Відмовостійкий блок акселерометрів

Відмовостійкий блок акселерометрів, що складається з акселерометрів, три з яких розта шовані у вигляді правильної трикутної піраміди, чутливі осі яких розташовані в ортогональній системі координат, і обчислювальної машини, який відрізняє ться тим, що четвертий акселерометр Корисна модель належить до систем орієнтації та навігації рухомих об'єктів і може бути використана в авіаційній техніці. Відомий відмовостійкий блок акселерометрів, що складається з шістьох акселерометрів [Алешкін В.В., Алешкін М.В., Сокольский А.С., Мотвєєв А.С.. Дослідження алгоритмічної обробки інформації надлишкового блоку мікроме-ханічних акселерометрів. // Електроніка й приладобудування. - 2007. - Вип. №1(21). - с. 96105.], узятий як прототип. В ньому використовується структурна надмірність, яка є ефективним способом підвищення надійності й точності систем управління рухомими об'єктами. 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 акселерометрів, що складається з акселерометрів, чутливі осі яких розташовані в ортогональній системі координат, і обчислювальної машини, відповідно до корисної моделі, введений четвертий акселерометр, розташований ключені до блоку формування кутови х швидкостей. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями, де на фіг. 2 показана блок-схема відмовостійкого блоку акселерометрів, на фіг. 3 представлений фрагмент дихотомічного дерева визначення місця відмови в блоці. Пропонований варіант блоку акселерометрів із структурною надмірністю складається із чотирьох акселерометрів 1, 2, 3 та 4, які послідовно підключені через аналого-цифровий перетворювач 5, блок діагностування 6 до блоку формування кутових швидкостей 7. Відмовостійкий блок працює таким чином. Для простоти пояснення переваги запропонованої конфігурації припустимо, що центр вимірювального тригранника збігається із центром мас БПЛА. Осі чутливості 1,2 3 збігаються з осями пов'язаної із БПЛА системою координат Ох, О у, Oz відповідно. Три акселерометра розташовуються на відстані R від початку системи координат. Вісь чутливості акселерометра 4 збігаються з діагоналлю куба утвореного осями чутливості 1, 2, 3, відповідно. Акселерометри 4 розташовані на відстані по діагоналі куба на відстані 3R , де R - відстань від центру системи до інших акселерометрів, виходи акселерометрів послідовно через аналогоцифрові перетворювачі, блок діагностування під 3R від початку координат. З огляду на розташування ЧЕ (фіг. 1) і вплив на показання проекцій кутової швидкості на осі зв'язаної системи координат, значення вихідних сигналів 1, 2, З будуть визначатися наступними рівняннями: (1) w¢х (k ) = w х (k ) (19) UA (11) 36546 (13) U розташований по діагоналі куба на відстані 3R , де R - відстань від центру системи до інших акселерометрів, для зменшення малогабаритних характеристик виходи акселерометрів послідовно через аналого-цифрові перетворювачі, блок діагностування підключені до блока формування кутови х швидкостей. 3 36546 w¢y (k ) = w y (k ) (2) w¢z (k ) = wz (k ) (3) w ,w , w де х y z - проекції кутової швидкості обертання на осі зв'язаної системи координат, ¢ w¢х , w¢y , wz - значення вихідних сигналів 1, 2 3 відповідно; k - дискретні моменти часу виміру. Для простоти запису рівнянь крок квантування будемо опускати. Через те що осі чутливості 4 збігаються з діагоналлю куба (фіг. 1), то їхні показання будуть визначатися наступною залежністю: 1 w¢0 (k ) = wx (k ) + w y (k ) + w z (k ) (4) 3 0 де w¢ (k ) - значення вихідного сигналу 4. ( ) 4 ної системи передбачене місце для збереження поточної інформації на певному діапазоні часу із кроком квантування Т0 = 0,001с. Дані зберігаються за принципом «черговий входить і виходить». Це необхідно для того, щоб у пам'яті зберігалися дані з акселерометрів до моменту виникнення відмови в блоці («чисті дані»). При виникненні відмови, система діагностування на підставі предикатного рівняння (7) визначає момент часу виникнення відмови to і наступні дані зберігаються в пам'яті як «брудні» - дані отримані з блоку, у якому відбулася відмова. Таким чином, система має у своєму розпорядженні дані з акселерометрів до моменту виникнення відмови й після. Для акселерометрів вихідну напругу можна представити в наступному виді при наявності відмови U((k - 1)T0 ) ¹ U(kT0 ) , тобто На виході акселерометрів формується сигнал abs(U((k - 1)T0 ) - U(kT0 )) > D ¹ 0 або у вигляді напруги постійного струму. На підставі U((k - 1)T0 ) цього введемо наступні позначення: = U(kT0 ) ± x ; а при відсутності відмови U1(k ), U2 (k), U3 (k ), U4 (k ) - значення напруг на ви хоU((k - 1)T0 ) » U(kT0 ) . Відповідно до висловлених дах акселерометрів 1, 2, З, відповідно в k-й моприпущень предикатне рівняння для визначення мент часу. Через те що в блоці використовуються місця відмови в блоці прийме наступний вид: однотипні акселерометри, то рівняння (4) з ураху0, ні ì ванням введених позначень приймуть наступний (8) z1 = s2 U1 (kT0 ) - U1 ((k - 1)T0 ) £ d1 = í 1, відмова1 вигляд: î 1 0, ні ì U4 (k ) = (U1(k ) + U2 (k ) + U3 (k )) (5) (9) z2 = s2 U2 (kT0 ) - U2 ((k - 1)T0 ) £ d2 = í 3 î1, відмова 2 Тотожність (5) являє собою математичну мо0, ні ì дель номінального функціонування блоку акселе(10) z3 = s2 U3 (kT0 ) - U3 ((k - 1)T0 ) £ d3 = í рометрів БПЛА. 1, відмова3 î На підставі тотожності (5) отримаємо діагнос0, ні ì тичну модель для вирішення першого завдання (11) z4 = s 2 U4 (kT0 ) - U4 ((k - 1)T0 ) £ d4 = í 1, відмова 4 діагностування, виявлення відмов у блоці. î Отримані предикатні рівняння (8) - (11) відо~ 1 ~ ~ ~ DU4 (k ) = U4 (k ) U1(k ) + U2 (k) + U3 (k ) (6) бражають якісний зв'язок місця виникнення відмо3 ви з непрямими ознаками в термінах булевої змінDU4 (k ) - ухилення сумарних напруг на 1, 2, ної. Використання цієї обставини дозволяє де представити рішення завдань діагностування у ~ ~ ~ формі дихотомічного дерева, що дозволяє пере3 від напруги на 4,; U1(k ), U2 (k ), U3 (k ) - напруги на йти до рішення важливого завдання при побудові виходах акселерометрів 1, 2 3, 4 в k-й момент чадіагностичного забезпечення - побудові правил су, відповідно. пошуку місця відмов (ППМ) у блоці акселерометНа підставі отриманої діагностичної моделі (6) рів. Рішення цього завдання засновано на одерформуємо предикатне рівняння: жанні безумовних ППМ. 1 (7) zi = s 2 DU 4 (k ) £ di }0 Отримані ППМ (див. фіг. 3) являють собою фрагмент логічного графа пошуку місця відмови, у z i - двозначний предикат, що описує проде вузлах якого перебувають двозначні предикати (8) - (11), значення яких визначаємо через доступні s 2 - символ двоцес порівняння значень напруг; виміру характеристики датчиків БПЛА. Розроблене діагностичне забезпечення (див. значного предикатного рівняння; di - допустиме фіг. 3) у рамках сигнально-параметричного підходу значення неузгодженості сигналів, визначене додозволяє вирішувати два найбільш важливих заслідним шляхом. вдання діагностування технічного стану блоку акОтримане предикатне рівняння (7) дозволяє селерометрів БПЛА - установлення факту виниксформувати алгоритм для вирішення першого нення відмови в блоці і визначення місця його завдання діагностування, виявлення відмови в виникнення. блоці. Таким чином, поставлені завдання повністю Після вирішення першого завдання діагностивирішуються. Корисна модель дозволяє підвищити чного забезпечення необхідно зняти наступну неточність і надійність блоку акселерометрів щодо визначеність — місце виникнення відмови в блоці, використання в системах орієнтації на малогабатобто визначення безпосередньо акселерометра, ритних літальних апаратах. що відмовив. Для реалізації алгоритмів визначення місця відмови в блоці у пам'яті мікропроцесор { } { { { ) } { ( } } 5 Комп’ютерна в ерстка І.Скворцов а 36546 6 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