Відмовостійкий блок датчиків кутових швидкостей

Відмовостійкий блок датчиків кутови х швидкостей, що складається з датчиків кутових швидкостей, чутливі осі яких розташовані в ортогональній системі координат, і обчислювальної машини, який відрізняє ться тим, що додатково введений четвертий датчик кутової швидкості, розташований по Корисна модель належить до систем орієнтації та навігації рухомих об’єктів і може бути використана в авіаційній техніці. Відомий відмовостійкий блок датчиків кутови х швидкостей, що складається з шістьох датчиків [Але шкін В.В., Алешкін М.В., Сокольский А.С., Мотвєєв А.С.. Дослідження алгоритмічної обробки інформації надлишкового блоку мікромеханічних акселерометрів.// Електроніка й приладобудування. - 2007. - Вип. №1(21). - с.96-105], узятий як прототип. До недоліків такої системи належать значні масогабаритні характеристики, які не дозволяють використовува ти її на безпілотних малогабаритних літальних апаратах, а також низька їхня надійність і точність. Завданням корисної моделі є зменшення масогабаритних характеристик та підвищення надійності. Поставлене завдання вирішується тим, що в відмовостійкому блоці датчиків кутових швидкостей, що складається з датчиків кутових швидкостей, чутливі осі яких розташовані в ортогональній системі координат, і обчислювальної машини, відповідно до корисної моделі, введений четвертий датчик, розташований по діагоналі куба на відстані Так як безплатформна інерціальна навігаційна система (БІНС) належить до об’єктів діагностування з невідомим входом, то єдиний шлях забезпечення виконання критерію структурного діагностування є введення структурної надмірності. Одним із прикладів введення структурної надмірності, є мажоритарна схема включення чутливи х елементів (ЧЕ) у БІНС, три датчики кутових швидкостей по кожній осі, пов’язаної з безпілотним літальним апаратом (БПЛА) системою координат. Але, незважаючи на те, що зазначена схема забезпечує повну діагностику БІНС із глибиною до місця відмови, введення надмірної кількості ЧЕ приводить до збільшення маси, габаритів й енергоспоживання БІНС. Подібне обмеження визначає актуальність завдання проектування БІНС БПЛА з мінімальною структурною надмірністю, що дозволяє забезпечувати стр уктурну диагностику БІНС із глибиною до виду відмови. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями, де на Фіг.1 показаний варіант розташування БІНС із мінімальною структурною надмірністю, на Фіг.2 показана блок-схема відмовостійкого блоку ДКШ, на Фіг.3 представлений фрагмент дихотомічного дерева визначення місця відмови в БІНС БПЛА. Пропонований варіант БІНС із структурною надмірністю складається із чотирьох датчиків кутової швидкості ДКШх 1, ДКШ у 2, ДКШz 3 та ДКШ0 4, які послідовно підключені через аналого 3 R , де R - відстань від центру системи до інших датчиків, виходи датчиків кутових швидкостей послідовно через аналого-цифрові перетворювачі, блок діагностування підключені до блоку формування кутови х швидкостей. (19) UA (11) 36480 (13) U діагоналі куба на відстані 3 R , де R - відстань від центру системи до інших датчиків, виходи датчиків кутови х швидкостей послідовно через аналогоцифрові перетворювачі, блок діагностування підключені до блока формування кутових швидкостей. 3 36480 4 цифровий перетворювач 5, блок діагностування 6 ходах датчиків ДКШ х, ДКШ у, ДКШz, ДКШ0 в k-й модо блоку формування кутових швидкостей 7. мент часу, відповідно. Відмовостійкий блок ДКШ працює таким чиНа підставі отриманої діагностичної моделі (6) ном. формуємо предикатне рівняння: Для простоти пояснення переваги пропонова(7) zi = s2 { DUДКШ0 (k ) £ di}1 , ної конфігурації БІНС припустимо, що центр вимі0 рювального тригранника збігається із центром мас де z – двозначний предикат, що описує процес БПЛА. Осі чутли вості ДКШ х, ДКШ у, ДКШz збігаютьпорівняння значень напруг; s 2 - символ двозначнося з осями пов’язаної із БПЛА системою координат го предикатного рівняння; di – допустиме значення Ох, О у, Oz відповідно. Три датчики розташовуються неузгодженості сигналів, визначене дослідним на відстані R від початку системи координат. Вісь шляхом. чутливості датчика кутової швидкості ДКШ0 збігаОтримане предикатне рівняння (7) дозволяє ються з діагоналлю куба утвореного осями чутлисформувати алгоритм для вирішення першого завості ДКШх, ДКШ у, ДКШz , відповідно. Датчики ДКШ0 вдання діагностування, виявлення відмови в БІНС БПЛА. розташовані на відстані 3 R від початку коордиПісля вирішення першого завдання діагностинат. чного забезпечення необхідно зняти наступну неЗ огляду на розташування ЧЕ (Фіг.1) і вплив на визначеність - місце виникнення відмови в БІНС показання проекцій кутової швидкості на осі БПЛА, тобто визначення безпосередньо датчика, зв’язаної системи координат, значення вихідних що відмовив. Для реалізації алгоритмів визначенсигналів ДКШх, ДКШ у, ДКШz будуть визначатися ня місця відмови в БІНС у пам’яті мікропроцесорнаступними рівняннями: ної системи передбачене місце для збереження w¢x (k ) = wx (k ) ; (1) поточної інформації на певному діапазоні часу із кроком квантування Т0 = 0,001с. Дані зберігаються w¢y (k ) = wy (k ) ; за принципом «черговий входить і виходить». Це (2) необхідно для того, щоб у пам’яті зберігалися дані з датчиків до моменту виникнення відмови в БІНС w¢z(k ) = wz (k ) , (3) БПЛА («чисті дані»). де wx, w y, wz - проекції кутової швидкості оберПри виникненні відмови, система діагностутання на осі зв’язаної системи координат, вання на підставі предикатного рівняння (7) визначає момент часу виникнення відмови t0 і наступні w¢x, w¢y, w¢z - значення вихідних сигналів ДКШ х, дані зберігаються в пам’яті як «брудні» - дані ДКШу, ДКШz відповідно; k - дискретні моменти часу отримані з БІНС БПЛА, у якій відбулася відмова. виміру. Для простоти запису рівнянь крок квантуТаким чином, система має у своєму розпорявання будемо опускати. дженні дані з датчиків до моменту виникнення відТак як осі чутливості ДКШ0 збігаються з діагомови й після. Для датчиків БІНС БПЛА ви хідну наналлю куба (Фіг.1), то їхні показання будуть визнапругу можна представити в наступному виді при чатися наступною залежністю: наявності відмови U((k-i)T0)¹U(kT0), тобто abs(U((k1 l)T0)-U(kT0))>D ¹0 або U((k-1)T0) = U(kT0)± x; а при ¢ w0(k ) = (wx (k ) + w y (k ) + wz (k )) , (4) 3 відсутності відмови - U((k-1)Т0)»U(kТ0). Відповідно до висловлених припущень предиде w¢ (k) - значення вихідного сигналу ДКШ0 . 0 катне рівняння для визначення місця відмови в На виході датчиків БІНС БПЛА формується сиБІНС БПЛА прийме наступний вид: гнал у вигляді напруги постійного струму. На підì0, ні ; (8) ставі цього введемо наступні позначення: z1 = s 2 { UДКШ (kT0 ) - U ДКШ ((k - 1)T0 ) £ d1} = í , î1 в ідмов а ДКШх UДКШ х (k ), UДКШ у (k ), UДКШz (k ), UДКШ0 (k ) - значенх ня напруг на виходах датчиків ДКШх, ДКШу, ДКШz, відповідно в k-й момент часу. Так як в БІНС БПЛА використаються однотипні ДКШ, то рівняння (4) з урахуванням введених позначень приймуть наступний вигляд: UДКШ0 (k ) = 1 3 ( UДКШx ( k ) + UДКШy ( k ) + UДКШz (k )) , (5) Тотожність (5) являє собою математичну модель номінального функціонування блоку ДКШ БІНС БПЛА. На підставі тотожності (5) отримаємо діагностичну модель для вирішення першого завдання діагностування, виявлення відмов у блоці ДКШ. ~ 1 ~ ~ ~ DU (k ) = U (k ) (U (k ) + U (k ) + U (k )) , (6) Д КШ0 Д КШ 0 3 Д КШ x Д КШy Д КШz де DUДКШ0 (k) - ухилення сумарних напруг на ДКШх, ДКШ у, ДКШz від напруги на ДКШ0; ~ ~ DUДКШx (k ), UДКШy (k), UДКШz (k) - напруги на ви x ì ï0, ні ; z 2 = s2 { U ДКШ (kT0) - UДКШ ((k - 1 T0 ) £ d 2 } = í ) (9) y y ï1 в ідмов а ДКШy î, ì0, ні z3 = s2 { UДКШ z (kT 0 ) - UДКШ z ((k - 1)T0 ) £ d 3 } = í î1, відмова ДКШ z ; (10) ì0 ,ні ; z4 = s2 { UДКШ 0 (kT0 ) - UДКШ 0 ((k - 1)T0 ) £ d4 } = í î1, відмова ДКШ 0 (11) Отримані предикатні рівняння (8)-(11) відображають якісний зв’язок місця виникнення відмови з непрямими ознаками в термінах булевої змінної. Використання цієї обставини дозволяє представити рішення завдань діагностування у формі дихотомічного дерева, що дозволяє перейти до рішення важливого завдання при побудові діагностичного забезпечення - побудові правил пошуку місця відмов (ППМ) у БІНС БПЛА. Рішення цього завдання засновано на одержанні безумовних ППМ. 5 36480 6 Отримані ППМ (див. Фіг.3) являють собою вдання діагностування технічного стану БІНС фрагмент логічного графа пошуку місця відмови, у БПЛА - установлення факту виникнення відмови в вузлах якого перебувають двозначні предикати БІНС і визначення місця його виникнення. (8)-(11), значення яких визначаємо через доступні Таким чином, поставлені завдання повністю виміру характеристики датчиків БІНС БПЛА. вирішуються. Корисна модель дозволяє підвищити Розроблене діагностичне забезпечення (див. точність і надійність БІНС щодо використання в Фіг.3) у рамках сигнально-параметричного підходу системах орієнтації на малогабаритних літальних дозволяє вирішувати два найбільш важливих заапаратах. Комп’ютерна в ерстка Г. Паяльніков Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601