Построение бортовой системы управления космическим аппаратом повышенной отказоустойчивости с применением адаптивной логики в алгоритмах диагностики и контроля

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.

космический аппарат, бортовая система управления, отказоустойчивость, диагностика, повреждение, контроль, реконфигурация, алгоритм

1. Колодежный 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.

2. Гришин Ю. П., Казаринов Ю. М. Динамические системы, устойчивые к отказам. М.: Радио и связь. 1985. 176 с.

3. Земляков С. Д., Рутковский В. Ю., Силаев А. В. Реконфигурация систем управления летательными аппаратами при отказах // Автоматика и телемеханика. 1996. № 1. С. 3—20.

4. 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.

5. Заведеев А. И. Принципы построения отказоустойчивых систем управления ориентацией аэрокосмических летательных аппаратов // Мехатроника, автоматизация, управление. 2011. № 6. С. 69—74.

6. 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.

7. 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.

8. Микрин Е. А. Бортовые комплексы управления космическими аппаратами и проектирование их программного обеспечения. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2003. 652 с.

9. 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.