Устройство определения технического состояния бортовых систем летательных аппаратов по результатам оценки параметров

Устройство определения технического состояния бортовых систем летательных аппаратов по результатам оценки параметров

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области цифровой вычислительной техники и может быть использовано в автоматических и автоматизированных системах различного назначения для определения технического состояния по результатам идентификации параметров бортовых систем летательного аппарата.

Известно устройство оценки диагностических признаков в основе которого лежит метод Калмановской фильтрации [1]. Его эффективное функционирование возможно в случае полной априорной информации и законов распределения внешних воздействий, что является существенным недостатком.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является устройство идентификации параметров динамических систем на основе вариационных принципов [2]. Однако его использование не позволяет получить требуемую точность при определении технического состояния бортовых систем летательных аппаратов.

Цель изобретения - повысить эффективность определения технического состояния по результатам идентификации параметров бортовых систем летательного аппарата. Указанный технический результат достигается за счет устройства определения технического состояния типовых бортовых систем летательных аппаратов по результатам оценки параметров, которое содержит следующие блоки: блок хранения констант; первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой, девятый, десятый блоки формирования произведения; блок формирования суммы; блок транспонирования; первый, второй блоки формирования разности; первый, второй, третий, четвертый блоки формирования функций ∂ H T ∂ x ^ , f ( x ^ ( m ^ ) , m ^ , t ) , H ( x ^ ( m ^ ) , m ^ , t ) , ∂ f ∂ m ^ соответственно; первый, второй, третий, четвертый блоки интегрирования; при этом на информационный вход блока хранения констант, который является входом устройства, поступает значение наблюдаемой величины; первый информационный выход блока хранения констант соединен с первым информационным входом блока формирования суммы; второй информационный выход блока хранения констант соединен с первым информационным входом первого блока формирования произведения и информационным входом блока транспонирования; третий информационный выход блока хранения констант соединен со вторыми информационными входами первого блока формирования произведения и первым информационным входом четвертого блока формирования произведения; четвертый информационный выход блока хранения констант соединен с первым информационным входом третьего блока формирования произведения и вторыми информационными входами шестого и девятого блоков формирования произведения; пятый информационный выход блока хранения констант соединен с первым информационным входом восьмого блока формирования произведения; шестой информационный выход блока хранения констант соединен с первым информационным входом второго блока формирования разности; седьмой информационный выход блока хранения констант соединен с первыми информационными входами первого, второго, третьего, четвертого блоков формирования функций ∂ H T ∂ x ^ , f ( x ^ ( m ^ ) , m ^ , t ) , H ( x ^ ( m ^ ) , m ^ , t ) , ∂ f ∂ m ^ соответственно; восьмой информационный выход блока хранения констант соединен со вторыми информационными входами первого, второго, третьего, четвертого блоков формирования функций ∂ H T ∂ x ^ , f ( x ^ ( m ^ ) , m ^ , t ) , H ( x ^ ( m ^ ) , m ^ , t ) , ∂ f ∂ m ^ соответственно; девятый информационный выход блока хранения констант соединен с третьими информационными входами первого, второго, третьего, четвертого блоков формирования функций ∂ H T ∂ x ^ , f ( x ^ ( m ^ ) , m ^ , t ) , H ( x ^ ( m ^ ) , m ^ , t ) , ∂ f ∂ m ^ соответственно; информационный выход первого блока формирования произведения соединен с первым информационным входом второго блока формирования произведения; информационный выход блока транспонирования соединен со вторым информационным входом четвертого блока формирования произведения; информационный выход четвертого блока формирования произведения соединен со вторым информационным входом третьего блока формирования произведения и первым информационным входом пятого блока формирования произведения; информационный выход третьего блока формирования произведения соединен со вторым информационным входом второго блока формирования произведения; информационный выход второго блока формирования произведения соединен со вторым информационным входом блока формирования суммы, информационный выход которого соединен с информационным входом первого блока интегрирования; информационный выход первого блока формирования функции ∂ H T ∂ x ^ соединен со вторыми информационными входами пятого и восьмого блоков формирования произведения; информационный выход восьмого блока формирования произведения соединен с первым информационным входом девятого блока формирования произведения, информационный выход которого соединен с первым информационным входом десятого блока формирования произведения; информационный выход второго блока формирования функции f ( x ^ ( m ^ ) , m ^ , t ) соединен с первым информационным входом первого блока формирования разности; информационный выход третьего блока формирования функции H ( x ^ ( m ^ ) , m ^ , t ) соединен со вторым информационным входом второго блока формирования разности, информационный выход которого соединен со вторыми информационными входами седьмого и десятого блоков формирования произведения; информационный выход седьмого блока формирования произведения соединен с информационным входом второго блока интегрирования; информационный выход десятого блока формирования произведения соединен со вторым информационным входом первого блока формирования разности, информационный выход которого соединен с информационным входом третьего блока интегрирования; информационный выход четвертого блока формирования функции ∂ f ∂ m ^ соединен с информационным входом четвертого блока интегрирования; информационный выход первого блока интегрирования соединен со вторым информационным входом первого блока формирования произведения и первым информационным входом четвертого блока формирования произведения; информационный выход второго блока интегрирования является выходом устройства, с него же снимается искомое значение неизвестного приведенного управляющего момента и соединен со вторыми информационными входами первого, второго, третьего, четвертого блоков формирования функций ∂ H T ∂ x ^ , f ( x ^ ( m ^ ) , m ^ , t ) , H ( x ^ ( m ^ ) , m ^ , t ) , ∂ f ∂ m ^ соответственно; информационный выход третьего блока интегрирования является выходом устройства, с него же снимается значение вектора состояния и соединен с третьими информационными входами первого, второго, третьего, четвертого блоков формирования функций ∂ H T ∂ x ^ , f ( x ^ ( m ^ ) , m ^ , t ) , H ( x ^ ( m ^ ) , m ^ , t ) , ∂ f ∂ m ^ соответственно; информационный выход четвертого блока интегрирования соединен с первым информационным входом первого блока формирования произведения и информационным входом блока транспонирования.

Сущность изобретения поясняется фиг.1, где представлено устройство определения технического состояния типовых бортовых систем летательного аппарата, которое содержит:

1 - блок хранения констант;

2.1 - первый блок формирования произведения;

2.2 - второй блок формирования произведения;

2.3 - третий блок формирования произведения;

2.4 - четвертый блок формирования произведения;

2.5 - пятый блок формирования произведения;

2.6 - шестой блок формирования произведения;

2.7 - седьмой блок формирования произведения;

2.8 - восьмой блок формирования произведения;

2.9 - девятый блок формирования произведения;

2.10 - десятый блок формирования произведения;

3 - блок формирования суммы;

4 - блок транспонирования;

5.1 - первый блок формирования разности;

5.2 - второй блок формирования разности;

6.1 - первый блок формирования функции ∂ H T ∂ x ^ ;

6.2 - второй блок формирования функции f ( x ^ ( m ^ ) , m ^ , t ) ;

6.3 - третий блок формирования функции H ( x ^ ( m ^ ) , m ^ , t ) ;

6.4 - первый блок формирования функции ∂ f ∂ m ^ ;

7.1 - первый блок интегрирования;

7.2 - второй блок интегрирования;

7.3 - третий блок интегрирования;

7.4 - четвертый блок интегрирования.

Устройство определения технического состояния типовых бортовых систем летательного аппарата работает следующим образом: на информационный вход блока 1 хранения констант поступает значение наблюдаемой величины; первый информационный выход блока 1 хранения констант соединен с первым информационным входом блока 3 формирования суммы; второй и третий информационные выходы блока 1 хранения констант соединены соответственно с первым и вторым информационными входами первого блока 2.1 формирования произведения; второй информационный выход блока 1 хранения констант соединен с информационным входом блока 4 транспонирования; третий информационный выход блока 1 хранения констант соединен с первым информационным входом четвертого блока 2.4 формирования произведения; четвертый информационный выход блока 1 хранения констант соединен с первым информационным входом третьего блока 2.3 формирования произведения; четвертый информационный выход блока 1 хранения констант соединен со вторыми информационными входами шестого блока 2.6 и девятого блока 2.9 формирования произведения; пятый информационный выход блока 1 хранения констант соединен с первым информационным входом восьмого блока 2.8 формирования произведения; шестой информационный выход блока 1 хранения констант соединен с первым информационным входом второго блока 5.2 формирования разности; седьмой информационный выход блока 1 хранения констант соединен с первыми информационными входами первого блока 6.1, второго блока 6.2, третьего блока 6.3 и четвертого блока 6.4 формирования функций ∂ H T ∂ x ^ , f ( x ^ ( m ^ ) , m ^ , t ) , H ( x ^ ( m ^ ) , m ^ , t ) , ∂ f ∂ m ^ соответственно; восьмой информационный выход блока 1 хранения констант соединен со вторыми информационными входами первого блока 6.1, второго блока 6.2, третьего блока 6.3 и четвертого блока 6.4 формирования функций ∂ H T ∂ x ^ , f ( x ^ ( m ^ ) , m ^ , t ) , H ( x ^ ( m ^ ) , m ^ , t ) , ∂ f ∂ m ^ соответственно; девятый информационный выход блока 1 хранения констант соединен с третьими информационными входами первого блока 6.1, второго блока 6.2, третьего блока 6.3 и четвертого блока 6.4 формирования функций ∂ H T ∂ x ^ , f ( x ^ ( m ^ ) , m ^ , t ) , H ( x ^ ( m ^ ) , m ^ , t ) , ∂ f ∂ m ^ соответственно; информационный выход первого блока 2.1 формирования произведения соединен с первым информационным входом второго блока 2.2 формирования произведения; информационный выход четвертого блока 2.4 формирования произведения соединен со вторым информационным входом третьего блока 2.3 формирования произведения и первым информационным входом пятого блока 2.5 формирования произведения; информационный выход третьего блока 2.3 формирования произведения соединен со вторым информационным входом второго блока 2.2 формирования произведения; информационный выход второго блока 2.2 формирования произведения соединен со вторым информационным входом блока 3 формирования суммы; информационный выход первого блока 6.1 формирования функции ∂ H T ∂ x ^ соединен со вторыми информационными входами пятого блока 2.5 и восьмого блока 2.8 формирования произведения; информационный выход пятого блока 2.5 формирования произведения соединен с первым информационным входом шестого блока 2.6 формирования произведения; информационный выход шестого блока 2.6 формирования произведения соединен с первым информационным входом седьмого блока 2.7 формирования произведения; информационный выход восьмого блока 2.8 формирования произведения соединен с первым информационным входом девятого блока 2.9 формирования произведения; информационный выход девятого блока 2.9 формирования произведения соединен с первым информационным входом десятого блока 2.10 формирования произведения; информационный выход второго блока 6.2 формирования функции f ( x ^ ( m ^ ) , m ^ , t ) соединен с первым информационным входом первого блока 5.1 формирования разности; информационный выход третьего блока 6.3 формирования функции H ( x ^ ( m ^ ) , m ^ , t ) соединен со вторым информационным входом второго блока 5.2 формирования разности; информационный выход второго блока 5.2 формирования разности соединен со вторыми информационными входами седьмого блока 2.7 и десятого блока 2.10 формирования произведения; информационный выход десятого блока 2.10 формирования произведения соединен со вторым информационным входом первого блока 5.1 формирования разности; информационный выход блока 3 формирования суммы соединен с информационным входом первого блока 7.1 интегрирования; информационный выход седьмого блока 2.7 формирования произведения соединен с информационным входом второго блока 7.2 интегрирования; информационный выход первого блока 5.1 формирования разности соединен с информационным входом третьего блока 7.3 интегрирования; информационный выход четвертого блока 6.4 формирования функции ∂ f ∂ m ^ соединен с информационным входом четвертого блока 7.4 интегрирования; информационный выход первого блока 7.1 интегрирования соединен со вторым информационным входом первого блока 2.1 формирования произведения и первым информационным входом четвертого блока 2.4 формирования произведения; информационный выход второго блока 7.2 интегрирования соединен со вторыми информационными входами первого блока 6.1, второго блока 6.2, третьего блока 6.3 и четвертого блока 6.4 формирования функций ∂ H T ∂ x ^ , f ( x ^ ( m ^ ) , m ^ , t ) , H ( x ^ ( m ^ ) , m ^ , t ) , ∂ f ∂ m ^ соответственно; информационный выход третьего блока 7.3 интегрирования соединен с третьими информационными входами первого блока 6.1, второго блока 6.2, третьего блока 6.3 и четвертого блока 6.4 формирования функций ∂ H T ∂ x ^ , f ( x ^ ( m ^ ) , m ^ , t ) , H ( x ^ ( m ^ ) , m ^ , t ) , ∂ f ∂ m ^ соответственно; информационный выход четвертого блока 7.4 интегрирования соединен с первым информационным входом первого блока 2.1 формирования произведения и информационным входом блока 4 транспонирования.

Заявленное изобретение направлено на повышение эффективности определения технического состояния бортовых систем летательных аппаратов, что также весьма важно на всех этапах создания, экспериментальной обработки и эксплуатации объектов ракетно-космической, авиационной, корабельной и других видов техники.

Приведенные результаты позволяют утверждать, что определение технического состояния по результатам идентификации параметров бортовых систем летательных аппаратов с использованием вариационных принципов и итерационной регуляризации обеспечивает увеличение эффективности диагностики бортовых систем в сравнении с известным фильтром Калмана.

Структура предлагаемого устройства определяется решением задачи определения технического состояния системы ориентации и стабилизации летательных аппаратов.

Модель системы ориентации и стабилизации представим в виде дифференциального уравнения

{ d ϕ d t = ϕ ˙ = ω , d ω d t = ω ˙ = U m ,                                                                                                                                                     ( 1 )

ω(0)=30, ω ˙ ( 0 ) = 1 ,

применив следующие обозначения x₀=ω, x 1 = x ˙ 0 = ϕ , получим

x ˙ = [ x ˙ 0 x ˙ 1 ] = f ( x ,   m ,   t ) = [ x 1 U m ] .                                                                                                           ( 2 )

где U - функция управления,

m=(M_упр+M_возм)/I - приведенный управляющий момент, [град/с²],

M_упр - управляющий момент,

M_возм - возмущающий момент,

I - момент инерции.

В идеальном случае, когда внешние возмущения отсутствуют, (M_возм=0), m=M_упр/I.

Приведенный управляющий момент позволяет осуществить обратную связь в системе ориентации и стабилизации, т.к. его значение зависит от отклонения текущего состояния системы g(t) от некоторого заданного состояния g(t)=(φ(t), ω(t)). Значение m выбирается на основании информации о текущем состоянии летательного аппарата. При этом источниками информации являются чувствительные элементы: датчики углов и датчики угловых скоростей с соответствующими уравнениями измерений

y = H ( x ,   t ) + n ( t ) = [ k ω 0 0 k ϕ ] [ x 0 x 1 ] + | ψ υ | ,                                                                                                                           ( 3 )

где k_φ, k_ω - передаточные коэффициенты,

ψ, υ - соответствующие погрешности измерений.

Функция управления U имеет вид

U = { − 1 , п р и y ≥ y с р , 0 , п р и | y | < y с р , 1 , п р и y ≤ − y с р ,                                                                                                                                                                                             ( 4 )

где y_ср - векторный порог срабатывания управляющих элементов;

некоторое фиксированное значение наблюдаемого векторного параметра,

y - текущее значение наблюдаемого векторного параметра.

При k_φ, k_ω=1 обобщенная функция управления имеет следующий вид

U = { − 1 п р и φ ≥ φ с р ,   | ω | < ω с р , 0 п р и φ ≥ φ с р ,   ω ≤ − ω с р , 1 п р и | φ | < φ с р ,   ω ≤ − ω с р , 1 п р и φ ≤ − φ с р ,   | ω | < − ω с р , 1 п р и ω ≤ − ω с р ,   ω ≤ − ω с р , 0 п р и ω ≤ − ω с р ,   ω ≥ ω с р , − 1 п р и | φ | < − φ с р ,   ω ≥ ω с р , − 1 п р и φ ≥ φ с р ,   ω ≥ ω с р , 0 п р и | φ | < φ с р ,   | ω | < ω с р .                                                                                                                                                           ( 5 )

Модель неизвестного неслучайного параметра

m ˙ = η ,   m ( 0 ) = 0.