Методы и алгоритмы синтеза технологий и программ управления реконфигурацией бортовых систем маломассоразмерных космических аппаратов
Ключевые слова:
синтез технологий управления, проактивное управление реконфигурацией, показатели живучести и эффективности функционирования маломассоразмерного космического аппаратаАннотация
В современных условиях в сфере создания и применения существующих и перспективных космических средств (КСр) приобретают особую актуальность вопросы автономности и живучести при разработке и эксплуатации маломассоразмерных космических аппаратов (МКА) дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). Специфика МКА заключается в том, что к процессу их создания трудно напрямую применить стандартную практику использования системы обеспечения надежности, принятую в ракетно-космической промышленности, из-за отсутствия возможности обеспечить полное структурное резервирование его бортовых систем (БС), связанное с массового-габаритными и другими ограничениями. В этом случае особую актуальность приобретают задачи разработки модельно-алгоритмических способов и подходов к обеспечению требуемого уровня показателей структурной надежности, живучести и, в целом, эффективности функционирования БС МКА. Проблема повышения уровня показателей автономности, живучести, эффективности функционирования сложных технических объектов (СТО), к которым, в частности, относятся МКА, в научной литературе рассматривается в совокупности с решением задач контроля, оценивания и технического диагностирования состояния СТО, проведения реконфигурации (структурной, функциональной, структурно-функциональной) структур СТО, управления ее резервами, альтернативного и многорежимного управления, анализа отказоустойчивости и катастрофоустойчивости СТО. Однако, все перечисленные исследования носят разрозненный и разобщенный характер как на методологическом, так и методическом и технологическом уровнях. В статье приводится обобщенное описание разработанных авторами комбинированных методов и алгоритмов решения задач синтеза технологий и программ управления реконфигурацией БС для повышения живучести МКА. При этом данные задачи и решаются не изолировано, а комплексно в рамках общей проблемы проактивного управления структурной динамикой МКА с использованием, либо без использования средств НКУ, что обеспечивает оперативность, обоснованность, полноту, замкнутость и непротиворечивость синтезируемых управленческих решений. Новизна предложенного в статье подхода состоит в том, что ее авторы, базируясь на сформулированных ими концепциях комплексного (системного) моделирования, проактивного управления структурной динамикой БС МКА, а также интеллектуализации процессов проактивного управления БС МКА, разработали методы и алгоритмы синтеза технологий и программ управления реконфигурацией БС МКА, обеспечивающие, во-первых, ситуационный выбор оптимальной последовательности выполнения операций и распределения ресурсов МКА с использованием и без использования средств НКУ, и, во-вторых, эффективное парирование не только расчетных, но и нерасчетных аварийных полетных ситуаций (АПС), а также оперативное восстановление работоспособности его БС. Конструктивность предложенного подхода иллюстрируется на примере решения задачи гибкого перераспределения задач обработки информации между БС МКА и НКУ МКА.
Литература
2. Кирилин А.Н., Ахметов Р.П., Макаров В.П., Соллогуб А.В. Методы обеспечения живучести низкоорбитальных автоматических КА зондирования Земли: математические модели, компьютерные технологии // М.: Машино-строение, 2010. 384 с.
3. Калинин В.Н. Современная космическая кибернетика – методологические основы и направления исследований // Информация и космос. 2007. № 3. С. 7–16.
4. Охтилев М.Ю., Соколов Б.В., Юсупов Р.М. Интеллектуальные технологии мониторинга и управления структурной динамикой сложных технических объектов // М.: Наука. 2006. 410 с.
5. Павлов А.Н., Кулаков А.Ю., Потрясаев С.А., Соколов Б.В. Методы, алгоритмы и технологии реконфигурации бортовых систем маломассоразмерных космических аппаратов // Известия Вузов. Приборостроение. 2018. Т. 61. № 7. С. 596–603.
6. Kalinin V.N., Sokolov B.V. Multiple-model description of control processes for airspace crafts // Journal Computer System Science International. 1996. no.6. pp. 192–199.
7. Kalinin V.N., Sokolov B.V. Optimal planning of the process of interaction of moving operating objects // Int. J. Differ. Equ. 1985. vol. 21. pp. 502–506.
8. Научно-технический отчет (промежуточный) по теме “Разработка технологии и создание экспериментальных программных комплексов управления конфигурацией бортовых систем маломассогабаритных КА в интересах повышения их живучести” (шифр “Технология-СГ-3.3.3.1”). СПИИРАН. 2018. 450 с.
9. Ковтун В.С. Применение методик вариабельного управления полётом автоматических космических аппаратов для рационального использования ресурсов бортовых систем // Космонавтика и ракетостроение. 2017. № 4(97). С. 143–157.
10. Ковтун В.С., Почукаев В.Н. Методы образно-символического управления автоматическими космическими аппаратами в условиях аномальных ситуаций // Космонавтика и ракетостроение. 2017. № 6(99). С. 1–14.
11. Mikaelyan L., Müller S., Gerndt A., Noll T. Synthesizing and Optimizing FDIR Recovery Strategies from Fault Trees // Formal Techniques for Safety-Critical Systems. FTSCS 2018. pp. 37–54.
12. Tipaldi M., Glielmo L. A Survey on Model-Based Mission Planning and Execution for Autonomous Spacecraft // IEEE Systems Journal. 2018. vol. 12. no. 4. pp. 3893–3905.
13. Lianxiang J., Peipei X., Xuyang F. Software Reconfiguration Technology for Serviceable Satellite OBDH System // Proceedings of the Second International Conference on Mechanical, Control and Computer Engineering (ICMCCE). 2017. pp. 100–104.
14. Amigoni F. et al. Aggregating Models for Anomaly Detection in Space Systems: Results from the FCTMAS Study // International Conference on Intelligent Autonomous Systems. 2018. pp. 142–160.
15. Wang D.-Y. et al. Connotation and Research of Reconfigurability for Spacecraft Control Systems: A Review // Acta Automatica Sinica. 2017. vol. 43(10). pp. 1687–1702.
16. Mehdi J. Optimal redundant sensor configuration for accuracy increasing in space inertial navigation system // Aerospace Science and Technology. 2015. vol. 47. pp. 467–472.
17. Nayak A., Reyes L.R., Lee S., Nof S.Y. Resource sharing in cyber-physical systems: modelling framework and case studies // International Journal of Production Research. 2016. vol. 54(23). pp. 6969–6983.
18. Theorin A. et al. An event-driven manufacturing information system architecture for Industry 4.0 // International Journal of Production Research. 2016. pp. 1297–1311.
19. Oesterreich T.D., Teuteberg F. Understanding the implications of digitisation and automation in the context of Industry 4.0: A triangulation approach and elements of a research agenda for the construction industry // Computers in Industry. 2016. vol. 83. pp. 121–139.
20. Bożek A., Wysocki M. Flexible Job Shop with Continuous Material Flow // Int. J. Prod. Res. 2015. 53. pp. 1273–1290.
21. Pinha D., Ahluwalia R., Carvalho A. Parallel Mode Schedule Generation Scheme // Parallel mode schedule generation scheme // IFAC-PapersOnLine. 2015. vol. 48. no. 3. pp. 794–799.
22. Battaïa O., Dolgui A., Guschinsky N. Decision support for design of reconfigurable rotary machining systems for family part production // International Journal of Production Research. 2017. vol. 55(5). pp. 1368–1385.
23. Blazewicz J., Pesch E., Trystram D., Zhang G. New Perspectives in Scheduling Theory // Journal of Scheduling. 2015. vol. 18. pp. 333–334.
24. Kalinin V.N., Sokolov B.V. A dynamic model and an optimal scheduling algorithm for activities with bans of interrupts // Autom. Remote Control. 1987. vol. 48. pp. 88–94.
25. Васильев С.Н. От классических задач регулирования к интеллектному управлению // Теория и системы управления. 2001. № 1. С. 5–22.
26. Шестопалов М.Ю. Отказоустойчивое управление циклическими многостадийными технологическими процессами // Инновации. 2015. № 4(198). С. 8–12.
27. Шестопалов М.Ю., Имаев Д.Х. Отказоустойчивое управление сложными системами // Дистанционные образовательные технологии: Материалы III Всероссийской научно-практической конференции. 2018. С. 259–266.
28. Шестопалов М.Ю., Имаев Д.Х., Кораблев Ю.А., Квашнин С.В. Проектирование систем управления территориально распределенными объектами // Инновации. 2018. № 10(240). С. 100–107.
29. Дзюбановский С.А., Озерянный Н.А. Системы автоматического управления с реконфигурацией // Измерение, контроль, автоматизация. 1990. № 4(76). С. 62–80.
30. Цвиркун А.Д. Основы синтеза структуры сложных систем // М.: Наука. 1982. 200 с.
31. Pavlov A.N. The Technique of Multi-Criteria Decision-Making in the Study of Semi-Structured Problems // Proceedings of the 6th Computer Science On-line Conference 2017 (CSOC2017). pp. 131–140.
32. Калинов М.И., Родионов В.А., Черкашин В.Г. Влияние крена космического аппарата на эффективность решения задачи наблюдения за морскими объектами // Информатизация и связь. 2020. № 5. С. 151–157.
Опубликован
Как цитировать
Раздел
Copyright (c) Борис Владимирович Соколов, Владимир Николаевич Калинин, Александр Юрьевич Кулаков, Александр Николаевич Павлов, Семен Алексеевич Потрясаев
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
Авторы, которые публикуются в данном журнале, соглашаются со следующими условиями: Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и передают журналу право первой публикации вместе с работой, одновременно лицензируя ее на условиях Creative Commons Attribution License, которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным указанием авторства данной работы и ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале. Авторы сохраняют право заключать отдельные, дополнительные контрактные соглашения на неэксклюзивное распространение версии работы, опубликованной этим журналом (например, разместить ее в университетском хранилище или опубликовать ее в книге), со ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале. Авторам разрешается размещать их работу в сети Интернет (например, в университетском хранилище или на их персональном веб-сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению, а также к большему количеству ссылок на данную опубликованную работу (Смотри The Effect of Open Access).