Прогнозирование бортовых систем космических аппаратов на основе реконструкции фазового пространства

Министерство  науки и образования Российской Федерации

     Государственное образовательное  учреждение

     Высшего профессионального  образования

“Сибирский  государственный индустриальный университет”

 
 

     Кафедра автоматизации  и информационных систем 

     Реферат 

     «Прогнозирование бортовых систем космических аппаратов на основе реконструкции фазового пространства» 
 
 
 

                                                                                   Выполнил: 

     Проверил:

     .

                                          
 
 
 
 
 

     Новокузнецк   2011 г.

     Содержание: 

Введение…………………………………………………………………………...3

Оценка  состояния бортовой системы космического аппарата группой управления………………………………………………………………..…….…4

Формализация  операции контроля бортовой системы  космического аппарата……………………………………………………………………..……..6

Использование метода «деревьев» поиска состояний……………………….....8

Заключение…………………………………………………………………….....12 

Список используемой литературы:………………………………………….….13 

Пример:Бортовая аппаратура…………………………………………..….........14 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

    Любая бортовая система космического аппарата, как и космический аппарат  в целом, относится к классу сложных  технических систем. Для таких  систем разбиение всего класса состояний  на два - «работоспособна» и «неработоспособна» представляется слишком упрощенным. Наоборот, идеальное работоспособное  состояние системы КА, как и  полностью неработоспособное состояние  встречаются достаточно редко. На практике, идеальное работоспособное состояние  и полностью неработоспособное  состояние являются лишь некими граничными значениями на шкале возможных состояний  космического аппарата в текущий  момент времени.

Оценка  состояния космического аппарата в  полете играет роль обратной связи, с  помощью которой оценивается  соответствие состояния космического аппарата, как объекта управления, плановому состоянию на определенный момент времени. Поскольку управление полетом представляет собой непрерывный  динамический процесс, то оценка состояния  также носит непрерывный характер.

Рис.1. Космический  спутник.

Оценка  состояния космического аппарата проводится на основе анализа совокупности параметров, получаемых с борта космического аппарата: по телеметрическому тракту, по докладам экипажа, по командным квитанциям. Основным источником информации были и остаются данные, получаемые в  составе телеметрической информации. Объем телеметрической информации для современных пилотируемых кораблей составляет десятки тысяч телеметрических  параметров. Каждый такой параметр характеризует состояние узла, блока, агрегата, подсистемы какой-либо бортовой системы, или какой-либо аспект функционирования этого узла, блока, агрегата. И каждый такой параметр специалистам группы управления полета необходимо оценить по определенной технологии. Однако, для принятия решений по дальнейшему управлению полетом космического аппарата важна комплексная оценка состояния его бортовых систем. Сложность подобной оценки состоит в большом числе анализируемых параметров и в ограниченном отрезке времени, за который при оперативном управлении полетом должна быть дана эта оценка. Далее рассматривается один из подходов, позволяющих облегчить процесс принятия решений группой управления полетом при комплексной оценке состояния космического аппарата.

Оценка  состояния бортовой системы космического аппарата группой  управления

    Группа  управления полетом космического аппарата, как правило, организуется таким  образом, чтобы контроль и анализ состояния каждой отдельной системы  выполнялся отдельной подгруппой. Однако, число телеметрических параметров, которые должны анализировать специалисты  подгрупп, даже с учетом анализа  только «своей» системы остается достаточно большим.

Для решения  этой проблемы используются несколько  взаимосвязанных направлений. Одним  из таких направлений является организация  в соответствии с определенными  правилами порядка работы специалистов по оценке множества параметров, характеризующих  бортовую систему.

Все множество  получаемых с борта параметров разбивается  на несколько подмножеств в зависимости  от значимости изменения этих параметров, с точки зрения выявления важных изменений в работе бортовой системы. В зависимости от режима работы, анализируемой подсистемы, рассматриваются  те или иные подмножества из имеющегося множества параметров.

Например, для оценки функционирования работы определенной системы в дежурном состоянии достаточно контролировать подмножество параметров P_деж, характеризующее работу системы в этом состоянии. При этом подмножество P_i контролируемых специалистами в момент времени t_i можно характеризовать следующим образом

P_i = P_деж ,

P_деж >> P_sys ,

где P_sys - полное множество параметров, характеризующих систему.

Если  по какой-либо подсистеме значения контролируемых параметров приближаются или даже выходят  за допустимые пределы, то для контроля берется дополнительное подмножество параметров, характеризующее работу этой подсистемы P_sub-1

 

 

В пределе  дополнительное подмножество параметров может расширяться до полного  множества параметров, характеризующих  систему. Однако в этом случае оперативный  анализ параметров и оперативное  принятие решений сильно затруднено.

Приблизительно  таким же образом поступают и  тогда, когда ожидаются активные операции с контролируемой системой. В этом случае множество дополнительных параметров, характеризующих работу системы в ходе активной операции, определяется заранее.

Специалист  группы управления при оценке определенной бортовой системы действует в  соответствие со следующим обобщенным порядком.

При подготовке к сеансу связи с космическим  аппаратом или при подготовке к проведению активных работ со «своей»  бортовой системой, специалист должен проанализировать предстающую программу  управления полетом космического аппарата и выделить наиболее важные операции со «своей» системой с привязкой  ко времени. Для полученных моментов времени специалист должен оценить  наличие телеметрической информации и вариантов ее сбора и обработки, например, программ опроса системы  бортовых измерений. Для каждого  момента времени специалист должен выделить подмножество параметров, которые  он будет контролировать, из общего множества параметров, описывающих  данную систему. Для выбранных множеств параметров специалист должен спрогнозировать  их состояние на выбранные моменты  времени.

Во время  сеанса связи или проведения активных работ с системой специалист проводит сравнительную оценку заранее спрогнозированных  значений контролируемых параметров для  текущего момента времени и параметров, полученных с борта в потоке телеметрической  информации. Так же проводится контроль соответствия значений параметров плановому  состоянию системы. В случае выявления  отклонений в показаниях параметров, относительно прогнозируемых, специалист должен проанализировать качество получаемой телеметрической информации. При  условии получения достоверной телеметрической информации специалист анализирует дополнительный массив данных и, если, факт отклонения подтвердился, он вырабатывает рекомендации по работе с системой: прекратить работу, перейти на резервный комплект, реконфигурировать систему и т.д.

Для принятия окончательного решения специалисту  может потребоваться более тщательный анализ, который проводится вне сеанса связи, то есть вне темпа реального  времени. Такой анализ позволяет  использовать значительно больший  объем информации и рассматривать  бортовые процессы, отраженные в телеметрической  информации, с привязкой к временной  оси. В подобном анализе могут  принимать участие также разработчики системы, различные группы инженерной поддержки и т.д.

При завершении процесса анализа специалист должен сформулировать сущность изменения  в состоянии бортовой системы, признаки изменения (параметры, отклонившиеся  от нормы), предполагаемые причины, ожидаемые  последствия, варианты возможных действий по управлению системой, необходимый  для этого перечень работ.

Таким образом, основной задачей специалиста  по анализу работы бортовой системы  космического аппарата является принятие решения о состоянии этой системы  на текущий момент и прогноз возможного состояния системы в будущем. Принятие такого решения представляет собой достаточно сложную проблему, включающую в себя проблемы определения  оптимального множества оцениваемых  параметров, необходимых для выявления  текущего состояния бортовой системы; проблемы определения классов возможных  состояний рассматриваемой бортовой системы; методы и способы отнесения  полученного состояния бортовой системы к одному из классов возможных  состояний; прогноз состояния на различные интервалы времени  и т.д.

Формализация  операции контроля бортовой системы космического аппарата

    Формализуем описание операции контроля бортовой системы космического аппарата. Пусть, на момент времени t специалист группы управления полетом космического аппарата по анализу бортовой системы имеет в своем распоряжении вектор состояния бортовой системы, представляющий собой выбранное заранее подмножество единичных параметров , полученных с борта космического аппарата. Кроме того состояние данной системы оценивается с помощью обобщенных параметров , вычисляемых по значениям параметров, полученных с борта космического аппарата. Совокупность параметров характеризует определенное состояние бортовой системы S_тек. Как результат решения, специалист должен оценить это текущее состояние.

Таким образом, на основе информации о внешних  воздействиях на объект управления, используя  технологии контроля полета космического аппарата , специалист по контролю над данной системой формирует оценку результатов управления полетом на i-том цикле функционирования

где  - бортовая система космического аппарата на i-том цикле функционирования, - состояние бортовой системы космического аппарата на i-том цикле функционирования,  - состояние экипажа на i-том цикле функционирования,  - возмущающие воздействия, влияющие на средства приема информации на i-том цикле функционирования.

По результатам  контроля принимается решение по дальнейшему управлению полетом. Здесь происходит оценка достижения текущих целей управления полетом космического аппарата  для i-того цикла функционирования

где G_i – результаты управления полетом космического аппарата, описанные языком целей, r – бинарные отношения соответствия на множества , устанавливаемые в ходе оценки результатов управления,  - оператор, реализуемый через технологии контроля и управления полетом.

При этом заранее задается  - вектор возможного для i-того цикла функционирования отклонения реально полученных результатов от заданных целей. В случае если выполняется условие , - управление полетом продолжается по существующему плану. Если , то происходит корректировка плана, т.е. текущие цели полета меняются.

Таким образом, если текущее состояние  бортовой системы соответствует  ее состоянию, определенному в плане  полета космического аппарата, то состояние  бортовой системы является штатным  и план реализуется без изменений. В других случаях имеется нештатное  состояние бортовой системы. Как  правило, при управлении полетом  космического аппарата имеется перечень так называемых рассмотренных нештатных  ситуаций для космического аппарата в целом и для бортовых систем в частности. Это те нештатные  ситуации, которые отраженны в  наземной и бортовой документации по управлению полётом и содержащиеся в программном обеспечении автоматизированной системы управления полетом и  бортового контура управления, с  указанием рекомендуемых действий по их устранению. Остальные нештатные ситуации относятся к классу нерассмотренных нештатных ситуаций. Поэтому, одним из аспектов решения специалиста оперативной группы управления является отнесение текущего состояния бортовой системы к штатному состоянию, рассмотренному нештатному состоянию или нерассмотренному.