novtexmechМехатроника, автоматизация, управлениеMekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie1684-64272619-1253Commercial Publisher «New Technologies»10.17587/mau.19.664-672novtexmech-516Research ArticleДИНАМИКА, БАЛЛИСТИКА И УПРАВЛЕНИЕ В АВИАКОСМИЧЕСКИХ СИСТЕМАХDYNAMICS, BALLISTICS AND CONTROL IN AEROSPACE SYSTEMSПостроение бортовой системы управления космическим аппаратом повышенной отказоустойчивости с применением адаптивной логики в алгоритмах диагностики и контроляConstruction of Highfailurestable Spacecraft Control System with Apply to Adaptive Logic in Diagnostic and Testing AlgorithmsЗаведеевА. И.ZavedeevA. I.

А. И. Заведеев, канд. техн. наук, доц.

Москва.

Zavedeev Arkadiy I., Associate Professor (Reader), PhD.

Moscow.

ark.zavedeev@gmail.comМосковский авиационный институт (национальный исследовательский университет).РоссияMoscow aviation institutional (national research university).Russian Federation2018111020181910664672Copyright © Commercial Publisher «New Technologies», 20182018Commercial Publisher «New Technologies»Commercial Publisher «New Technologies»https://mech.novtex.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://mech.novtex.ru/jour/article/view/516

Рассмотрены различные подходы к проблеме повышения отказоустойчивости бортовой системы управления космическим аппаратом на основе принципов аналитической избыточности, оптимизации и реконфигурации с применением вероятностных показателей качества и адаптивной логики в алгоритмах диагностики и контроля. Одной из проблем является синтез алгоритмов управления космическим аппаратом при неполной априорной и искаженной текущей информации, действии неконтролируемых и случайных факторов, сбоях и отказах аппаратуры, потере сигналов в информационном канале. Рассмотрены способы диагностики отказов, в частности, проблема исключения неисправностей датчиков и силовых приводов. Синтезирована структура бортовой системы и обоснованы алгоритмы управления, обеспечивающие робастную устойчивость и отказоустойчивость при наличии возмущающих факторов. Обсуждаются вопросы повышения отказоустойчивости бортовой системы управления космическим аппаратом на основе реконфигурации с применением адаптивной логики в алгоритмах диагностики и контроля. Описываются приборный состав и режимы работы системы управления ориентацией, особенности моделирования, указываются методы динамического исследования и компьютерной имитации, использованные в процессе проектирования. Предложены алгоритмы управления, диагностики и реконфигурации бортового комплекса для навигационных, связных, геодезических спутников, а также спутников дистанционного зондирования Земли в процессе продолжи- тельной эксплуатации (более 10 лет) в условиях космического полета. Система контроля должна решать две задачи: обнаружение и устранение неисправностей. Принятая математическая модель системы исследуется с применением аналитического резервирования. Формируются разностные сигналы, которые возникают при появлении неисправностей. На основе анализа разностных сигналов с помощью решающих правил устанавливается характер отказа и принимаются меры по его устранению. Адаптивный подход к разработке системы контроля и диагностики предусматривает реализацию гибкой логики работы системы управления, учитывающей фактическое состояние бортовой аппаратуры. Эффективность предложенных способов и алгоритмов подтверждена результатами математического моделирования для ряда конкретных технических систем. Даны рекомендации по их практическому применению.

Different approaches to problem of improving onboard spacecraft control system failurestable on base principles of analytical excess, optimization and reconfiguration with using probability index and adaptive logic in diagnostic and testing algorithms are considered. One of problem is synthesis of spacecraft control system algorithms with incomplete apriory and distorted current information, action of uncontrolled and random factors, equipment failures and signal loss in information channel. Ways of failure diagnostic are examinated, in particular, problem excluding of failures sensors and power drives. Onboard attitude control system is synthesized and control algorithms are chosen, which guarantee robust stability and failure stability in presence indignant factors. Questions of onboard spacecraft control system failurestable improving are discussed on base reconfiguration with apply to adaptive logic in diagnostic and testing algorithms. The features of simulation are described on instrumental structure and operational modes of the attitude control system, the methods of dynamic research and computer simulation utilized during designing are indicated. Onboard complex control algorithms, diagnostic and reconfiguration are proposed for navigation, communication, geodesy satellites and earth inspectoral vehicles with prolonged utilization (more 10 years) in space flight conditions. Testing system have to decide two problem: discovering and eliminating faults. The mathematical system model is researching with implementation of analytic reserving. Difference signals are formed, which arise at fault appearance. The failure character is established by deciding rules on base difference signals and measures to it eliminating are took. The adaptive approach to development testing and diagnostic systems provide for realization of flexible logic of control system function to take into account factual onboard equipment state. The effectiveness of prepositional approaches and algorithms is confirmed by mathematical modeling results for several actual technical systems. Recommendations to their practical applications are gave.

космический аппаратбортовая система управленияотказоустойчивостьдиагностикаповреждениеконтрольреконфигурацияалгоритмspacecraftonboard control systemfailurestablediagnosticdamagetestingreconfigurationalgorithmReferencesКолодежный Л. П., Чернодаров А. В. Надежность и техническая диагностика. М.: Изд-во ВВА им. проф. Н. Е. Жуковского и Ю. А. Гагарина. 2010. 452 с.Kolodezniy L. P., Tchernodarov A. V. Nadezhnost’ i tehnicheskaja diagnostika (Reliability and technical diagnostic), Moscow, Pub. Acad. name N. E. Jukovskogo and Y. A. Gagarina, 2010, 452 p. (in Russian).Гришин Ю. П., Казаринов Ю. М. Динамические системы, устойчивые к отказам. М.: Радио и связь. 1985. 176 с.Grishin Y. P., Kazarinov Y. M. Dinamicheskie sistemy, ustojchivye k otkazam (Failurestable dynamic system), Moscow, Radio i svjaz’, 1985, 176 p. (in Russian).Земляков С. Д., Рутковский В. Ю., Силаев А. В. Реконфигурация систем управления летательными аппаратами при отказах // Автоматика и телемеханика. 1996. № 1. С. 3—20.Zemlyakov S. D., Rutkovskiy V. Y., Silaev A. V. Rekonfiguracija sistem upravlenija letatel’nymi apparatami pri otkazah (Reconfiguration of aerocraft control system subjected to failures), Avtomatika i Telemehanika, 1996, no.1, pp. 3—20 (in Russian).Глинский В. А., Заведеев А. И., Моисеенко В. Е. Разработка методов проектирования отказоустойчивых систем управления и навигации аэрокосмических летательных аппаратов на базе принципов функционального резервирования и реконфигурации // Авиакосмическое приборостроение. 2002. № 4. С. 35—38.Glinskiy V. A., Zavedeev A. I., Moiseyenko V. E. Razrabotka metodov proektirovanija otkazoustojchivyh sistem upravlenija i navigacii ajerokosmicheskih letatel’nyh apparatov na baze principov funkcional’nogo rezervirovanija i rekonfiguracii (The development of methods design of failurestable control and navigation system for aerospace vehicles on base functional reservation principles and reconfiguration), Aviakosmicheskoe Priborostroenie, 2002, no. 4, pp. 35—38 (in Russian).Заведеев А. И. Принципы построения отказоустойчивых систем управления ориентацией аэрокосмических летательных аппаратов // Мехатроника, автоматизация, управление. 2011. № 6. С. 69—74.Zavedeev A. I. Principy postroenija otkazoustojchivyh sistem upravlenija orientaciej ajerokosmicheskih letatel’nyh apparatov (Principles of design aerospace craft failurestable control orientation systems), Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie, 2011, no. 6, pp. 69—74 (in Russian).Paolo Castaldi, Nikola Mimmo, Silvio Simani. Fault diagnostic and fault tolerant control strategies for aerospace systems // Proc. of 3-rd Conference on Control and Fault-Tolerant Systems. Pub. IEEE. No. 16449232. Spain. 2016. P. 2269—2274.Paolo Castaldi, Nikola Mimmo, Silvio Simani. Fault diagnostic and fault tolerant control strategies for aerospace systems, Proc. of 3-rd Conference on Control and Fault-Tolerant Systems. Pub. IEEE, no. 16449232, Spain, 2016, pp. 2269—2274.Dan Ye, Shengping Luo, Junlong Wang. Two step faulttolerant controller design for linear time-delay systems with adaptive mechanism // Proc. of 42-nd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society. IECON. 2016. P. 6812—6817.Dan Ye, Shengping Luo, Junlong Wang. Two step faulttolerant controller design for linear time-delay systems with adaptive mechanism, Proc. of 42-nd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society. IECON. 2016. Pp. 6812—6817.Микрин Е. А. Бортовые комплексы управления космическими аппаратами и проектирование их программного обеспечения. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2003. 652 с.Mikrin E. A. Bortovye kompleksy upravlenija kosmicheskimi apparatami i proektirovanie ih programmnogo obespechenija (The onboard spacecraft control system and its software), Moscow, Publishing house of MGTU name N. E. Baumana, 2003, 652 p. (in Russian).Заведеев А. И., Ковалев А. Ю. Построение бортовой системы управления космического аппарата повышенной надежности на базе принципа реконфигурации с применением адаптивной логики в алгоритмах контроля и диагностики // Мехатроника, автоматизация, управление. 2011. № 11. С. 67—70.Zavedeev A. I., Kovalev A. Y. Postroenie bortovoj sistemy upravlenija kosmicheskogo apparata povyshennoj nadezhnosti na baze principa rekonfiguracii s primeneniem adaptivnoj logiki v algoritmah kontrolja i diagnostiki (Design of onboard highreliability spacecraft control system on base principles of reconfiguration with using adaptive logic in control and diagnostic algorithms), Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie, 2011, no. 11, pp. 67—70 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.