Научные основы создания отказоустойчивых интегрированных вычислительных комплексов систем управления летательными аппаратами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.05, доктор технических наук Воробьев, Александр Владимирович

• Воробьев, Александр Владимирович
• доктор технических наук
• 2010

Оглавление диссертации доктор технических наук Воробьев, Александр Владимирович

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ И АЛГОРИТМЫ

ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ИНТЕГРИРОВАННЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНЫМИ АППАРАТАМИ

1.1. Анализ методов оценки надежности интегрированных вычислительных комплексов.

1.2. Математические модели и последовательность оценки надежности вычислительных комплексов с учетом избыточности.

1.3. Задача оптимального резервирования элементов интегрированных вычислительных комплексов.

1.4. Оптимизация систем бортового управления дискриминационным методом

1.5. Выводы по главе 1 и постановка задачи исследования.

Глава 2. МЕТОДЫ ОЦЕНКИ И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ СПОСОБОВ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ИНТЕГРИРОВАННЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНЫМИ АППАРАТАМИ

2.1. Анализ и синтез оптимальных законов управления самолетами с помощью принципа динамического программирования

2.2. Способы повышения надежности комплексных систем управления.

2.3. Математические методы прогнозирования перспективности комплексных систем управления по основным показателям качества.

2.4. Выводы по главе 2.

Глава 3. СПОСОБЫ И ТЕХНИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ

ИНТЕГРИРОВАННЫХ КОМПЛЕКСОВ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНЫМИ АППАРАТАМИ С ПОВЫШЕННОЙ НАДЕЖНОСТЬЮ.

3.1. Способы построения комплексных систем управления летательными аппаратами

3.2. Системы автоматического управления летательными аппаратами

3.3. Выводы по главе 3.

Глава 4. МЕТОДЫ И МОДЕЛИ ПОЛУНАТУРНЫХ ИСПЫТАНИЙ

ИНТЕГРИРОВАННЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНЫМИ АППАРАТАМИ.

4.1. Применение методов автоматизированного моделирования при полунатурных испытаниях вычислительных комплексов систем управления

4.2. Выбор вычислительных процедур и тактов интегрирования дифференциальных уравнений полета летательного аппарата и составление структурных схем комплексной системы автоматического управления

4.3. Выводы по главе 4.

Глава 5. СТЕНДОВЫЕ И ЛЕТНО-КОНСТРУКТОРСКИЕ ИСПЫТАНИЯ ИНТЕГРИРОВАННЫХ КОМПЛЕКСОВ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНЫМИ АППАРАТАМИ.

5.1. Стендовые испытания систем управления авиационными комплексами.

5.2. Применение мобильного отладочного стенда при летно-конструкторских испытаниях систем управления.

5.3. Повышение достоверности оценок надежности комплексных систем управления на основе теоремы Байеса с использованием данных летных испытаний.

5.4. Выводы по главе 5.

Глава 6. МЕТОДЫ ОЦЕНОК НАДЕЖНОСТИ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ИНТЕГРИРОВАННЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНЫМИ АППАРАТАМИ

6.1. Математические модели оценки надежности программного обеспечения и способы отладки рабочих программ.

6.2. Методы разделения классов случайных ошибок в программном обеспечении

6.3. Формирование алгоритмов резервирования и контроля вычислительных комплексов систем управления

6.4. Оценка интенсивности отказов на основе построения графов состояний.

6.5. Выводы по главе 6.

Глава 7. МЕТОДЫ И КРИТЕРИИ АВТОМАТИЧЕСКОГО

ТЕСТИРОВАНИЯ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ НА ОСНОВЕ ЭТАЛОННОЙ МОДЕЛИ

7.1. Технология тестирования программного обеспечения методов сравнения с эталонной моделью.

7.2. Методика и критерии выбора воздействий при тестировании программного обеспечения методом сравнения с эталонной модели

7.3. Критерии автоматической оценки результатов тестирования

7.4. Проверка формирования параметров предельных режимов полета алгоритмами СОС системы управления КСУ-35.

7.5. Выводы по главе 7.

ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Научные основы создания отказоустойчивых интегрированных вычислительных комплексов систем управления летательными аппаратами»

Разработка и создание интегрированных отказоустойчивых вычислительных комплексов систем управления летательными аппаратами (ИВК СУ ЛА) для получения заданных пилотажных характеристик представляет собой сложную научно-техническую проблему, связанную с необходимостью исследования нелинейных дифференциальных непрерывных и разностных уравнений высоких порядков, описывающих динамические процессы в летательном аппарате совместно с автоматической системой управления скоростями, координатами полета, а также углами и угловыми скоростями. В настоящее время аналитические методы решения уравнений высоких порядков еще не найдены, что затрудняет выбор параметров комплексных систем из условий устойчивости и показателей качества выходных характеристик при подаче на входы даже простых типовых сигналов.

Большие трудности в исследовании интегрированных вычислительных комплексов систем управления вносит необходимость реализации множества полетных режимов в широком диапазоне высот и скоростей полета, требующих выбора заданных траекторий без ухудшения маневренностных свойств летательного аппарата. Кроме того, требуется с помощью интегрированных вычислительных комплексов систем управления летательными аппаратами обеспечить переход с автоматических режимов на командные (ручные), ввода ряда ограничений на фазовые координаты, гарантирующие безопасность полетов при выполнении многих задач.

На сегодняшний день задача обеспечения безопасности полета ЛА автоматизирована по отдельным параметрам полета. При этом в каждый текущей момент времени ограничивается только один параметр движения из вектора параметров полета, связанных между собой через динамический объект управления. Кроме того, не учитывается прогноз изменения параметров движения ЛА в процессе полета по заданной траектории учитывается только текущий темп изменения ограничиваемого параметра).

Ограничения на отдельных этапах автоматизированных режимов управления 7 введены как квазистатические, что при несогласованности заданной траектории полета с допустимым движением ЛА может вызывать размыкание контура управления по регулируемой координате. Существующие контуры безопасности управления работают независимо от основных режимов автоматизированного управления и при наличии ситуации выхода за ограничения вступают в работу с отключением режима управления. Решением проблемы автоматизации безопасного полета ЛА должен стать синтез заданных траекторий и алгоритмов управления с учетом ограничений на фазовые координаты движения ЛА, ограничений силовой установки и ограничений по конструкции ЛА.

Проблема безопасности полета в автоматизированных режимах зависит от обеспечения необходимого уровня надежности аппаратных средств ИВК СУ ЛА и программного обеспечения. Отказ ИВК может быть вызван отказом (неверным срабатыванием) каких-то ее компонентов — процессора, памяти, устройства ввода-вывода, линии связи или программного обеспечения. Техническая сложность и высокая стоимость ИВК СУ ЛА потребовали изучения влияния кратности резервирования аппаратуры (вычислительные модули, датчики и приводы) и разработки методик обеспечения надежности аппаратно-программных средств, связанных с достижением необходимого уровня тестирования с использованием как методов математического моделирования аппаратно-программных средств, так и встроенных символьных отладчиков и стендов полунатурного моделирования в составе бортовых цифровых машин (БЦВМ) и ИВК СУ ЛА в целом (рис. В.1).

Поэтому разработка научных основ создания отказоустойчивых интегрированных , вычислительных комплексов систем управления летательными аппаратами является актуальной и своевременной.

Целью диссертационной работы является решение проблемы, имеющей важное хозяйственное значение - создание научно обоснованных, технически целесообразных и экономически выгодных отказоустойчивых интегрированных вычислительных комплексов систем управления летательными аппаратами.

II

Рис. В.1. Комплексная система управления летательным аппаратом

Решение этой проблемы связанно с разработкой математических методов повышения надежности ИВК СУ ЛА, современной элементной базы вычислительных комплексов и их программного обеспечения.

Для реализации поставленной цели необходимо разработать:

- математические модели и алгоритмы обеспечения надежности интегрированных вычислительных комплексов систем управления летательными аппаратами ИВК СУ ЛА;

- методы оценки и прогнозирования способов повышения надежности ИВК СУ ЛА;

- способы и техническую реализацию элементов и устройств ИВК СУ ЛА с повышенной надежностью;

- методы и модели полунатурных испытаний ИВК СУ ЛА;

- технологию стендовых и летно-конструкторских испытаний ИВК СУ ЛА;

- методы оценки надежности программного обеспечения ИВК СУ ЛА;

- технологию и критерии автоматического тестирования программного обеспечения систем управления' летательных аппаратов на основе эталонной модели.

Методы исследования. В качестве методов исследования в работе используются положения теории систем, теории графов, теории надежности, теории принятия решений. Методы исследования основаны на статистической теории максимального правдоподобия, наименьших квадратов и байесовых оценок.

Методической основой выполненной работы являются: определение оптимальных цифровых законов управления по методу динамического программирования; составление математических моделей ошибок; формирование алгоритмов резервирования, контроля и оценивания с помощью оценок постоянных интенсивностей и восстановлений на основе построения графов состояний; применение инженерных аналитических и стендовых методов оценивания ошибок аппаратно-программного обеспечения; проведение процедур отладки с встроенным отладчиком М28БЕХ и контролем программ тестированием.

Научная новизна работы.

1. Разработаны оптимальные законы управления на основе принципа динамического программирования Беллмана, основанные на квадратичном функционале качества в виде скалярного произведения относительных фазовых координат, позволяющие минимизировать ошибки по управлению с учетом различных типов ограничений. Полученные линейные рекурсивные процедуры представляют собой матрицы, обеспечивающие устойчивые режимы полета в широком диапазоне скоростей и высот полета при действии заданных уровней регулярных возмущений и помех.

2. Предложены структурные схемы оценки надежности ИВК систем управления самолетами с выбором оптимальных глубин резервирования аппаратуры, изготавливаемых из обычных по надежности и стоимости элементов, основанные на функции Колмогорова, связывающей стоимость и надежность. Данная методика позволяет сравнивать аппаратную и программную надежности комплексов, что дает возможность находить структурные схемы раздельного резервирования.

3. Созданы методики расчета и проектирования систем автоматического управления с учетом надежности его устройств при различных глубинах резервирования на основе аналитических процедур автоматизированного проектирования и моделирования на стендах с применением методов наименьших квадратов, максимума правдоподобия и критерия Байеса.

4. Предложен математический метод долгосрочного прогнозирования способов повышения надежности ИВК СУ ЛА в зависимости от стоимости, основанный на статистических решениях и максимизации дивергенции по признакам, назначаемым экспертами. Дополнительно в качестве признаков использовались степень сложности устройств и оказываемое на них влияние внешних возмущений в виде перегрузок, жестких ударов при посадках, вибраций, температуры и давления.

5. На основе исследования» математических моделей программного-обеспечениям предложена процедура применения методов программирования. Вводимые при этом-линейные ограничения позволяют применять идеи Куна-Таккера и с помощью квадратичной целевой функции находить необходимые и достаточные условия оптимальности. Прогнозирование ошибок в программах определяется методом линейной регрессии. Приведенный алгоритм решения задачи прогнозирования ошибок основан на рекуррентной процедуре принципа дополнительности. За конечное число итераций с условием учета дополняющей нежесткости находится искомое неотрицательное решение.

Практическая значимость работы.

1. Обосновано применение ИВК СУ ЛА с магистральным принципом связи между устройствами, позволяющими соединять две машины с объединенным общим ресурсом и управлять взлетом, набором высоты, множеством других полетных режимов, снижением и посадкой, а также выполнять математическое и полунатурное моделирование на стендах.

2. Разработан экспериментальный технологический стенд с ИВК, позволяющий выполнять имитационные полеты, создавая условия, близкие к аварийным и находить, способы их преодоления. В этом, случае технологический стенд становится авиационным- тренажером, на котором могут проходить обучение летчики для подготовки и пилотирования новых типов самолетов и вертолетов.

3. Сформированы алгоритмы для резервирования и контроля систем управления^ по мажоритарному принципу с помощью кворум-элементов, которые определяют неисправный канал и отключают его автоматически от управления- при несовпадении сравниваемых сигналов. Предложенный комплекс с контурами безопасности обладает высокой разрешающей способностью и возможностью выполнения» отладочных работ, не нарушая процесса нормального функционирования комплекса.

4. Предложена процедура'повышения достоверности оценок надежности комплексных систем управления на основе теоремы Байеса с использованием данных об априорной информации, определяемой с помощью значений риска или данными по предшествующим комплексам-аналогам. В последнем случае удается- сократить количество летно-конструкторских испытаний в 2-3 раза, что значительно сокращает стоимость, затрачиваемую на проведение полетов.

5. Практическая значимость результатов работы состоит в разработке ИВК систем управления САУ-10, САУ -515-57, САУ-140, СДУ-427, ЭДСУ-200, КСУ-35, КСУ-941, САУ-ЮМ-03, КСУ-10М, КСУ-А и их модификаций, подготовки к запуску в серийное производство, а также создании способов построения и методов отладки программного обеспечения комплексных систем управления и доведения их на этапах стендовых и летно-конструкторских испытаний вплоть до серийного производства.

Достоверность результатов. Достоверность проведенных теоретических исследований обеспечивается строгим математическим обоснованием предлагаемых подходов и методов: системного анализа, теории графов; теории надежности, принятия решений, линейного и нелинейного программирования, а также сравнением с теоретическими данными, известными в научной литературе и полученными автором.

Реализация и внедрение результатов работы. Внедрение результатов определяется доведением исследований до конкретных аналитических зависимостей,.алгоритмов и вычислительных процедур, а также проведением стендовых и летно-конструкторских испытаний, выполняемых в ОАО МНПК «Авионика» при создании систем для; самолетов АН-140, МиГ-АТ, МиГ-29, МиГ-29К, МиГ-31, Су-27К, Су-27М, Су-ЗОМК, Су-34, Су-35, для гидросамолета Бе-200, для вертолетов «АНСАТ» и Ми-8.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Математические модели и алгоритмы обеспечения надежности интегрированных вычислительных комплексов систем управления летательными аппаратами (ИВК СУ ЛА).

2. Синтез оптимальных законов управления летательными аппаратами на основе применения метода динамического программирования и его реализации в виде рекуррентных процедур. Численные процедуры выбора наилучших тактов по динамической точности при интегрировании линейных и нелинейных дифференциальных уравнений ЛА с правыми частями, описываемыми в форме уравнений третьего порядка с помощью г-преобразований и переходных процессов.

3. Способы реализации интегрированных комплексов систем управления летательными аппаратами повышенной надежности: способы и системы измерения угловых и линейных положений летательного аппарата; способы и системы автоматического управления высокоманевренными летательными аппаратами; система автоматического управления самолетом при заходе на посадку.

4. Методы оценки и прогнозирования способов повышения надежности ИВК СУ ЛА по следующим показателям: безотказность действия; влияние возмущений (перегрузок, вибраций, ударных нагрузок, температуры и давления), основанных на математическом аппарате максимума правдоподобия и принципа дивергенции с привлечением экспертных оценок.

5. Обоснование выбора глубины раздельного резервирования по устройствам ИВК систем управления с использованием функции Колмогорова, связывающей стоимость устройств управления с надежностью их действия, сложностью конструкций, влиянием возмущений и времени работы, а также с помощью специально введенной функции.

6. Применение методов автоматизированного моделирования при полунатурных испытаниях вычислительных комплексов систем управления летательными аппаратами, включающие выбор вычислительных процедур и тактов интегрирования дифференциальных уравнений полета ЛА.

7. Методы оценки надежности программного обеспечения интегрированных вычислительных комплексов систем управления летательными аппаратами.

Апробация работы. По основным результатам работы были сделаны научные доклады, которые обсуждались и получили одобрение на Всероссийских и Международных конференциях: VI Всероссийской научно-технической национальной ассоциации - Москва, 2001 г.; Научно-технической конференции — Санкт-Петербург, 2002 г.; III Научно-технической конференции по проблемам и развитию СУО - Курск, 2002 г.; Научно-технической конференции «Тренажерные технологии и имитаторы» -Санкт-Петербург, 2002 г.; Конференции ВВА им. Гагарина - Монино, 2002 г.; V Международном фестивале компьютерной технологии - Пекин, 2002г; II Всероссийской научно-практической конференции «Перспективные системы и задачи управления» - Таганрог, 2007; Научно-практической конференции ОКБ «Авиаавтоматика» - Курск, 2007; III Всероссийской научно-практической конференции «Перспективные системы и задачи управления» -Таганрог, 2008; VIII Форуме Российского вертолетного общества - Москва, 2008; III Московском международном форуме «Беспилотные многоцелевые комплексы» - Москва, 2009; IV Всероссийской научно-практической конференции «Перспективные системы и задачи управления» - Таганрог, 2009.

Заключение диссертации по теме «Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления», Воробьев, Александр Владимирович

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Общая тенденция развития бортовой авионики состоит в том, что более высокие уровни эффективности и безопасности функционирования ИВК достигаются как за счет совершенствования элементной базы, так и за счет качественной новой организации возможностей функционирования подсистем в его структуре, включая и взаимосвязи (взаимодействия) экипажа с бортовой автоматикой.

Актуальность оптимизации взаимосвязей в структуре ИВК возросла в связи с тем, что важнейшим из принципов создания современных систем управления стал принцип интегрированности. Интеграция, как принцип создания нового поколения самоорганизующихся комплексов, предполагает согласованное использование широкого круга способов, подходов, методов расчета, проектирования и исследования комплексов, в частности их надежности.

В данной работе решена проблема, связанная с разработкой научных основ создания отказоустойчивых ИВК СУ ЛА. Предложенные математические модели, алгоритмы и способы реализации обеспечивают возможность принимать научно обоснованные, технически целесообразные и экономически выгодные решения при создании высоконадежных интегрированных вычислительных комплексов.

2. Рассмотрены методы оценки и прогнозирования повышения надежности интегрированных вычислительных комплексов систем управления летательными аппаратами, на основе применения аналоговых и цифровых вычислительных машин, различной кратности резервированными с использованием кворум-элементов и мажоритарной логики.

3. Сформированные линейные законы цифрового управления на основе метода динамического программирования с использованием квадратичного функционала качества в виде скалярного произведения по отношениям от фазовых координат, обеспечивают минимум ошибок управления с ограничениями по времени полета и расходу топлива. Полученные методом синтеза законы управления в виде линейных рекуррентных процедур с матрицами реализуются на ИВК и обеспечивают устойчивые режимы полета на всех заданных траекториях и при действии регулярных и случайных сигналов.

Показано, что приведенные сравнительные оценки средних квадратических ошибок интегрирования полноразмерной математической модели самолета одиннадцатого порядка практически совпадают с упрощенной третьего порядка, что позволяет применять их при выборе методов и тактов интегрирования для математического и полунатурного моделирования.

4. Разработанные структуры основного и резервного контуров управлений с параллельным включением ИВК с нелинейностями в виде средств коррекции в устройствах и рабочих программах, обеспечивают следующие основные ограничения: по нормальной и боковой составляющим перегрузки, максимальные допустимые значения которых определяются прочностью фюзеляжа, отказоустойчивостью бортовой аппаратуры и способностью пассажиров и экипажа длительно их переносить; углам атаки, не допускающим срыв потока; углам крена; максимальным скоростям, приводящим к флаттеру и минимальным скоростям, исключающим появление неустойчивых режимов полета.

5. Повышение точности оценивания угловых положений ЛА достигается за счет согласовании совокупности измерений проекций скорости ЛА с помощью спутниковой навигационной системы (СНС) на скользящем интервале времени с совокупностью проекций скорости ЛА, которые рассчитываются по измерениям датчиков угловых скоростей (ДУС) и датчиков линейных ускорений (ДЛУ), а также за счет исключения накапливания ошибок оценивания и использования, конечной совокупности измерений для однократного определения углов ориентации и отказа от процедур рекуррентной обработки типа фильтра Калмана и применение в г ИВК вычислительных процедур, не использующих статистические I г характеристики измерений. I

6. Расширение функциональных возможностей системы!автоматического

I ' управления- полетом самолета с обеспечением безопасности полета^ по всем* возможным профилям маневрирования в эксплуатационной! области-разрешенных скоростей полета достигается посредством формирования замкнутого полноразмерного контура траекторного управления с учетом реально действующих энергетических ограничений по тяге летательного аппарата.

7. Предложены способы и техническая реализация комплексов систем управления летательными аппаратами с ИВК: способы и системы измерения угловых положений и линейных ускорений летательного аппарата способы и системы автоматического управления летательными аппаратами, высокоманевренными самолетами, в том числе при их заходе на посадку.

8. Непосредственный учет аэродинамики ЛА и его параметров в законе управления делает ИВК СУ ЛА адаптивным к изменению значений этих параметров и обеспечивает заданные требования устойчивости ЛА по всем управляемым координатам.

9. Повышение безопасности полета за счет существенного уменьшения времени приведения высокоманевренного самолета в режим горизонтального полета и снижения вероятности полета самолета в области, не соответствующей предельно допустимым значениям приборной скорости, достигается за счет определения текущего значения нормальной перегрузки, угловой скорости тангажа и вертикальной скорости, угла крена и угловой У скорости крена.

10. Стоимость и безотказность действия ИВК СУ ЛА на основе функции Колмогорова, связывает материальные затраты на каждое из устройств с надежностью через их (в графическом виде) коэффициенты наклона. На этой основе выбора коэффициента, гарантирующего высокую надежность действия, формировались функции, состоящие из суммы двух составляющих

- стоимости и надежности, связанных между собой-через неопределенный множитель Лагранжа. Из условия ее минимума определена специальная функция, с* помощью которой находились минимумы относительных стоимостей и соответствующие значения вероятностей безотказной работы при различных глубинах резервирования ИВК СУ ЛА.

11. На основе применения математический аппарат максимума правдоподобия с принципом дивергенции определены апостериорные вероятности долгосрочного прогнозирования качества ИВК СУ ЛА по двум -трем и более комбинациям признаков, определяемые экспертами по двоичной системе счисления

12. Разработан технологический стенд для моделирования динамических процессов в комплексных системах и уточнения алгоритмов законов управления в ИВК, состоящий из трех персональных компьютеров РС и бортовой цифровой вычислительной машины. На стенде установлена система имитации внекабинной обстановки, приближающая оператора или летчика к условиям реального полета (туман, дымные облака, изменение степени освещенности днем и ночью и многие другие). К стенду подключаются с помощью преобразователей пилотажно-навигационные приборы и реальная аппаратура.

13. Разработан метод автоматизированного моделирования, основанный на целенаправленном переборе параметров полета, соответствующих выбранному критерию эффективности, приводящий к нелинейной регрессии. По вычисленной матрице Фишера находились оценки в виде средних значений искомых параметров и их дисперсий. Достоверность нахождения параметров полета определяется по коэффициенту Колмогорова-Фишера в виде вероятностей не ниже 0,95.

14. Стендовые испытания завершили окончательный выбор изменяемых параметров в законах управления и после определения в них ошибок в виде математических ожиданий и дисперсий, проводилось их сравнение с данными тактико-технических требований на полное соответствие.

Снимались фазовые запаздывания с амплитудными искажениями в частотных характеристиках, гарантирующие невыход параметров комплекса за заданные допуска, вызванные износом и старением элементов в устройствах.

15. Необходимое количество полетов для испытаний ИВК систем управления определялось на основе метода наименьших квадратов и максимального правдоподобия. С помощью построения рекуррентных процедур и вычисления погрешностей и их дисперсий было доказано их постоянство, что позволяет определить показатели эффективности ИВК СУ ЛА, величины надежности безотказной работы с доверительными границами.

16. Для сокращения объема летно-конструкторских испытаний был разработан отладочный мобильный стенд, позволяющий проводить окончательные проверки комплексных систем управления и проверять выполненные доработки до полетов. Показано, что для повышения достоверности оценок надежности комплексов их следует проводить с помощью формулы Байеса с использованием априорных данных по материалам стендовых испытаний и предшествующих летных. При этом значительно сокращается количество летных испытаний.

сигналами эталонной модели системы управления, делать выводы о соответствии реализации СПО утвержденным законам управления. База данных контрольных примеров располагается' на вычислителе рабочего места оператора (РМО) а реальные сигналы БЦВС через устройство сопряжения принимаются вычислителем имитатора динамики полета (ИДП) и посредством сетевого обмена передаются на вычислитель РМО, где они сравниваются с эталонными. Результаты проведенного моделирования, для проведения анализа и подтверждения результатов, можно выводить в виде графических зависимостей. Примеры снятых характеристик переходных процессов при стендовой отработке СПО ЭДСУ-200 гидросамолета Бе-200 приведены на рис. 7.1.3 - 7.1.4. Анализ кривых отражающих состояние управляющих сигналов и рулей ЭДСУ-200 и ее математической модели показывает, что они имеют достаточно приемлемую сходимость позволяющую сделать заключение об адекватности цифровой реализации утвержденных законов управления.

Для динамической проверки СПО реальная система через устройства сопряжения замыкается с моделью движения ЛА и моделями бортовых систем ЛА. Процесс проверки реального комплекта системы управления может производиться, как сравнением заранее созданных контрольных переходных процессов параметров движения ЛА на каком-либо режиме полета, так и сравнением созданных примеров при помощи имитационной модели самолета и системы управления. а

Положение предкрылков, град .

5 Отклонение руля высоты, по модель, град

-15

I?

-»-10. ез.•.

Скорость приборная текущая, .!. Ц,р> км/ч ЕЭЩи

Отклонение руля высоты, ./•••••.•■•^ь-^

ЭДСУ-200, град

Высота абсолютная текущая, Н, м т - I - I ■

20

40

Хс а)

Рис. 7.1.3 Зависимость угла отклонения руля высоты от скорости полета, высота абсолютная а)-Н-0 м,-, б;-#=1000 м.

Положение стабилизатора текущее, модель, град

0,0 а -0,1;

•0.1 -0.2 -0,3

-0,2 -0,3: -0,4

-0.4 Э -0.5Л -0,6; 0

Положение стабилизатора текущее, ЭДСУ-200, град .[•••

Л).

-80

230: 3

0- * о.

-5

-10 V геи

4-0.59

Отклонение ручки управления по тангажу, мм у----.

I ./ *"в"63

Скорость приборная

-69.38 -.

-V

I*-79. 63 текущая, км/ч

Л.

•-0.Л

N. V А

•-и.ое

I«-11.АЛ

•-е.15

Отклонение руля высоты, град

Дс

То известный в Европе как ED-12B. Аналогами данных стандартов в России являются квалификационные требования Авиационного регистра Международного авиационного комитета КТ-178В и стандарт ГОСТ Р 519042002.

Требования данных стандартов исходят из того, что при эксплуатации системы существуют потенциальные угрозы безопасности, возникающие при проявлении необнаруженной и не устраненной ошибки в программном обеспечении, и возможных последствий такой ситуации. Сертификация программного обеспечения на соответствие данным требованиям, по сути дела, заключается в проверках, как реализованы средства предотвращения угроз. Очевидно, что, с одной стороны, не всегда ошибка в программе приводит к сбою системы, с другой стороны, сбой системы может произойти по причине, независящей от программы. Поэтому сертификация программного обеспечения отдельно от системы, в состав которой оно входит, не имеет смысла.

КТ-178В и ГОСТ Р 51904-2002 требуют, чтобы каждая строка кода была выполнена в ходе тестирования. Запрещается включение в состав приложения какого-либо дополнительного кода, не прошедшего тестирование. Для каждого уровня сертификации заданы свои требования к покрытию тестами проверяемого кода:

1) Покрытие операторов (Statement Coverage - SC) означает, что в ходе тестирования каждый оператор программы был вызван или использован не менее одного раза. Когда говорят о покрытии кода - «Code coverage» - обычно имеют ввиду именно SC.

2) Покрытие ветвей (Decision Coverage - DC) означает, что в ходе тестирования каждая точка входа в программу и выхода из нее была использована не менее одного раза так, что каждое возможное значение логических условий принималось не менее одного раза. По сути дела, это означает, что в ходе тестирования каждое логическое условие имело и значение «истина», и значение «ложь».

3) Покрытие условий и ветвей (Modified Condition/Decision Coverage -MC/DC) означает, что в ходе тестирования каждая точка входа в программу и выхода из нее была использована не менее одного раза так, что каждое решение в программе принимало все возможные значения, и при этом было показано, какое влияние оказывает на решение каждое N условие независимо от остальных условий. Для сложных логических операций необходимо разрабатывать таблицы истинности, что бы определить все возможные комбинации значений «истина» и «ложь». В таблице 7.2.1 показано, какие из требований к покрытию кода тестами предъявляются на разных уровнях сертификации:

Список литературы диссертационного исследования доктор технических наук Воробьев, Александр Владимирович, 2010 год

1. Абгарян, К.А. Матричные и асимптотические методы в теории линейных систем Текст. / К.А. Абгарян — М.: Наука, 1973 — 432 С.

2. Абгарян, К.А. Матричные исчисления с приложениями в теории динамических систем Текст. / К.А. Абгарян — М.: Физматлит, 1994 — 544С.

3. Абдулин, P.P. Разработка цифровых и аналого-цифровых микросхем с применением базовых матричных кристаллов [Текст. / Р.Р Абдулин,

4. B.П. Щипанов // Авиакосмическое приборостроение 2002 - №11. C.2-6.

5. Абдулин, P.P. Выбор технических проектов комплексных систем автоматического управления истребителями Текст. / P.P. Абдулин // Авиакосмическое приборостроение — 2005 — № 3 — С. 11-16.

6. Абдулин, P.P. Оптимизация законов управления дискретными системами с помощью алгоритмов нелинейного программирования Текст. / P.P. Абдулин // Авиакосмическое приборостроение —2005 — № 12 ^ С.6-12.

7. Акопов, М.Г. Основание байесовского подхода при интервальном оценивании вероятности безотказной работы Текст. / М.Г. Акопов // Надежность и контроль качества — 1989 — № 4 — С. 19-23.

8. Александров, В.В. Математические задачи динамической имитации полета Текст. / В.В. Александров, В.А. Садовничий, О.Д.Чугунов — М.: Изд-воМГУ, 1986 -т- 181 С.

9. Архангельский, Б.В. Поиск устойчивых ошибок в программах Текст. / Б.В. Архангельский, В.В. Черняковский — М.: Радио и связь, 1989 -240С.

10. Аэродинамика и динамика полета магистральных самолетов Текст. / Под ред. акад. РАН Г.С. Бюшгена // Изд. отдел ЦАГИ АВИАИздательство КНР, 1995 - 772С.

11. Антамошкин, А.Н. Регулярная оптимизация псевдобулевых функций Текст. /А.Н. Антамошкин — Красноярск: Изд-во Красноярского ун-та, 1989 160 С.

12. Ашимов, A.A. Оптимальные модульные системы обработки данных Текст. / A.A. Ашимов, А.Г. Мимиконов, В.В. Кульба — Алма-Ата: Наука, 1981 186С.

13. Аэродинамика, устойчивость и управляемость сверхзвуковых самолетов Текст. / Под ред. акад. РАН Г.С. Бюшгенса — М.: Физматлит, 1998 ^ 616С.

14. Бардилович, Е.Ю. Вопросы математической теории надежности Текст. / Е.Ю. Бардилович, Ю.К. Беляев, В.А. Каштанов, И.Н. Коваленко, А.Д. Соловьев, И.А. Ушаков // Под ред. Б.В. Гнеденко — М.: Радио и связь, 1983 376С.

15. Барлоу, Р. Статистическая теория надежности Текст. / Р. Барлоу, Ф.

16. Прошан // Пер. с англ. М.: Наука, 1984 - 328С.

17. Барон, Д. Рекурсивные методы программирования Текст. / Д. Барон // Пер. с англ. М.: Мир, 1974 - 80 С.

18. Батищев, Д.И. Многокристальный выбор с учетом индивидуальных предпочтений Текст. / Д.И. Батищев, Д.Е. Шапошников Нижний Новгород: ИПФ РАН, 1994 - 92С.

19. Богатырев, В.А. К повышению надежности вычислительных систем на основе динамического распределения функций Текст. / В.А. Богатырев// Известия вузов. Приборостроение — 1981 —№3 — С.63-68.

20. Богатырев, В.А. Отказоустойчивые многомашинные вычислительные системы динамического распределения запросов при дублировании функциональных ресурсов Текст. / В.А. Богатырев // Известия вузов. Приборостроение 1996 - № 4 - С. 19-23.

21. Борисов, А.Н. Обработка нечеткой информации в системах принятия решений Текст. / А.Н. Борисов, A.B. Алексеев, Г.В. Меркурьева — М.: Радио и связь, 1989 304С.

22. Боэм, Б. Характеристики качества программного обеспечения Текст. / Б.Боэм, Дж. Браун, X. Каспар, М. Липов, Г. Макс-Леод, М. Мерит — М.: Мир, 1981 208С.

23. Боэм, Б. Инженерное проектирование программного обеспечения Текст. / Б. Боэм// Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1985 - 512С.

24. Беллман, Р. Динамическое программирование Текст. / Р. Беллман// Пер. с англ. М.: Изд-во иностр. лит., 1960 — 400С.

25. Белоусов, Ю.А. Отказоустойчивые бортовые вычислительные системы. Вопросы построения аппаратной части Текст. / Ю.А. Белоусов // Авиакосмическое приборостроение 2003 -№3 — С. 18 —23.

26. Бердж, В. Методы рекурсивного программирования Текст. / В. Бердж // Пер. с англ. -г М.: Машиностроение, 1983 -г 248С.

27. Березин, Н.С. Методы вычислений, т.2 Текст. / Н.С. Березин, Н.П. Житков М.: Физматгиз, 1960 - 619С.

28. Боднер, В.А. Теория автоматического управления полетом Текст. / В.А. Боднер — М.: Машиностроение, 1964 — 698С.

29. Боднер, В.А. Авиационные приборы Текст. / В.А. Боднер — М.: Машиностроение, 1969 — 467С.

30. Боднер, В.А. Системы управления летательными аппаратами Текст. / ВА. Боднер — М.: Машиностроение, 1973 — 504С.

31. Боднер, В.А. Приборы первичной информации Текст. / В.А. Боднер -М.: Машиностроение, 1981 244С.

32. Боднер, В.А. Авиационные тренажеры Текст. / В.А. Боднер, P.A. Закиров, И.И. Смирнова — М.: Машиностроение, 1978 — 192 С.

33. Болтянский, В.Г. Математические методы оптимального управления Текст. / В.Г. Болтянский -М.: Наука, 1969 -408 С.

34. Бюшгенс, Г.С. Динамика пространственного движения самолета Текст. / Г.С. Бюшгенс, Р.В. Студнев -М.: Машиностроение, 1967 -226С.

35. Вальков, В.М. Микроэлектронные управляющие вычислительные34