Лекция №2 назначение и принципы построения основных систем пнк

Бортовой вычислительный комплекс (БЦВМ)

Достоинства БЦВМ по сравнению с аналоговыми вычислителями:

• возможность решения не только математических, но и логических задач, что повышает степень автоматизации процессов управления ЛА;

• за счет увеличения разрядности может быть достигнута требуемая точность решения навигационных задач;

• возможность использования для решения навигационных задач современных методов оптимального управления;

• значительная гибкость, обусловленная перепрограммированием задач;

• возможность обеспечения глубокого контроля.

Для решения задач навигации и управления перед БЦВМ устанавливают такие требования:

• высокая точность вычислений;

• достаточное быстродействие;

• удобство обращения с БЦВМ;

• живучесть и ремонтопригодность;

• допустимые значения массы и габаритов.

Имеются ряд факторов, которые ограничивают применение БЦВМ для полной автоматизации процессов управления ЛА. К этим факторам относится:

• имеются задачи, решение которых не поддается математическому описанию;

• некоторые характеристики отдельных систем управления намного хуже аналогичных характеристик экипажа, например, в способности летчика принять решение в условиях недостатка информации.

При проектировании бортовых цифровых вычислителей для ПНК могут быть использованы следующие структурные варианты:

• бортовые специализированные цифровые вычислители (БСЦВ);

• бортовые цифровые вычислительные машины (БЦВМ);

• бортовые цифровые вычислительные системы (БЦВС) или комплексы (БЦВК).

БСЦВ – в основном используются как вычислители отдельных систем ПНК, например, ИНС, СВС, САУ и так далее Такие вычислители могут быть выполнены либо по принципу универсальных машин либо по принципу цифровых дифференциальных анализаторов (ЦДА), структура которых, в общем, напоминает аналоговые ВЧУ и предназначены для выполнения определенных математических операций ( ) и так далее.

БЦВМ – предназначены для решения задач навигации, стабилизации, управления и решения специальных задач в соответствии с заложенными алгоритмами. При наличии нескольких БЦВМ на борту ЛА обмена информации между ними обычно не осуществляется.

БЦВС – применяется при проектировании интегрированных ПНК путем объединения БЦВМ в единую систему с целью расширения процессов автоматизации контроля и управления. БЦВС разделяются на два класса:

• многомашинные;

• мультипроцессорные.

При построении многомашинных БЦВС, поскольку сохраняется структура и принцип функционирования каждой взятой в отдельности ВМ, то обмен информацией между ними осуществляется за счет дуплексных, триплексных и дуальных СОИ.

Дуплексные и триплексные ВС состоят соответственно с 2-х и 3-х БЦВМ, решающих одновременно одни и те же задачи. С целью повышения надежности применяют специальные тесты, а в триплексных – схемы мажоритирования.

В дуальных БЦВС набор задач, подлежащих решению, распределяется между двумя БЦВМ.

В мультипроцессорных БЦВС имеется несколько процессоров, работающих параллельно под управлением единого блока управления.

БЦВМ в свою структуру включает ДЗУ, ОЗУ, ВЗУ.

В ДЗУ хранится подшивка алгоритмов работы, ВЗУ хранит временно входную информацию.

Основной характеристикой процессора является его быстродействие:

где - частота выполнения информаций - го типа;

- время выполнения - ой операции;

- общее число операций.

Инерциальные навигационные системы

Принцип действия инерциальных навигационных систем (ИНС) основан на использовании механических явлений, возникающих при движении тел в гравитационном поле Земли, и заключается в измерении ускорения ЛА. Ускорение измеряется акселерометрами. Основное преимущество ИНС – это ее автономность.

Рассмотрим ИНС с точки зрения применения ее в составе ПНК. В современных ПНК широкое применение ИНС нашли с ортодромической ориентацией и произвольной в азимуте ориентацией осей чувствительности акселерометров. Установленные на гироплатформе акселерометры измеряют кажущееся ускорение, то есть разницу между абсолютным ускорением ЛА и гравитационным ускорением:

= - ,

где - измеряемый вектор ускорения;

- вектор абсолютного ускорения;

- вектор гравитационного ускорения.

Для ортогонального размещения осей чувствительности акселерометров вдоль прямоугольной системы координат , связанной с гироплатформой, измеряемые акселерометром ускорения:

; ;

Как видно из выражений, для ускорений составляющие гравитационного ускорения вносят ошибки при измерении абсолютных значений ускорения. Поэтому необходима их компенсация.

Компенсация гравитационных составляющих по осям и осуществляется за счет расположения ГСП в плоскости горизонта, а комплексации осуществляется алгоритмично.

Для компенсации и акселерометры устанавливают на гировертикали с периодом колебаний Шулери , выходы акселерометров интегрируются и подаются на датчики моментов ГСП, которые за счет прецессии сохраняет горизонтальное положение.

В ИНС с ортодромической ориентацией осей чувствительности акселерометры измеряют ускорение вдоль и перпендикулярно ортодромии.

В ИНС со свободной (произвольной) в азимуте ориентацией гироплатформы оси чувствительности акселерометров имеют в плоскости горизонта неизменную ориентацию относительно инерциального пространства. Оси платформы при этом относительно плоскости географического меридиана будут вращаться вокруг вертикали места с угловой скоростью

,

(1)

где - угловая скорость вращения Земли;

- географическая широта местоположения ЛА;

- восточная составляющая линейной скорости ЛА;

- радиус Земли.

Различия в ориентации осей чувствительности акселерометров (ГСП различных типов ИНС) определяет различие в системах отсчета скорости, которые выдаются ИНС в БЦВМ ПНК.