Оптимизация построения подсистем сбора информации бортового комплекса управления перспективных космических аппаратов научно-производственного объединения прикладной механики имени академика М. Ф. Решетнева

E. A. Mizrakh, A. S. Sidorov

THE ANALYSIS OF PHOTOVOLTAIC ARRAY SIMULATOR WITH CASCADE PARALLEL CONTINUOUS POWER AMPLIFIERS

The results of analysis ofphotovoltaic array simulator with parallel continuous power amplifiers are presented.

УЦК 629.783.051

В. Н. Школьный

ОПТИМИЗАЦИЯ ПОСТРОЕНИЯ ПОДСИСТЕМ СБОРА ИНФОРМАЦИИ БОРТОВОГО КОМПЛЕКСА УПРАВЛЕНИЯ ПЕРСПЕКТИВНЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ОББЕДИНЕНИЯ ПРИКЛАДНОЙ МЕХАНИКИ ИМЕНИ АКАДЕМИКА М. Ф. РЕШЕТНЕВА

Рассмотрено построение интегрированной подсистемы сбора информации для внешнего и внутреннего контура управления перспективных космических аппаратов (КА) Научно-производственного объединения прикладной механики имени академика М. Ф. Решетнева (НПО ПМ). Проанализированы технические требования, позволяющие оптимизировать информационный обмен. Рассмотрена возможность достижения уровня достоверности информации, достаточного для принятия решения. Приведен пример построения интегрированной подсистемы сбора информации.

Бортовые и наземные системы управления при правильном проектировании образуют единую распределенную в пространстве систему с параллельными асинхронными процессами.

Увеличение числа функций и, следовательно, сложности и стоимости бортовой части целесообразно только при снижении требований к наземным системам управления и достижении положительного технического и экономического эффекта.

На КА, эксплуатируемых в настоящее время, традиционно применяются две системы сбора информации: бортовая информационно-телеметрическая система, основной задачей которой является сбор и передача информации во внешний (наземный) контур управления, и подсистема сбора управляющей информации бортового цифрового вычислительного комплекса (БЦВК) для использования во внутреннем (автономном) контуре управления.

Цля вновь разрабатываемых НПО ПМ КА с целью уменьшения нагрузки на наземный комплекс управления (НКУ) ставятся задачи дальнейшего повышения автономности КА, снижения объема передаваемой информации при оптимизации построения бортовых средств управления, в частности создания интегрированной системы сбора и обработки информации на борту, принятия решений на борту и т. д.

Анализ современных тенденций развития бортовых информационно-телеметрических систем и подсистем сбора информации (ПСИ) для бортовых управляющих вычислительных комплексов, реально сложившегося функционального использования телеметрической и управляющей информации, тенденции сходимости схемотехнических решений, применяемой элементной базы высокой степени интеграции, унификации датчиково-

преобразующей аппаратуры, требований минимизации массогабаритных и энергетических затрат позволяет сделать вывод о необходимости применения единой интегрированной подсистемы сбора информации для внешнего и внутреннего контура управления КА.

Исходя из условий применений интегрированной ПСИ, расширения ее функциональных возможностей сформулированы дополнительные технические требования, позволяющие оптимизировать информационный обмен как во внутреннем, так и во внешнем контурах управления космическим аппаратом:

1. Интегрированная ПСИ должна обеспечивать сбор информации со всех типов датчиков, используемых как во внутреннем, так и во внешнем контуре управления:

- определение состояния двухуровневых телеметрических (ТМ) датчиков;

- 8-разрядная оцифровка показаний температурных ТМ датчиков;

- 8-разрядная оцифровка показаний однополярных аналоговых ТМ датчиков;

- 12-разрядная оцифровка показаний двухполярных аналоговых ТМ датчиков.

2. Информационно-логическое сопряжение с бортовой аппаратурой: прием и запоминание импульсных сигналов, 16-разрядных, 32-разрядных слов, 512-разрядных массивов, числоимпульсных кодов.

3. Формирование ТМ структуры интерфейса «борт-земля».

4. Цопусковый контроль ТМ датчиков.

5. Запоминание результатов измерения и результатов допускового контроля.

6. Прием и исполнение команд управления.

7. Сопряжение интерфейсов с командно-измерительной системой (КИС) и БЦВМ.

Важнейшим аспектом создания интегрированной ПСИ является обеспечение достоверности информации, необходимой для принятия решения по управлению.

Решения по управлению могут приниматься как с целью изменения режима работы спутника или его целевой аппаратуры, так и парирования аномальный ситуаций на борту. В любом случае ошибка при принятии решения может привести к достаточно серьезным последствиям: от срыва выполнения целевой задачи и вывода КА из системы до полной потери аппарата.

Одной из важных составляющих принятия правильного решения по управлению является использование достоверной информации. Сам процесс обеспечения потребителей во внутреннем и внешнем контурах управления достоверной информацией является достаточно сложным и многоуровневым, начиная с уровня разработки общих требований к объему параметров, необходимых для управления и контроля КА в целом, уровня выбора и схемной реализации контрольных параметров, при разработке бортового оборудования, создания бортовой кабельной сети сбора и передачи ТМ информации, уровня собственно бортовой аппаратуры сбора и обработки информации и заканчивая уровнем средств доставки и предоставления информации потребителю (радиолиния, средства наземной автоматизированной обработки телеметрической информации), которые зачастую не разрабатываются для каждого конкретного КА, но являются черезвычайно важными с точки зрения обеспечения потребителя достоверной информацией. В общем случае можно рассматривать следующие факторы, приводящие к получению недостоверной информации:

- необратимый отказ в преобразователе, линии передачи или схеме обработки параметра;

- воздействие кондуктивнык и электромагнитнык помех;

- единичные сбои.

Для каждого из этих факторов существуют известные методы защиты от получения недостоверной информации, например, резервирование, экранировка линий связи, использование мажоритарных схем, математическая обработка измерений и т. д.

Примером интегрированной ПСИ может являться аппаратура сбора и выдачи телеметрической информа-

ции (АСВТМИ), входящая в состав бортового информационно-вычислительного комплекса (БИВК).

Контроллер телеметрии реализован в секции мультиплексора на базе модулей мультиплексора и моста (см. рисунок).

В состав контроллера входят следующие узлы:

1) микроконтроллер ADSP1281, имеющий в своем составе оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) данных и ОЗУ программ;

2) постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) программ, состоящее из двух банков FLASH;

3) ОЗУ моста, которое представляет собой память с одновременным доступом со стороны микроконтроллера и каналов А, Б ВМ БИВК;

4) мультиплексор обмена с контроллерами секций каналов основного и резервного набора измерительных модулей (всего четыре направления);

5) канал связи с КИС;

6) служебный канал, используемый для наземной отработки;

7) линии приема внешних разовых команд РК XX и РК УУ

Структурно телеметрическая часть БИВК состоит из

двух идентичных наборов измерительных модулей (ИМ): основного и резервного. Измерительная информация снимается только с одного из каждой пары «основной-резервный» модулей.

Модули внутри набора сгруппированы в измерительные секции, каждая секция связана отдельным интерфейсом с двумя мультиплексорами сбора телеметрической информации (ТИ). Опрос и обработка данных, а также раскладка данных в кадры для передачи в канал КИС выполняется на основании набора контекстных таблиц: первой - таблицы задания номеров измерительных каналов (ТНК), второй - таблицы алгоритмов обработки (TAO).

Все измерительные модули работают параллельно. Измерительный цикл (50 мс) разбит на интервалы по 200 мкс. Таким образом, цикл каждого измерительного модуля содержит 250 интервалов. Интервал (200 мкс) обеспечивает измерение сигнала с одного ТМ датчика для аналоговых и температурных модулей либо одной группы из 5 входов для дискретных модулей. Для опроса дат-чиковой аппаратуры доступны 224 интервала за цикл,

О

О

Буфер текущих измерений

Буфер статуса

Буфер событий

Буфер «важныгс» событий

Буфер обмена данными программной телеметрии

I

Буфер команд ЦП БИВК

ОЗУ МОСТА

ЦП МК ОЗУ МК FLASH1

Микроконтроллер FLASH0

i 1 ь \

Мультиплексор обмена с контроллерами секций

КС1

I

КС2

ал

на

а

к

и й

Л н б

е N

на £

С

Рч

Рч

Упрощенная структурная схема одного канала контроллера телеметрии

остальные зарезервированы для служебных целей: опроса калибровочных входов и обработки накопленной информации.

Порядок опроса определяется для каждого измерительного модуля персональной таблицей ТНК, содержащей для каждого измерительного интервала номер опрашиваемого входа и признак необходимости контроля обрыва кабельной сети для аналоговых модулей. Последовательным опросом одного и того же входа можно «растянуть» опрос и уменьшить влияние переходного процесса в линии или увеличить квант процессорного времени на обсчет предыдущего отсчета. Опрашивая один и тот же вход несколько раз в течение одного цикла, можно повысить частоту опроса для отдельных датчиков.

Полученные от измерительного модуля данные обрабатываются в контроллере секции подпрограммой, адрес которой находится в ТАО по индексу, соответствующему номеру канала. Для аналоговых параметров подпрограмма может включать цифровую фильтрацию или усреднение за цикл опроса, а для дискретных - выбор порога и длительности времени переключения для фиксации состояния (защиты от дребезга). Выходные буфера данных на этом этапе - одно 16-битное слово для каждого аналогового канала на весь цикл измерения (50 мс), 1 бит для каждого измерения каждого дискретного сигнала.

Значение каждого сигнала температуры или аналогового сигнала представляет собой 12 бит и упаковывается в одно 16-разрядное слово. При передаче аналоговых измерений в мультиплексор производится нормализация до 8 бит.

Кроме результатов измерений ТМ-параметров существуют следующие типы данных, для которых отводятся канальные интервалы и место в буфере ОЗУ данных передачи:

- аналоговые данные - значения калибровок, значения потребляемой мощности;

- дискретные данные - флаги состояния модулей, контрольные коды самотестирования.

Пересылка накопленных отсчетов производится асинхронно по запросу мультиплексора и не прерывает цикл опроса. Мультиплексор на основании контекстных таблиц раскладки формирует телеметрические кадры.

Аппаратное усреднение при опросе суммирует ряд последовательных, идущих друг за другом измерений одного канала и позволяет уменьшить влияние высокочастотного (свыше 15 КГц) шума и переходных процессов во входных аналоговых цепях. Программное интегрирование усредняет значение ряда значений измерений, разнесенных по циклам измерения, и позволяет уменьшить влияние низкочастотных (5-200 Гц) помех на аналоговые входы.

Нормализация аналоговых данных. Нормализация данных выполняется в следующем порядке:

1. Если обнаружены неисправности измерительного модуля или кабельной системы, выходному значению присваивается соответствующий код ошибки, и процедура нормализации завершается.

2. Сумма, накопленная в буфере промежуточного значения, уменьшается на величину значения 0 на калибровочном входе соответствующего модуля.

3. Если результат меньше, чем нижняя граница рабочего диапазона измерений, выходному значению присваивается кодовое значение ошибки выхода за нижнюю границу нормализации.

4. Если результат превышает верхнюю границу рабочего диапазона измерений, выходному значению присваивается кодовое значение ошибки выхода за верхнюю границу нормализации.

5. В остальных случаях результат уменьшается на величину базового смещения сигнала из ТАО (нижняя граница рабочего диапазона измерений). Полученная разность умножается на коэффициент нормализации. Коэффициент нормализации рассчитывается как 250, деленное на разность между верхней и нижней границами рабочего диапазона измерений.

6. Полученный процентный код в диапазоне от 0 до 249 принимается за выходное значение.

Примечание. Программное масштабирование измеренных значений аналоговых сигналов позволяет сохранить заданную точность измерений на различных участках рабочего диапазона датчиков, что позволяет унифицировать типономиналы применяемых датчиков. Нормализация до 8 бит позволяет уменьшить плотность потока данных аналоговых измерений при сохранении веса младшего дискрета 0,4 % от величины рабочего диапазона измерений.

Коды ошибок: 250 - резерв; 251 - обрыв в бортовой кабельной сети (БКС); 252 - ошибка выхода за нижнюю границу нормализации; 253 - ошибка выхода за верхнюю границу нормализации; 254 - резерв; 255 - резерв.

Дискретные каналы. Сигналы от дискретных датчиков считываются группами по 5. Все параметры съема для каждого из физических сигналов внутри группы одинаковы. Измерение уровня входного сигнала производится по двум порогам, результат может быть определен для каждой группы соответствующим параметром в ТАО по любому из порогов либо по двум сразу (режим триггера Шмидта). Выходные значения каждого модуля измерения дискретных сигналов упаковываются в один 80-битный буфер. Кроме текущих логических состояний, индицируется отдельными флагами наличие событий и запомненных состояний. Флаги событий и запомненных состояний сигнализируют о переходе сигнала в отслеживаемое состояние, в течение измерительного цикла, на время не менее, чем определено в ТАО.

При обнаружении события мультиплексор формирует запись в буфере событий, содержащую информационный срез текущего измерительного цикла, если событие помечено как «важное», то при наличии свободного места в буфере важных событий формируется также запись в буфере важных событий.

Информация о запомненных состояниях за цикл, полученная от измерительных модулей, добавляется (логическое ИЛИ) к содержимому зоны запомненного состояния цифровых датчиков буфера обмена данными программной телеметрии, что позволяет гарантированно отслеживать кратковременные изменения состояний дискретных датчиков.

Для передачи информации в НКУ АСВТМИ формирует ТМ сообщения в структуре телеметрических фор-

матов. Формат - это последовательность транспортировочных кадров (ТК). Аппаратура позволяет пользователю формировать до 8 форматов длиной от 1 до 32 кадров. Длина формата определяется пользователем для каждого формата отдельно. Любой из 8 форматов может состоять из любых доступных запрограммированных пользователем кадров.

Структура 8 типов форматов определяется в контекстной таблице «ТФКИС». В этой же таблице задается номер формата по умолчанию, этот формат является исходным после включения. Смена текущего формата может производиться программным путем от вычислительного модуля. Структура транспортировочного кадра следующая: - информационное поле кадра - 295...1 063 байт (551 по умолчанию);

- контрольная сумма кадра для информационного поля по алгоритму CRC16.

Контрольная сумма кадра (КСТК) расположена в последних 2 байтах кадра и подсчитывает контрольную сумму информационного поля, не включая саму контрольную сумму и первые байты информационного поля, количество которых определяется специальной константой.

Таким образом, АСВТМИ за счет аппаратной и программной обработки измерений, формирования служебных признаков и контрольной суммы позволяет существенно повысить достоверность информации, передаваемой в бортовой и наземный контур управления, увеличить автономность КА, снизив тем самым загрузку НКУ

V. N. Shkolniy

OPTIMIZATION OF ON-BOARD CONTROL SUBSYSTEM CONSTRUCTION OF PROMISING SPACECRAFTS OF FSUE «ACADEMICIAN M. F. RESHETNEV NPO PM»

It is dealt integrated data gathering sub-system construction for external and internal (control) loop of promising NPO PM spacecrafts. Technical performance requirements enabled to optimize data exchange are analyzed. It is dealt scope for attainment of data authencity level that is sufficient for decision making. For illustration is cited the integrated data gathering sub-system construction.

ХДК 519.68

Т. Р. Ильина, Г. Б. Хоролич

ЗАДАЧА ПЛАНИРОВАНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТРАНСПОРТНЫХ РЕСУРСОВ В УСЛОВИЯХ НЕРЕГУЛЯРНОГО ПОСТУПЛЕНИЯ ЗАКАЗОВ НА ОБСЛУЖИВАНИЕ

Выполнена формализация задачи планирования распределения транспортных ресурсов в условиях нерегулярного поступления заказов на обслуживание. Для данной оптимизационной задачи предложен регулярный поисковый алгоритм отыскания решения.

Рассмотрим систему, имеющую транспортные ресурсы для обслуживания заявок, поступающих нерегулярно в некоторые случайные моменты времени. Примерами таких систем являются предприятие, занятое выпуском мелкосерийной продукции, сеть обслуживания торговых точек, станция скорой помощи и другие подобные системы. В таких системах возникает задача многократного распределения ресурсов в произвольный момент времени. Если речь идет о производстве, то возникает задача распределения внутрицехового транспорта, обеспечивающего производственными ресурсами оборудование, занятое производственными операциями, либо задача распределения межцехового транспорта, предназначенного для обслуживания производственного процесса между цехами. Проблема поддержки непрерывности производственных процессов является актуальной для предприятий с мелкосерийным типом производства. Анализ таких предприятий показывает, что время, когда изделие находится непосредственно в обработке, составляет не более десяти процентов от времени изготовления

изделия [1]. Остальное время приходится на процессы перемещения и хранения изделий и их составных частей. Если рассматривается сеть обслуживания торговых точек, то возникает задача распределения транспортных средств, занятых развозом товаров в условиях меняющегося рынка - это и изменение сети обслуживания, и появление новых товаров, и изменения в спросе. При работе станции скорой помощи возникает задача распределения машин по поступающим вызовам. Во всех этих примерах для успешной работы системы (отсутствия простоев оборудования, дефицита товаров, своевременного получения медицинской помощи) должно иметь место эффективное распределение транспортных ресурсов.

Таким образом, возникает необходимость частого решения специфических задач планирования загрузки транспортных ресурсов, причем в условиях дефицита времени, что затрудняет использование известных моделей и методов, которые обычно не учитывают новых условий и требуют значительного времени для вычислений [2].