Способ повышения надежности параллельной магистрали в бортовой аппаратуре управления космических аппаратов

Здесь каждый контур имеет отдельный регулятор, настраиваемый в соответствии с передаточной функцией объекта регулирования [1]. В системе подчиненного регулирования внутренний контрур должен обладать максимальным быстродействием. Реализовать это требование можно на основе энергетического подхода к синтезу его параметров. Суть такого подхода заключается в использовании уравнения баланса между текущим значением внутренней энергии (запасенной системой) и ее значением в установившемся режиме, что обеспечивает минимальное время переходного процесса.

С позиции теории автоматического управления систему с управлением по уравнению энергетического баланса можно представить как систему с нелинейной коррекцией, в которой нелинейные коэффициенты передачи изменяются в направлении, обеспечивающем наиболее эффективное изменение воздействия регулятора в переходном процессе, чтобы получить минимальные время регулирования и динамическую ошибку [2]. Если внутренний контур может быть представлен апериодическим звеном с постоянной времени ^ то оптимизация сводится к компенсации, позволяющей нейтрализовать инерционность этого контура, однако степень приближения компенсации к абсолютной ограничивается пределом, при котором полоса пропускания замкнутого контура обеспечивает его помехозащищенность. Последнее условие может быть удовлетворено применением в

контуре пропорционально-интегрального регулятора с передаточной функцией:

°рег ( p ) =

pToc + 1 = Toe + _L

pTo To pTo

При условии Toc = Tu, где Toc - постоянная времени цепи обратной связи, статическая ошибка замкнутого контура сводится к нулю. Постоянную To называют постоянной времени интегрирования контура. Наименьшее значение To определяется максимальной полосой пропускания юп max замкнутого контура, при которой уровень шумов на его выходе не превышает допустимых значений: To = 1/Юср max, где Юср max - частота среза разомкнутого контура, соответствующая полосе пропускания юп max быстродействующего регулятора. Такая система обеспечивает устойчивую работу регуляторов каждого контура и обеспечивает достаточную устойчивость и жесткость всей системы в целом.

Библиографические ссылки

1. Системы подчиненного регулирования электроприводов переменного тока с вентильными преобразователями / О. В. Слежановский [и др.]. М. : Энер-гоатомиздат, 1983.

2. Казанцев Ю. М. Динамика управляемых преобразовательных устройств : учеб. пособие. Томск : Изд-во Том. политехн. ун.-та, 2011.

I. N. Zuev

JSC «Scientific-Production Center "Polus"», Russia, Tomsk

MATHEMATICAL MODELLING AND RESEARCH OF THE ROTATING DRIVE

OF GYRODIN FRAME

The author considers a functional scheme of a control system of a drive of rotation of a girodyne frame. The multiple-loop system of the subordinate control with consecutive correction is presented.

© Зуев И. Н., 2011

УДК 629.78.05.017.01

А. Н. Капустин

ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева», Россия, Железногорск

СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ МАГИСТРАЛИ В БОРТОВОЙ АППАРАТУРЕ УПРАВЛЕНИЯ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

Рассмотрен способ повышения надежности при передаче информации через параллельную магистраль в бортовой аппаратуре управления.

Бортовая аппаратура управления современных космических аппаратов (КА) должна иметь высокую надежность. Достигается это выбором элементной базы, схемотехническими решениями при проектировании, тщательным контролем параметров аппаратуры на всех этапах изготовления.

Методы резервирования на различных уровнях (элементов, функциональных устройств, блоков), осуществляется их дублированием, троированием и т. п. Экономически наиболее целесообразно применять более низкий уровень избыточности, поэтому при создании толерантной аппаратуры управления часто

(Решетневскце чтения

используют резервирование на уровне отдельных модулей и троирование модулей с вынесением решения по большинству, т. е. с мажоритарной логикой [1].

Блоки управления (БУ) современных КА являются устройствами автоматики, использующими традиционные контроллеры с параллельной шиной, так как параллельная передача данных между контроллером и устройствами ввода-вывода является по своей организации наиболее простым способом обмена. С архитектурной точки зрения параллельная шина является центральным системным элементом с высокой потенциальной ненадежностью. Она содержит десятки сигналов, к которым подключаются все модули своими активными интерфейсными элементами (шинными приемопередатчиками). Отказ любого элемента, при котором нарушаются электрические характеристики хотя бы одного сигнала, может привести к выходу из строя всей шины и, как следствие, переходу на резервный комплект БУ, что лишает возможности использовать остальные исправные модули.

Особую важность принимают случаи повышение живучести КА, когда необходимо выдать команду управления даже при наличии отказа в шине, например, вне зоны радиовидимости.

Локальное повышение помехоустойчивости модулей ввода-вывода рассмотрено во многих источниках информации, например, в [2] предложено использовать устройство, информация в котором одновременно записывается в три регистра и поразрядно мажорируется, при этом выходную информацию сравнивают с входной и при совпадении формируют сигнал, разрешающий использовать выходную информацию. При несовпадении сравниваемой информации формируют сигнал «сбой», по которому повторяется передача, в случае устойчивого наличия сигнала «сбой», говорящего об отказе, устройство переключают на резервный комплект. Способ хорошо зарекомендовал себя в аппаратуре, работающей в условиях действия тяжёлых заряженных частиц, воздействию которых подвержены элементы памяти. Поражение элементов памяти носит вероятностный характер, а для парирования в них одного отказа вводят троирование (регистры пространственно разнесены). Однако это устройство не может парировать отказы на параллельной магистрали.

Повысить надежность при передаче через параллельную магистраль позволяет способ, предложенный в работе [3]. Способ основан на многократном нечетном повторение информации со смещением информации на один бит (влево или вправо) относительно предыдущего с последующим поразрядным мажорированием. Оптимальным с точки зрения аппаратных и временных затрат является тройное повторение информации.

Суть способа для парирования одного отказа заключается в следующем. Для передачи информации через параллельную магистраль (шину), при наличии отказа в одном из разрядов магистрали, необходимо три раза передать (повторить) одну и ту же информацию, причем при второй передаче необходимо ин-

формацию сдвинуть на один разряд вправо (влево), а при третьей передаче информацию сдвинуть еще на один разряд вправо (влево), затем информацию с одноименных разрядов промажорировать. Таким образом, информация первого разряда будет передаваться первый раз в первом разряде, во второй раз во втором разряде, в третий раз в третьем разряде. Информация второго разряда будет передаваться первый раз во втором разряде, во второй раз в третьем разряде, в третий раз в четвертом разряде и т. д. Тройная информация, переданная о каждом разряде, голосуется каждая в своем мажоритарном устройстве и является выходной информацией.

Количество исправленных разрядов N в данном случае будет определяться:

N = п / 3,

где п - число разрядов в магистрали. Поэтому в каждом третьем разряде информация может быть исправлена, т. е. одновременное наличие неисправностей в 1, 4, 7, 10, 13 и т. д. (или 2, 5, 8, 11, 14 и т. д.) разрядах будет парировано.

Для парирования (исправления) этим способом двух и более отказов в разрядах магистрали, расположенных рядом, число передач К необходимо вычислять по формуле

К = 21 + 1,

где I - необходимое число парирований отказов в магистрали.

Для парирования отказов двух рядом расположенных разрядов (/ = 2, К = 2 • 2 + 1 = 5) необходимо пять раз выдавать информацию и мажорировать мажоритарным устройством «3 из 5». Для парирования отказов трех рядом расположенных разрядов (/' = 3, К = 2 • 3 + 1 = 7) необходимо семь раз выдавать информацию и мажорировать мажоритарным устройством «4 из 7» и т. д.

Данный способ широко применяется в ОАО «ИСС» в блоках управления космических аппаратов «Гло-насс-М» для повышения живучести за счет способности выдачи команд управления из контроллера в исполнительные устройства даже при наличии нескольких отказов в параллельной магистрали (шине).

Библиографические ссылки

1. Применение магистрально-модульного принципа при построении бортовой аппаратуры бортового комплекса управления космических аппаратов / Горностаев А. И. [и др.] // Материалы XII Междунар. науч. конф., посвящ. памяти ген. конструктора ракетно-космических систем акад. М. Ф. Решетнева ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2009. С. 20-22.

2. Пат. 2411568 Российская Федерация, МКИ в 06 Б 3/00. Устройство для вывода информации / Капустин А. Н. Заявл. 29.04.09 ; опубл. 10.02.11.

3. Патент 2413283 Российская Федерация, МКИ в 06 Б 13/38, в 06 Б 11/08. Способ передачи цифровой информации через параллельную магистраль / Капустин А. Н., Щербинин Ю. А. Заявл. 24.03.09 ; опубл. 27.02.11.

A. N. Kapustin

JSC «Academician M. F. Reshetnev «Information Satellite Systems», Russia, Zheleznogorsk

THE METHOD OF INCEASE OF RELIABILITY IS SHOW AT AN INFORMATION TRANSFER TROUGH A PARALLEL BUS IN OUBOARD EQUPMENT OF MANAGEMENT

The method of increase of reliability is shown at an information transfer through a parallel highway in onboard equipment of management.

© Капустин A. H., 2011

УДК 629.7.058.82, 62-716

В. В. Климаков, А. И. Улитенко, М. В. Чиркин Рязанский государственный радиотехнический университет, Россия, Рязань

А. В. Молчанов

Московский институт электромеханики и автоматики, Россия, Москва

ОХЛАЖДЕНИЕ БЛОКА ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ БЕСПЛАТФОРМЕННОЙ ИНЕРЦИАЛЬНОЙ НАВИГАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ

Рассматривается конструкция теплоотводящего элемента, встроенного в бесплатформенную инерциаль-ную навигационную систему, позволяющего отводить тепловую мощность 20 Вт при перепаде температуры не более 4 °С.

Тенденция развития современных бесплатформенных инерциальных навигационных систем (БИНС) неразрывно связана с усложнением проблемы их охлаждения. Повышенная температура и неоднородность ее распределения внутри блока чувствительных элементов (БЧЭ) уменьшают надежность навигационной системы и снижают достоверность получаемой информации. Так, например, температурную погрешность лазерного гироскопа, связанную с изменением конструктивных параметров и, как следствие, режимов работы систем регулирования (вибрационной частотной подставки, стабилизации тока разряда, периметра), полностью компенсировать за счет внутренних настроек не представляется возможным. Кроме того, дрейф температуры акселерометра приводит к изменениям характеристик магнитной системы, появлению деформаций и возмущающих сил в подвесе маятника, приводящих к изменению «нулевого сигнала» и крутизны выходной характеристики [1]. Дополнительно проблема охлаждения осложняется тем, что применение в качестве инерциальных датчиков лазерных гироскопов с вибрационной подставкой приводит к необходимости создания гибкого тепло-передающего тракта между блоком чувствительных элементов и корпусом БИНС с относительно малой жесткостью.

Настоящая работа посвящена проблеме уменьшения перегрева чувствительных элементов БИНС без изменения конструктивных особенностей корпуса прибора.

Для решения поставленной задачи рассмотрен метод, основанный на применении теплопередающего

элемента, встроенного в БИНС, не нарушающего существующую колебательную систему амортизации БЧЭ.

Разработанная конструкция представляет собой тепловую трубу с переменной проводимостью, обладающую гибкой структурой и разнесенными зонами конденсации и испарения (рис. 1). Корпуса испарителя и конденсатора имеют плоскую форму. Их внутренняя поверхность выстлана капиллярной структурой в виде сеточного полотна. Связь между испарителем и конденсатором обеспечивается с помощью гибкого парового канала (в пределах упругих деформаций) и гибкого канала для возврата теплоносителя. С целью обеспечения высокого движущего капиллярного напора по всей длине канала проложена гибкая спиральная артерия. Труба откачана и заполнена теплоносителем [2].

Рис. 1. Конструкция теплопередающего элемента на основе тепловой трубы: 1 - конденсатор; 2 - испаритель; 3 - паровой канал; 4 - гибкий канал возврата теплоносителя