ПРЕДИСЛОВИЕ

В течение двух с лишним десятилетий коллективы исследователей, группи­ ровавшиеся вокруг академика Б. Н.Петрова, вели проработку теоретиче­ ских основ управления космических и авиационных энергетических и дви­ гательных установок. При этом был решен комплекс научных проблем, связанных с динамикой и управлением таких установок авиационного и космического назначения. Было разработано также много конкретных проблем управления, нашедших отражение в целом ряде монографий (см. [1.2—1.4] ). К этим проблемам относятся: адекватное математическое описание столь сложных технических объектов; изучение их динамики; разработка принципов управления, среди которых можно отметить принцип двухканальности систем управления академика Б.Н.Петрова, принципы оптимальности, термоадаптации и т.д.; анализ и синтез законов управле­ ния; реализация законов управления, в первую очередь проблемы надеж­ ности систем управления; проблемы, связанные с внедрением бортовой цифровой техники, такие, как разработка цифровых алгоритмов управле­ ния, построение структур информационно-управляющих систем, разра­ ботка принципов и алгоритмов диагностики сложных технических систем, описываемых дифференциальными уравнениями с частными производны­ ми, которые реализуются в бортовых ЭВМ; достижение наибольшей надеж­ ности бортовых ЭВМ.

Решение всех перечисленных проблем делало необходимым разработку соответствующих методик. Эти методики имеют самостоятельную научную ценность даже безотносительно к решаемым с их помощью проблемам управления. Однако далеко не все они нашли отражение в опубликованных научных работах и тем более «а обобщены и не систематизированы. Предлагаемая монография в какой-то мере призвана устранить этот недос­ таток. Авторы ее поставили себе задачу систематизировать методики, раз­ работанные в области идентификации и диагностики авиационных и косми­ ческих энергетических и двигательных установок.

Здесь уместно ответить на несколько вопросов.

Во-первых, почему в работе объединяются проблемы идентификации и диагностики, ведь идентификационные процедуры относятся к моделям объектов управления, в то время как при диагностике мы имеем дело с самими объектами. Дело в том, что методически оба эти вида деятель­ ности в значительной мере смыкаются. В обоих случаях исследования предполагают внесение в модель определенных изменений и последующее изучение свойств измененной таким образом модели.

Во-вторых, почему мы объединяем авиационные двигатели и космиче­ ские энергоустановки? Для этого существуют две причины. Оба эти класса

з

объектов отличаются предельной тепловой и конструктивной напряжен­ ностью, и подход к их математическому описанию в большой мере одинаков. Вторая причина состоит в том, что такое положение сложилось исторически. Работая под руководством академика Б.Н. Петрова, коллек­ тивы, изучавшие авиационные и космические установки, вели исследования в тесном контакте и ко многим сторонам проблемы методически подходи­ ли одинаковым образом.

Отметим также, что, несмотря на большое количество работ, посвящен­ ных как идентификации, так и диагностике (особенно диагностике дискретных систем [1.6] ), методическая сторона изучения таких сложных и высоконапряженных технических объектов, отличающихся к тому же распределенностью параметров, освещена недостаточно.

Выход в свет монографии будет полезен всем специалистам, работаю­ щим в данной и смежных областях.

Авторы считают своим долгом отметить, что идея создания этой моно­ графии принадлежит Юрию Владимировичу Ковачичу, трагическая гибель которого ощущается как тяжелая утрата всеми, кто знал его и с ним работал.

Глава 1. ПРОБЛЕМЫ ИДЕНТИФИКАЦИИ И ДИАГНОСТИКИ

В АВИАКОСМИЧЕСКОЙ ЭНЕРГЕТИКЕ

§ 1.1. ВВЕДЕНИЕ

Авиационные газотурбинные двигатели (ГТД) и ядерные космические энергетические установки (КЭУ) представляют собой в высшей степени сложные и высоконапряженные инженерные ансамбли, в которых исполь­ зуются передовые научные достижения и реализуются предельные возмож­ ности современной техники.

Полное математическое описание таких технических объектов дости­ гается сложными системами дифференциальных уравнений, содержащими, как правило, уравнения с частными производными и весьма непростыми граничными условиями. Решение подобных систем уравнений, возможное только численными методами с применением самых быстродействующих ЭВМ, настолько трудоемко и требует таких затрат машинного времени, что практически используется лишь для первоначального изучения дина­ мических свойств и для окончательной проверки полученных законов и алгоритмов управления (и это в том случае, если вообще удается найти устойчивые методы численного решения таких систем, что, как показывает практика, не всегда достигается).

Подавляющая часть исследований динамики объектов и поиск законов управления, а также предварительная диагностика производятся с помощью более простых систем уравнений, как правило, обыкновенных, получаемых более или менее глубоким упрощением исходной полной системы. Такие упрощенные модели, утрачивая второстепенные свойства исходной полной системы (хотя, может быть, и важные для понимания тонкостей динамики и глубоких уровней диагностики), тем не менее должны сохранить ее су­ щественные свойства и присущие ей главные динамические эффекты. Очевидно, что получение таких упрощенных математических описаний представляет собой весьма сложную проблему, не имеющую стандартной методики и требующую каждый раз индивидуального подхода, успех кото­ рого во многом определяется интуицией исследователей. Тем большую ценность поэтому представляют уже проработанные методы упрощения конкретных сложных систем дифференциальных уравнений, которые, хотя и не решают проблему в целом, но могут послужить для ориентировки исследователей, работающих в данной области, и подсказать им направле­ ние поиска. Подобный подход для КЭУ уже частично изложен в литерату­ ре [1.3, 1.4], общие же постановки проблемы применительно к КЭУ и ГТД излагаются в настоящей монографии. Методике упрощения математичес­ кого описания ГТД специально посвящена вторая глава книги.

Круг задач, возлагаемый на системы автоматического управления