификации и синтеза
семантики УА РВ
4.4.2. Решение задачи построения многовходовой модели УА.
4.4.3. Параметрическая генерация управляющей i ii раммы.
4.5. Автоматизация построения технической документации на
управляющий алгоритм.
4.5.1. Автоматическая генерация технической документации
4.5.2. Графическое конструирование временных диш рамм
4.6. Автоматизация тестирования и отладки У А РВ
4.6.1. Решение задачи генерации отладочных заданий.
4.6.2. Реши ше задачи формирования таблиц управляю i x и ю формационных
4.7. Реализация семантики управляющего алгоритма аппаратными средствами
4.8. Интегрированная среда разработки управляющих алгоритмов и как система.
4.9. Оценка эффективности разработанной технологии
4 Выводы четвертого раздела
5. Практическое применение разработанной технологии
5.1. римсненис технологии при разработке управляющего алгоритма
режима приведения КА в ориентированное положение
5.2. Использование разработанной технологии при моделировании отказов бортовой телеметрической системы.
5.2.1. Функции, структура и моделируемые режимы работы БИI С
5.2.2. Функциональные задачи алгоритма моделирования неисправностей
БИТС и логика его функционирования
3. Методы моделирования потока отказов
5.2.4. iтисание алгоритма имитационного моделирования
.5. Синтез программы моделирования БИТС в рамках автоматизированной
технологии
5.3. Выводы пятого раздела
Заключение
Список литературы


Часто требуется, чтобы некоторые из задач, решаемых ВВС, имели меньшее время ожидания, а соответствующие им заявки меньшее время ожидания обслуживания, нежели задачи других типов. Например, аварийные сигналы, приходящие от аппаратуры, требуют практически мгновенной реакции по включению систем аварийной защиты. Программы управления высокодинамичными процессами, такими, как, к примеру, угловая стабилизация, требуют меньшей задержки, чем программы управления менее динамичными процессами, к примеру, включением аппаратуры автономной навигации. Для обеспечения преимущественного права на обслуживание процессором задачам присваиваются приоритеты. Любое управление как техническим комплексом, так и организационной системой, подразумевает наличие целеполагания. Цели могут при этом носить различный характер. Одним из простейших случаев является задача удержания некоторых параметров в заданных целевых диапазонах классический пример автоматический регулятор паровой машины Уатта. В более сложных случаях перед системой ставится более серьзная цель, или цели, к достижению которых необходимо стремиться. Другими словами, необходимо обеспечить решение целевой задачи не вообще, а в строго заданный момент времени 1цел либо не позже указанного момента времени, либо в заданном ограниченном временном интервале, часто при этом необходимо строго соблюсти последовательность или более сложную синхронизацию выполнения отдельных операций во времени. При создании КА отправной точкой для проектирования и последующих стадий жизненного цикла является его назначение, или главная целевая задача ЦЗ. Например, говоря о включенном в Федеральную космическую программу РФ на гг. КА ФобосГрунт, можно сказать, что основной целью миссии является доставка на Землю реликтового грунта со спутника Марса Фобоса. При этом главная целевая задача для своего решения предполагает, в свою очередь, необходимость решения ряда подзадач, в том числе вывода перелетного аппарата на околоземную орбиту, отлта на траекторию полта к Марсу, перехода на околомарсианскую орбиту, сближения с Фобосом, десантирования на его поверхность, выполнения исследований на поверхности спутника Марса, забора грунта, старта с поверхности Фобоса, выхода на траекторию полта к Земле, и посадки на Землю в заданном районе. Вес функционирование КА на огрезке активного существования сводится к последовательности крупноблочных операций отделение от носителя, инициирование, решение целевых задач, завершение функционирования. Землей, контроль работоспособности бортовых приборов и систем, передача телеметрии и т. Каждая из перечисленных задач, в свою очередь, распадается на подзадачи, те на еще более частные задачи управления той или иной системой или отдельным прибором, и т. Таким образом, целевые задачи образуют иерархию. При этом выполнение этих задач не носит безусловного характера, то есть в зависимости от истинности или ложности условий, описываюнщх текущую ситуацию на борту КА и в окружающем космическом пространстве возможны различные варианты реализации циклограммы полета и управления КА. Важно также отметить, что количество целевых задач на борту космического аппарата может составлять десятки и сотни, при этом требования по обеспечению их выполнения могут противоречить друг другу. В этом случае необходимо производить их согласование по времени и по логике с учетом обязатсльЕюго выполнения главной целевой задачи КА, вовремя выявляя несоответствия и противоречия и устраняя их. Таким образом, рассматривая задачу управления космическим аппаратом, можно сказать, что необходимо обеспечить выполнение заданных целевых задач в соответствующие моменты времени. При этом в течение срока своего активного существования космический аппарат должен решить весь комплекс возлагаемых на него целевых задач. Иными словами можно сказать, что производится операция назначения каждой целевой задаче времени исполнения. При этом общее количество меток времени и минимальный интервал такт между ними задаются тактовой частотой частотой синхронизации бортовой вычислительной системы. Это можно назвать планом, циклограммой или программой полета.