Модель бортового вычислителя авиационного средства поражения

Полезная модель относится к области ракетной техники, в частности к области систем автоматического управления авиационными средствами поражения (АСП). Технический результат заключается в создании бортового вычислителя АСП, обладающего расширенными диагностическими возможностями для повышения надежности и безопасности применения АСП.
Современные системы управления АСП являются сложными, многоэлементными, цифровыми комплексами. В связи с повышенными требованиями к надежности и безопасности применения АСП существует проблема обеспечения надежности системы управления, ее исполнительных элементов. Существующая проблема решается за счет реализации функции самодиагностики исполнительных элементов системы управления и внедрением в бортовом вычислителе функции анализа результатов их самодиагностики с принятием соответствующих решений.
Известна микропроцессорная система [1], содержащая микропроцессорные модули, внешний оперативное запоминающее устройство, устройство связи с памятью, блок коммутации и генератор импульсов, при этом информационный вход-выход, адресный и управляющие входы запоминающего устройства связаны соответственно с информационным входом-выходом, адресным и первыми управляющими входами каждого микропроцессорного блока, а также с информационным входом, адресным и первыми управляющими выходами устройства связи с памятью. Синхронизация работы блоков системы осуществляется по сигналам с генератора тактовых импульсов. В данной системе отсутствует тестовый контроль и контроль правильности функционирования входящих в ее состав блоков.
Известны другие специализированные управляющие вычислительные системы и системы управления и обработки данных [2, 3, 4].
Недостатком этих систем являются ограниченные функциональные возможности из-за их узкой специализации - они являются корабельными.
Известный бортовой вычислитель, принятый за прототип [5], содержит подключенную к системной интерфейсной магистрали микроэлектронную вычислительную машину (микроЭВМ), включающую процессор, постоянное запоминающее устройство микроЭВМ, оперативное запоминающее устройство микроЭВМ, энергонезависимое запоминающее устройство микроЭВМ, связанные между собой внутренней магистралью микроЭВМ, адаптеры каналов информационного обмена, входы-выходы которых являются входами-выходами каналов информационного обмена бортового вычислителя, устройство разовых команд, входы и выходы которого являются соответственно входами и выходами разовых команд бортового вычислителя, при этом микроЭВМ содержит входы конфигурации и вход-выход последовательного интерфейса, которые являются соответственно входами конфигурации и входом-выходом последовательного интерфейса бортового вычислителя, постоянное запоминающее устройство выполнено в виде перепрограммируемого запоминающего устройства микроЭВМ, реализованного на основе элементов с электрическим стиранием и программированием, а источник электропитания бортового вычислителя имеет выход перезапуска вычислителя, который соединен с входом сброса процессора микроЭВМ.
Недостатком данного бортового вычислителя является отсутствие функции анализа результатов самодиагностики составных частей с принятием соответствующих решений и средств для ее реализации.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание бортового вычислителя АСП с более широкими функциональными возможностями и повышенной надежностью функционирования, безопасностью применения АСП на основе анализа результатов самодиагностики исполнительных элементов (составных частей) системы управления АСП с принятием соответствующих решений и средств для их реализации.
Сущность полезной модели поясняется фиг. 1 и 2, на которых изображены:
на фиг. 1 - функциональная схема бортового вычислителя; на фиг. 2 - функциональная схема программного модуля самодиагностики АСП;
1 - микропроцессорный модуль бортового вычислителя;
2 - системная магистраль бортового вычислителя;
3 - приемопередатчик;
4 - микропроцессор;
5 - функциональное программное обеспечение;
6 - блок самодиагностики АСП;
7- блок приема временных меток;
8 - вторичный источник питания;
1
9 - вход-выход к первому исполнительному элементу системы управления;
N
9 - вход-выход к N-му исполнительному элементу системы управления;
1
10 - вход сигнала временной метки от первого исполнительного элемента системы управления;
N
10 - вход сигнала временной метки от N-го исполнительного элемента системы управления;
11 - вход от первичного источника питания;
12 - блок выработки исполнительных команд;
1
13 - первый выход на исполнительные элементы системы управления;
N
13 - N-ый выход на исполнительные элементы системы управления;
14 - блок приема информации самодиагностики исполнительных элементов системы управления;
15 - блок приема и контроля параметров от исполнительных элементов системы управления в реальном времени;
16 - блок обработки и принятия решений.
Здесь N - количество исполнительных элементов системы управления.
Микропроцессорный модуль бортового вычислителя 1, подключен к системной магистрали бортового вычислителя 2 содержит: приемопередатчик 3, микропроцессор 4, входящие в его состав функциональное программное обеспечение 5 и блок самодиагностики АСП 6, блок приема временных меток 7, блок выработки исполнительных команд 12 и вторичный источник питания 8, имеющий вход от первичного источника питания 11.
1
N
Микропроцессорный модуль бортового вычислителя 1 представляет собой часть бортового вычислителя АСП, выполняющую вычисление и выдачу команд управления исполнительным элементам через выходы 13-13, а также функции управления режимами работы и диагностирования.
1
N
Системная магистраль бортового вычислителя 2 представляет собой шину CAN, предназначенную для высокоскоростного обмена информацией между микропроцессорным модулем бортового вычислителя 1 и всеми исполнительными элементами системы управления через входы-выходы 9-9.
Приемопередатчик 3 представляет собой трансивер, преобразующий физический уровень интерфейса CAN в сигналы TTL уровня микропроцессора 4.
Микропроцессор 4 является высокоинтегрированным, включающим в себя процессорное ядро, энергонезависимую память, оперативную (энергозависимую) память, интерфейсы.
1
N
Функциональное программное обеспечение 5, выполняемое микропроцессором 4, производит вычисление команд управления для наведения АСП, а также содержит функции управления режимами работы, кроме того для синхронизации всего процесса управления АСП функциональное программное обеспечение 5 использует временные метки, которые через входы сигнала 10-10 от исполнительных элементов системы управления и блок приема временных меток 7 поступают в микропроцессор 4.
Блок самодиагностики АСП 6 включает в себя: блок приема информации самодиагностики исполнительных элементов системы управления 14, блок приема и контроля параметров исполнительных элементов системы управления в реальном времени 15 и блок обработки и принятия решений 16.
1
N
Блок приема временных меток 7 принимает сигналы от исполнительных элементов системы управления через входы 10-10 и преобразует их в сигнал, воспринимаемый микропроцессором 4.
Блок вторичного источника питания 8, имеющий вход от первичного источника питания 11, преобразует напряжение первичного источника питания (27 В) в ряд напряжений, необходимых для питания частей микропроцессорного модуля 1 (поз. 3, 4, 7, 12 на фиг. 1).
1
N
1
N
Исполнительные элементы системы управления представляют собой самостоятельные микропроцессорные устройства, выполняющие различные функции и взаимодействующие между собой и бортовым вычислителем АСП посредством системной магистрали бортового вычислителя 2 через входы-выходы 9-9 и сигналов временных меток через входы 10-10. Исполнительные элементы системы управления имеют встроенные средства самодиагностики, предназначенные для проведения теста при запуске системы управления (подача питания) и непрерывного контроля работоспособности в реальном времени.
1
N
Блок выработки исполнительных команд 12 необходим для выдачи аналоговых, силовых сигналов на внешние исполнительные элементы системы управления через выходы 13-13 (сигналы на соленоиды, клапаны, электровоспламенители, и т.д.).
Бортовой вычислитель работает следующим образом.
1
N
1
N
1
N
При подаче питания на микропроцессорный модуль бортового вычислителя 1 по входу от первичного источника питания 11 через вторичный источник питания 8, микропроцессор 4 начинает выполнение функционального программного обеспечения 5 и начинает работу блок самодиагностики АСП 6. После выполнения процедуры начальной инициализации микропроцессорный модуль бортового вычислителя 1 в блоке самодиагностики АСП 6 ожидает результаты внутреннего самоконтроля от исполнительных элементов системы управления через входы-выходы 9-9. Блок приема информации самодиагностики исполнительных элементов системы управления 14, как часть блока самодиагностики АСП 6 в микропроцессоре 4, обеспечивает выборку информации из системной магистрали бортового вычислителя 2 через входы-выходы 9-9 и приемопередатчик 3, после получения всех результатов проводит первичный анализ. Блок приема и контроля параметров исполнительных элементов системы управления в реальном времени 15 при дальнейшей подготовке системы управления к работе в основном режиме непрерывно оценивает результаты самодиагностики и базовые параметры исполнительных элементов системы управления. Блок обработки и принятия решений 16 оценивает общую исправность системы управления АСП, проводит детальный анализ параметров исполнительных элементов системы управления, и в случае несоответствия их штатным, вырабатывает соответствующее решение, обрабатываемое в блоке выработки исполнительных команд 12 и далее соответствующие команды через выходы 13-13 доходят до исполнительных элементов системы управления. При критических условиях бортовой вычислитель выдает запрет на применение АСП.
В рабочем режиме (в полете АСП) бортовой вычислитель АСП оценивает параметры исполнительных элементов системы управления в реальном времени и сопоставляет их с заложенными в энергонезависимой памяти микропроцессора 4. В случае превышения пороговых значений включается аварийный режим и вырабатываются соответствующие команды на исполнительные элементы системы управления для минимизации последствий от нештатного полета АСП.
Таким образом, в результате создания предлагаемой полезной модели решается техническая проблема обеспечения надежности системы управления и безопасности применения АСП за счет внедрения в бортовом вычислителе АСП блока самодиагностики АСП, где исполняются функции анализа результатов самодиагностики исполнительных элементов системы управления с последующим принятием соответствующих решений в микропроцессорном модуле бортового вычислителя.
Представленные фиг. 1, 2 и описание бортового вычислителя АСП позволяют, используя существующую элементную базу, изготовить его промышленным способом и использовать как основной элемент системы управления АСП.
Источники информации
1. А.С. СССР №907551, МПК G06F 15/16, 1982 г.
2. Свидетельство РФ №4394 на ПМ, МПК G06F 15/16, 1997 г.
3. Свидетельство РФ №4395 на ПМ, МПК G06F 15/16, 1997 г.
4. Свидетельство РФ №9321 на ПМ, МПК G06F 15/16, 1999 г.
5. Патент РФ №51250 на ПМ, МПК G06F 15/16, 2006, (прототип).