WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 |

На правах рукописи

Пьо Маунг Ко

ОПТИМИЗАЦИЯ БЕЗОТКАЗНОСТИ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ ПРИ АКТИВНОМ НАГРУЖЕННОМ

РЕЗЕРВИРОВАНИИ

Специальность 05.13.01

«Системный анализ, управление и обработка информации»

(Авиационная и ракетно-космическая техника)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва – 2009

Работа выполнена на кафедре «Системный анализ и управление» Московского авиационного института (государственного технического университета, МАИ).

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Баранов Вячеслав Николаевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Золотов Александр Алексеевич

кандидат технических наук, доцент

Ружицкий Владимир Евгеньевич

Ведущая организация: Федеральное государственное унитарное предприятие

«Научно-производственное объединение

им. С.А.Лавочкина» (ФГУП «НПО им. С.А.Лавочкина)

Защита состоится «___» ________ 2009 г. в __ часов на заседании диссертационного совета Д 212.125.12 в Московском авиационном институте (государственном техническом университете, МАИ) по адресу: 125993, г.Москва, А-80, ГСП-3, Волоколамское шоссе, д.4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского авиационного института (государственного технического университета, МАИ).

Отзывы, заверенные печатью, просьба высылать по адресу: 125993, г.Москва, А-80, ГСП-3, Волоколамское шоссе, д.4, МАИ, Ученый совет МАИ.

Автореферат разослан «___» ____________ 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.125.12,

кандидат технических наук, доцент В.В.Дарнопых

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Актуальность работы заключается в том, что она направлена на повышение безотказности летательных аппаратов (ЛА). От уровня безотказности систем управления современных и перспективных летательных аппаратов в значительной степени зависит достижение целей, поставленных перед ЛА, а также выполнение связанных с этим необходимых задач в полном объеме.

Выбор в качестве способа повышения безотказности активного резервирования обусловлен тем, что использование пассивного резервирования приводит к изменению параметров системы при отказах входящих в нее элементов. Изменение параметров каналов и контуров системы управления ЛА может привести не только к недопустимому изменению временных и частотных характеристик, но и к потере устойчивости системы управления ЛА. Из трех видов резервирования: нагруженного (горячего), полунагруженного и ненагруженного (холодного), в работе исследуется горячее активное резервирование, которое хотя и требует расхода ресурса резервных элементов (как и в случае пассивного резервирования), но существенно уменьшает задержки при замене отказавших элементов в силу их непрерывной готовности к работе.

Объект исследования. Система управления ЛА обладает рядом особенностей, которые необходимо учитывать при разработке методического аппарата для решения сформулированной задачи. В первую очередь к этим особенностям относятся:

  • относительно высокие уровни надежности элементов систем управления ЛА. Это практически исключает путь повышения надежности систем за счет повышения надежности их элементов;
  • наличие двух классов объектов (подсистем), входящих в системы управления ЛА. Первый класс образуют объекты, состоящие из равнонадежных элементов, имеющих близкие по значениям показатели безотказности. Второй класс образуют объекты, состоящие из неравнонадежных элементов, показатели безотказности которых существенно различаются;
  • критичность элементов систем управления ЛА электромеханического характера к изменению параметров входящих в них элементов, что не позволяет для повышения безотказности использовать пассивное (постоянное) резервирование;
  • наличие ограничений на техническую реализацию в системах управления ЛА значительного количества комбинаций блочного резервирования.

Предмет исследования – безотказность систем управления ЛА, их подсистем и элементов.

Цель работы повышение надежности систем управления ЛА путем оптимизации их безотказности при активном блочном нагруженном резервировании.

Задача, решаемая в работе для достижения указанной цели разработка аналитического и численных подходов оптимизации безотказности систем управления ЛА при активном блочном нагруженном резервировании.

Методы исследования. Для достижения сформулированной цели и решения поставленных задач в диссертационной работе использованы методы математического моделирования (аналитические и численные), основанные на теории вероятностей и математической статистики, теории графов и теории надежности. Математические модели, методики и алгоритмы представлены в виде компьютерных программ в системе программирования MATLAB.

Научная новизна результатов диссертационной работы состоит в следующем:

  1. Разработаны приближенная и точная методики оптимизации структуры резервирования для случаев равнонадежных элементов и переключателей, неравнонадежных элементов и равнонадежных переключателей, равнонадежных и неравнонадежных элементов систем управления ЛА. Методики позволяют оперативно проводить оценку многочисленных вариантов блочного резервирования на этапе предварительных исследований.
  2. Выявлены условия существования экстремума блочного резервирования систем управления ЛА, справедливые как для случая равнонадежных элементов и переключателей, так и для случая неравнонадежных элементов и равнонадежных переключателей. Эти условия позволяют улучшить показатели безотказности.
  3. Предложена модель структурной схемы надежности резервированной системы в виде взвешенного ориентированного реберного графа, позволяющая учесть при расчетах выявленные особенности систем управления ЛА.
  4. Разработана методика оптимизации структуры блочного резервирования систем управления ЛА для случаев неравнонадежных элементов и переключателей, основанная на использовании волнового алгоритма поиска оптимального маршрута в графоаналитической модели.
  5. Исследовано влияние на безотказность систем управления ЛА и характер оптимального блочного резервирования следующих параметров структурной схемы надежности:
  • вероятности отказа (безотказной работы) элементов;
  • вероятности отказа (безотказной работы) переключателей;
  • кратности резервирования системы;
  • размера системы (количества последовательно включенных основных элементов).
  1. Выявлен характер изменения структуры оптимального блочного резервирования системы в зависимости от варьируемых параметров при условии реализации найденных в работе границ существования экстремумов. Установлено, что при увеличении вероятности отказа равнонадежных и неравнонадежных элементов и равнонадежных переключателей структура оптимального резервирования меняется от общего через блочное к раздельному резервированию.
  2. Показано, что в случае неравнонадежных элементов и переключателей предсказать поведение структуры оптимального блочного резервирования при изменении варьированных параметров не представляется возможным. Структура оптимального резервирования может быть найдена только расчетов на основе по разработанной методике при конкретных исходных данных.
  3. Установлено, что полученные в работе теоретический и методический материалы хорошо согласуются с результатами расчетных данных. В частности установлено, что показатели безотказности систем управления ЛА, вычисленные по приближенным и точным методикам совпадают до двух – четырех знаков после запятой.

Практическая значимость результатов работы состоит в следующем:

  1. Полученные научные результаты имеют методическую направленность, что обеспечивает возможность их использования для улучшения показателей надежности систем управления широкого класса объектов.
  2. Разработанный метод оптимизации структуры блочного резервирования позволяет существенно повысить вероятность безотказной работы систем управления ЛА по сравнению с неоптимальными вариантами, например, по сравнению с раздельным и общим резервированиями.
  3. Отдельные результаты работы могут быть использованы в процессе проектирования ЛА и их систем управления для улучшения характеристик безотказности существующих, а также перспективных технических систем, их подсистем и элементов.
  4. Полученные результаты являются законченными в методическом отношении и обладают полнотой проведенных исследований в соответствии с поставленной задачей.

Достоверность результатов, полученных в диссертационной работе, подтверждается:

  • корректным использованием математических моделей надежности и современных математических методов оптимизации;
  • соответствием точности применяемых в работе приближенных математических моделей и точности исходных данных, а также получаемых результатов;
  • сопоставлением результатов расчетов, полученных разными способами;
  • значительным объемом выполненных в работе вычислений, результаты которых являются непротиворечивыми и укладываются в рамки существующих представлений теории надежности.

Основные положения диссертационной работы, выносимые на защиту:

  1. Условия существования экстремума блочного резервирования систем управления ЛА, справедливые как для случая равнонадежных элементов и переключателей, так и для случая неравнонадежных элементов и равнонадежных переключателей.
  2. Приближенная аналитическая методика блочной оптимизации для случая равнонадежных элементов и переключателей.
  3. Точная численная методика блочной оптимизации для случаев равнонадежных элементов и переключателей, а также неравнонадежных элементов и переключателей.
  4. Графоаналитическая модель возможных способов блочного резервирования системы в виде взвешенного ориентированного реберного графа, позволяющая учесть при расчетах выявленные особенности систем управления ЛА.
  5. Алгоритм оптимизации блочного резервирования, использующий выбор маршрута с максимальным весом на взвешенном графе.
  6. Результаты численного тестирования разработанного в среде MATLAB программно-математического обеспечения, реализующего предложенные методики и алгоритмы оптимизации безотказности систем управления ЛА, Рекомендации по изменению структуры резервирования систем управления ЛА и повышению их безотказности.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались на 11-й Международной конференции «Системный анализ и управление» (Крым, Евпатория, 2006), на 35-й Гагаринских чтениях по космонавтике (Московский авиационный технологический институт им. К.Э.Циолковского. 2009), и неоднократно на научных семинарах кафедры 604 Московского авиационного института (государственного технического университета, МАИ).

Публикации. Основные материалы диссертационной работы опубликованы в 4 печатных работах. В том числе одна работа опубликована в журнале, рекомендуемом ВАК.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, выводов по работе и списка литературы из 140 наименований. Работа содержит 143 страницы печатного, 44 рисунка и 10 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность диссертационной работы, и формулируются основные цели и задачи работы. Рассматриваются методы исследований, раскрывается новизна и практическая значимость работы. Описывается структура и содержание диссертации.

Первая глава посвящена постановке задачи оптимизации структуры резервирования систем управления ЛА. В ней рассматривается методология исследования надежности сложных систем вообще и систем управления ЛА, в частности, с единых системотехнических позиций. Основу этой методологии составляет декомпозиция систем в соответствии с иерархическим принципом их построения. Дело в том, что все системы, сколь сложны и многообразны они ни были, имеют иерархический принцип построения. Он заключается в следующем. Исходная система состоит из нескольких главных подсистем первого уровня, определяемых схемой членения. Каждая из них, в свою очередь, состоит из подсистем более низкого уровня. Процесс декомпозиции продолжается до тех пор, пока не будет достигнут требуемый уровень детализации. На каждом уровне декомпозиции для каждой из подсистем могут быть построены структурные схемы исследования их надежности (структурные схемы надежности), которые в случае отсутствия резервирования имеют вид последовательного соединения элементов (основное соединение), а при наличии резервирования – вид параллельно – последовательного соединения элементов.

Таким образом, выстраивается дерево структурных схем надежности (ССН), которое существенно облегчает исследование надежности, как отдельных подсистем, так и системы в целом. Это обусловлено тем, что показатели надежности подсистем одного уровня достаточно простые и обозримые и кроме того они входят в качестве элементов в ССН вышележащего уровня, позволяя последовательно переходить от расчета показателей надежности на нижних уровнях к вышележащим уровням.

Естественной моделью ССН на любом уровне членения является граф. В зависимости от удобства представления и исследования в качестве моделей ССН могут использоваться как реберные, так и вершинные графы.

В соответствии с иерархическим принципом построения систем на определенном этапе членения технических систем в качестве одной из подсистем выступает система управления ЛА (СУ ЛА). При отсутствии резервирования структурная схема надежности систем управления ЛА представляет последовательное соединение всех ее каналов (контуров), так как отказ любого из них приводит к отказу всей системы управления. Для повышения надежности в некоторых ЛА резервируется вся система управления. В этом случае ее ССН представляет параллельное соединение.

Pages:     || 2 | 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»