Регистрация / Вход
Прислать материал

Единая базовая платформа управления наземной инфраструктурой ракетно-космической техники

Номер контракта: 14.574.21.0045

Руководитель: Пащенко Дмитрий Владимирович

Должность: заведующий кафедрой ВТ ПГУ

Организация: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пензенский государственный университет"
Организация докладчика: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет"

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
базовая платформа управления, ракетно-космическая техника, заправка, математическая модель, имитационная модель, система рекуррентных канонических уравнений

Цель проекта:
Настоящие прикладные научные (ПНИ) исследования направлены на решение актуальной задачи разработки инструментальных средств автоматизированного проектирования систем управления наземной инфраструктурой военных и гражданских ракетно-космических комплексов (РКК), которые обеспечат работу широкой номенклатуры технических, технологических и вспомогательных систем с использованием унифицированных и масштабируемых отечественных аппаратно-программных средств. Целью выполнения ПНИ является разработка принципов построения унифицированных аппаратно-программных средств управления наземной инфраструктурой существующих модернизируемых и перспективных систем ракетно-космической техники (РКТ).

Основные планируемые результаты проекта:
1. Формальные описания объектов инфраструктуры РКТ и компонент аппаратно-программных средств управляющей системы;
2. Формальные модели алгоритмов управления объектами инфраструктуры РКТ;
3. Средства верификации процессов управления на основе формальных методов;
4. Инструментальные средства генерации выполняемых программ на основе предложенной формальной модели описания процесса управления и библиотек унифицированных каталогизированных элементов;
5. Универсальные средства тестирования и наладки аппаратно-программных средств управления;
6. Архитектура аппаратных средств, основанная на модульно-блочном принципе .
7. Состав, схемотехническая реализация и конструктив исполнения унифицированных блоков с использование элементной базы и комплектующих только отечественных производителей;
8. Каталогизация существующих элементов сбора информации о состоянии технологического оборудования;
9. Способы межмодульного и межблочного взаимодействия.
10. Демоверсии инструментальных средств генерации программ и тестирования аппаратно-программных средств.
11. Макетный образец фрагмента системы управления наземной инфраструктурой РКТ

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Создание технического облика единой базовой платформы управления объектами наземной инфраструктуры для ракетно-космической техники, решающей задачи заправки жидкими и криогенными компонентами топлива ракет-носителей, разгонных блоков и космических аппаратов включающая:
1. Разработку математической модели единой базовой платформы управления объектами наземной инфраструктуры для ракетно-космической техники с использованием математического аппарата;
2. Разработку метода проектирования единой базовой платформы управления объектами наземной инфраструктуры для ракетно-космической техники на основе комплекса онтологий и их трансформаций;
3. Верификацию алгоритмов и объектов управления единой базовой платформы управления объектами наземной инфраструктуры для ракетно-космической техники с использованием разработанной имитационной модели;
4. Определение принципов построения и технического состава аппаратных средств, обеспечивающих подготовку к старту как существующих, так и перспективных объектов ракетно-космической техники, базирующегося на отечественной элементной базе;
5. Создание инструментальной системы генерации специального программного обеспечения на основе унифицированных алгоритмов управления различными объектами наземной инфраструктуры ракетно-космической техники;
6. Создание поведенческой модели ракетно-космической техники для исследования аварийных ситуаций и отказов оборудования;
7. Создание системы генерации тестов и автоматизация проведения полунатурного эксперимента.
В настоящее время за рубежом широко ведутся работы по развитию теоретического формализма, формальных методов в проектировании программных средств, а также созданию на их основе инструментальных средств. Исследования ведутся с использованием трех основных подходов:
формальной спецификации, верификации и формальным синтезом или программным выводом. На данный момент отсутствует теория и основанные на ней методы и средства, которые служили бы единой платформой для всех этих подходов. Например, в университете Электротехники и Информатики в Беркли в последних работах авторов Томас Huining Feng, Edward A. Lee, Lee W. Schruben разработаны событийные модели вычислений, позволяющие упростить создание прикладных управляющих программ, которые учитывают фактор времени, возможность планирования множественных будущих активностей, поддержку иерархии моделей, в том числе конечных детерминированных автоматов, и конкуренцию параллельных алгоритмов. Указанные модели расширяют возможности языка моделирования диаграмм для создания программного обеспечения, однако не имеют соответствующих средств осуществления аппаратного синтеза и формальной верификации сложных устройств логического управления. Поставленную задачу
предлагается решать с использованием логики событийных недетерминированных автоматов (СНДА) созданной и развитой д.т.н., профессором Вашкевичем Н.П. Такое формальное представление алгоритмов управления характеризуется значительной простотой, наглядностью,
компактностью и возможностью в комплексе решать задачи спецификации, верификации, разработки, анализа и преобразования управляющих алгоритмов сложных систем по управлению взаимодействующими параллельными асинхронными процессами и ресурсами с целью оптимизации их параметров и средств их контроля, а также их реализации на программном или
аппаратном уровнях.
Другим важным звеном в проектировании распределенных систем являются встраиваемые устройства управления (контроллеры), которые должны соответствовать как функциональным требованиям, так и ряду нефункциональных, среди которых временные ограничения и требования по производительности, надежности, управляемости, безопасности, реконфигурируемости, развиваемости и ряду других. Для обеспечения указанных требований желательно использование многоядерных систем–на–кристалле (СнК). Однако ненадежность управляющего программного обеспечения или операционных систем часто приводит к сбоям в системе управления, что в конечном счете может создать неблагоприятные ситуации с непоправимыми последствиями в системах реального времени. Поэтому при реализации контроллеров предлагается применить аппаратную поддержку ряда сложных и трудоемких функций управления процессами и ресурсами на ПЛИС (FPGA), оставляя в программной реализации лишь небольшой API-интерфейс. В результате API-функции, обрабатываемые в аппаратных средствах, значительно ускоряются, а тщательная отладка аппаратуры современными средствами проектирования ПЛИС гарантирует надежность и безопасность операционной системы.
Перспективным направлением создания транспортной среды промышленных распределенных систем управления является использование сетей с пакетной коммутацией. Выбор наиболее эффективных методов управления качеством обслуживания в сети системы управления представляет собой сложную задачу, которая может быть решена средствами предварительного имитационного моделирования, перед которым обычно ставятся следующие задачи:
• оценка вероятностно-временных характеристик трафика,
• оценка загрузки телекоммуникационного оборудования,
• прогнозирование количественных показателей качества обслуживания.
Кроме того при разработке новых механизмов QoS требуются инструментальные средства исследования телекоммуникационных сетей, не привязанные к конкретному оборудованию, а основанных на математических моделях.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Единая базовая платформа управления наземной инфраструктурой ракетно-космической техники обеспечит работу широкой номенклатуры технических, технологических и вспомогательных систем с использованием унифицированных и масштабируемых отечественных аппаратно-программных комплексов, что позволит снизить временные и материальные затраты на разработку, производство и эксплуатацию новых и модернизируемых военных и гражданских ракетно-космических комплексов.

Текущие результаты проекта:
На первом этапе ПНИ:
Способ формализованного описания объектов наземной инфраструктуры РКТ.
Информационная модель базы знаний нереляционного типа, позволяющей каталогизировать данные об элементах объектов технологической инфраструктуры РКТ.
Архитектура аппаратных средств управления наземной инфраструктурой РКТ, основанная на модульно-блочном принципе.
На втором этапе ПНИ:
Способ формализованного описания алгоритмов управления наземной инфраструктурой РКТ
Апробация способа описания алгоритмов управления объектов наземной инфраструктуры РКТ.
Обоснование состава аппаратных средств объективного контроля системы управления объектами наземной инфраструктуры РКТ
Демонстрационный образец инструментальной программной системы генерации функционального программного обеспечения управления наземной инфраструктурой РКТ.
Демонстрационный образец программной среды исполнения алгоритмов управления наземной инфраструктурой РКТ.
Состав и технические характеристики набора унифицированных модулей и блоков управления наземной инфраструктурой РКТ и их схемотехническое и конструктивное исполнение.
Комплект эксплуатационно-конструкторской документация на унифицированные модули и блок управления
Комплект эксплуатационно-конструкторской документация на макета блока системы управления.
Макет блока системы управления наземной инфраструктурой РКТ.
Испытания макета проводятся с привлечением ЦКП и УНУ:
Научно- метрологического центра КАИ (НМЦ КАИ) (г. Казань) и центра «Вибрационная прочность и надежность аэрокосмических изделий» СГАУ (г. Самара).