Способ разработки и испытания системы автоматического управления и мобильный стенд для тестирования электронной системы управления

Авторы патента:

G05B23/00 - Испытания и контроль систем управления или их элементов (контроль систем с программным управлением G05B 19/048,G05B 19/406)

G01M15/04 - Испытание машин и двигателей (испытание топливовпрыскивающей аппаратуры F02M 65/00; испытание зажигания двигателей внутреннего сгорания, например проверка синхронизации F02P 17/00; обнаружение стуков в двигателях внутреннего сгорания G01L 23/22)

Владельцы патента RU 2755027:

Акционерное общество "ОДК-Климов" (RU)

Заявленная группа изобретений относится к контрольно-измерительной технике и может быть использована для проектирования, тестирования и диагностики блоков автоматического регулирования и контроля для систем автоматического управления сложными техническими объектами, например газотурбинными двигателями. Техническим результатом является повышение технологичности процессов проектирования и тестирования блоков автоматического регулирования и контроля, а также повышение качества и надежности САУ за счет поиска, выявления дефектов и предотвращения ошибок в работе САУ. Мобильный стенд для испытания блоков автоматического управления и контроля сложным техническим объектом содержит электронный регулятор, имитаторы исполнительных механизмов с цифровыми модулями, программно-аппаратный имитатор работы сложного технического объекта с математической моделью, имитаторы датчиков, блок имитации разрывов и коротких замыканий линий связи с обеспечением работы в режиме реального времени, при этом стенд выполнен в конструктиве хост-компьютер с модулем подключения интерфейсной части, который выполняет функции супервизора всех процессов, включает блок со специальным программным обеспечением, формирующим и запускающим программные тесты, информационно-диагностическим комплексом (ИДК), сохраняющим и визуализирующим данные о реакции САУ сложного технического объекта на тестовые воздействия, и интерфейсную часть в виде блока гетерогенных модулей на базе DSP-микроконтроллеров, VLIW-микроконтроллеров, программируемых систем на кристалле - SoC и программируемых логических интегральных схем – ПЛИС. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для проектирования, тестирования и диагностики блоков автоматического регулирования и контроля для систем автоматического управления сложными техническими объектами, например, газотурбинными двигателями.

Известен способ (RU №2265236) диагностики сложных радиоэлектронных устройств, заключающийся в том, что для каждой совокупности входных тестовых сигналов формируют предварительно соответствующие им сигналы отклика для промежуточных точек контролируемого устройства. Полученные сигналы отклика на выходах изделия сравнивают с параметрами эталонных сигналов отклика и определяют степень их соответствия, при выявлении несовпадений определяют неисправную ветвь функциональной схемы и повторяют диагностику состояния путем перебора всех сформированных комбинаций входных сигналов, после чего переходят к диагностике мест неисправности. Указанный способ предназначен для тестирования устройств с целью выявления неисправностей и не может быть использован для диагностики проектируемых устройств.

Известны (RU №2300795) устройство и способ контроля управляющей программы вычислителя, заключающийся в том, что вектор управляющих воздействий, сформированный модифицированной программой, подают на информационную модель объекта управления, которая в качестве своих первоначальных состояний предъявляет модифицированной управляющей программе векторы состояний, взятые из базы тестовых примеров, отличающийся тем, что при этом продолжают управление объектом немодифицированной программой, защиту объекта управления от воздействия возможных программных ошибок обеспечивают благодаря использованию информационной модели объекта управления, реализованной в виде искусственной нейронной сети, обеспечивают автоматическую генерацию тестовых примеров на основе обучающей выборки для нейронной сети для тестирования модифицированной управляющей программы, задают процесс тестирования, при котором определяют значения параметров, адекватно описывающих состояние объекта управления, и по результату вычисления комплексного показателя эффективности принимают решение о постановке модифицированной управляющей программы на выполнение для управления объектом. Указанные устройство и способ не предназначены для тестирования устройств автоматического управления сложными техническими объектами в режиме реального времени.

Известен стенд (RU 2308749) для испытаний электронных агрегатов системы автоматического управления и контроля газотурбинного двигателя (ГТД), содержащий электронный регулятор, блок управления и индикации, блок дискретных команд, блок диагностики, блок нормализации аналоговых сигналов, блок моделей датчиков, мультиплексор, аналого-цифровой преобразователь, блок моделей (имитаторы) исполнительных механизмов, блок имитации бортсети. Недостатком стенда является ограниченное количество измерительных каналов и наличие возможности только статического моделирования режимов работы двигателя.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является стенд для испытаний электронных агрегатов системы автоматического управления и контроля газотурбинного двигателя (RU 187791), содержащий электронный регулятор, имитаторы исполнительных механизмов, отличающийся тем, что дополнительно включает программно-аппаратный имитатор двигательной установки, содержащий математическую модель двигателя, имитаторы датчиков, блок имитации разрывов, с обеспечением работы в режиме реального времени, при этом для каждого типа выходных сигналов имитаторов датчиков и входных управляющих сигналов имитаторов исполнительных механизмов применены индивидуальные цифровые модули, с возможностью обратной связи между электронным регулятором и программно-аппаратным имитатором двигательной установки.

Недостатком прототипа является отсутствие аппаратно-программных средств, обеспечивающих оперативное создание разнообразных тестов для проверки систем автоматического управления (САУ), разработанных для разных ГТД, как при проектировании, так и при эксплуатации САУ. Кроме того, габариты прототипа не позволяют использовать его для диагностики дефектов САУ в процессе их эксплуатации, непосредственно на летательном аппарате.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа и устройства, обеспечивающих тестирование блоков автоматического регулирования и контроля (БАРК) технического объекта на этапе их проектирования с целью проверки их характеристик на соответствие техническим требованиям до начала проведений испытаний на стенде с реальным объектом, при проведении всех видов испытаний САУ технического объекта, а также для поиска дефектов САУ в процессе их эксплуатации.

Техническим результатом является повышение качества и надежности САУ за счет достижения высокой степени подобия с реальной работой технического объекта, а также повышение технологичности процессов проектирования, тестирования и эксплуатации блоков автоматического регулирования и контроля за счет сокращения сроков проектирования и испытаний САУ технического объекта, а также обеспечение поиска дефектов САУ в процессе их эксплуатации.

Поставленная задача и технический результат достигается за счет того, что предлагается мобильный стенд для испытания блоков автоматического управления и контроля техническим объектом, содержащий электронный регулятор, имитаторы исполнительных механизмов с цифровыми модулями, программно-аппаратный имитатор работы сложного технического объекта с математической моделью, имитаторы датчиков, блок имитации разрывов и коротких замыканий линий связи с обеспечением работы в режиме реального времени, отличающийся тем, что стенд выполнен в конструктиве хост-компьютер с модулем подключения интерфейсной части, выполняющего функции супервизора всех процессов, включает блок с программным обеспечением, формирующим и запускающим программные тесты, информационно-диагностический комплекс (ИДК), который сохраняет и визуализирует данные о реакции САУ технического объекта на тестовые воздействия, и интерфейсную часть в виде блока гетерогенных модулей на базе DSP-микроконтроллеров, VLIW-микроконтроллеров, программируемых систем на кристалле - SoC и программируемых логических интегральных схем - ПЛИС, который формирует аналоговые и дискретные сигналы, имитирующие работу технического объекта, а также способ разработки и испытания САУ технического объекта, включающий разработку математической модели технического объекта, разработку тестовых сигналов и испытание блоков автоматического регулирования и контроля системы автоматического управления технического объекта отличающийся тем, что разработка модели и тестовых сигналов для испытания блоков автоматического регулирования и контроля осуществляется с использованием инструментов модельно-ориентированного проектирования программного обеспечения типа МАТЛАБ, причем при разработке тестовых сигналов осуществляется их разделение на программно генерируемые сигналы тестирования САУ, и сигналы интерфейсной части блока гетерогенных модулей, которые генерируют аппаратно при помощи DSP-микроконтроллеров, VLIW-микроконтроллеров, программируемых систем на кристалле - SoC и программируемых логических интегральных схем - ПЛИС, тестовые сигналы воздействуют на САУ технического объекта одновременно и параллельно, в том числе в режиме реального времени, обеспечивая высокую степень подобия с реальной работой технического объекта.

Сущность предложенной группы изобретений (на примере стенда для САУ ГТД с использованием инструментов модельно-ориентированного проектирования (МОП) пакета МАТЛАБ) поясняется чертежом.

Фиг. 1 – структурная схема мобильного стенда для разработки и тестирования САУ технического объекта, где

1 - хост компьютер,

2 - блок с программным обеспечением, формирующим и запускающим программные тесты,

3 - информационно-диагностический комплекс,

4 - блок гетерогенных модулей, имитирующих работу технического объекта в реальном времени,

5 - модуль подключения интерфейсной части.

Выполнение стенда мобильным, в конструктиве хост-компьютер с модулем подключения интерфейсной части позволяет использовать его как при проектировании контуров управления техническим объектом (например, ГТД - при разработке моделей ГТД) на рабочем месте инженера-проектировщика, так и при проведении всех видов испытаний от лабораторных - при проектировании конкретного БАРК и стендовых, включая испытания на стендах сторонних организаций, до испытания прямо на бортах самолетов и вертолетов - для проверки правильности работы БАРК в любых режимах любой сложности.

Инструменты модельно-ориентированного проектирования программного обеспечения МАТЛАБ обеспечивают:

- разделение всех создаваемых тестов на две группы, при котором часть тестов САУ ГТД создается и запускается на ПК оператора-тестировщика, а часть тестов за счет технологии модельно-ориентированного проектирования (МОП) пакета МАТЛАБ создается модульной вычислительной системой интерфейсной части стенда, позволяет формировать для САУ ГТД весь поток физических воздействий в реальном времени для решения проблемы одновременного и параллельного воздействия на САУ ГТД, большим количеством сложных аналоговых физических периодических сигналов, в том числе в режиме реального времени, которые необходимо иметь с очень высокими метрологическими характеристиками (высокой точностью, высокой стабильностью и большим диапазоном), тем самым достигая высокой степени подобия с реальной работой ГТД;

- безопасную предварительную «виртуальную» проверку самих новых тестов, при их разработке для снижения рисков повреждения САУ ГТД или самих ГТД, при работе в условиях ошибочных тестов.

Таким образом, использование современных инструментов и технологии МОП типа пакета МАТЛАБ позволяет, несмотря на математическую сложность моделей технических объектов (например, ГТД), быстро создавать множество разнообразных тестов для проверки разных САУ для разных технических объектов (например, разных ГТД). Модульность аппаратного и программного обеспечения, перенос основной алгоритмической и программной сложности на пакет типа МАТЛАБ с готовым набором инструментария, позволяющие быстро создавать тесты любой сложности для проверки САУ технических объектов, например разных ГТД, и предоставляющие возможность предварительной «виртуальной отладки тестов» для повышения безопасности тестирования позволяет повысить технологичность процессов проектирования и испытания БАРК и снизить себестоимость разработки САУ технических объектов (например, разных ГТД).

1. Мобильный стенд для тестирования электронной системы управления техническими объектами, содержащий электронный регулятор, имитаторы исполнительных механизмов с цифровыми модулями, программно-аппаратный имитатор работы сложного технического объекта, имитаторы датчиков, блок имитации разрывов и коротких замыканий линий связи с обеспечением работы в режиме реального времени, отличающийся тем, что стенд выполнен в конструктиве хост-компьютер с модулем подключения интерфейсной части, который выполняет функции супервизора всех процессов и включает блок с программным обеспечением, формирующим и запускающим программно генерируемые тестовые сигналы, информационно-диагностический комплекс, сохраняющий и визуализирующий данные о реакции САУ технического объекта на тестовые сигналы, и интерфейсную часть в виде блока гетерогенных модулей на базе DSP-микроконтроллеров, VLIW-микроконтроллеров, программируемых систем на кристалле - SoC и программируемых логических интегральных схем - ПЛИС, формирующую аналоговые и дискретные сигналы, имитирующие работу технического объекта.

2. Способ разработки и испытания системы автоматического управления техническими объектами, включающий разработку математической модели технического объекта, разработку тестовых сигналов и испытание блоков автоматического регулирования и контроля системы автоматического управления технического объекта, отличающийся тем, что разработка тестовых сигналов для испытания блоков автоматического регулирования и контроля осуществляется с использованием устройства по п. 1 и инструментов модельно-ориентированного проектирования типа пакета МАТЛАБ, причем при разработке тестовых сигналов осуществляется их разделение на программно генерируемые сигналы тестирования, и сигналы интерфейсной части блока гетерогенных модулей, которые генерируются аппаратно при помощи DSP-микроконтроллеров, VLIW-микроконтроллеров, программируемых систем на кристалле - SoC и программируемых логических интегральных схем - ПЛИС, тестовые сигналы воздействуют на САУ сложного технического объекта одновременно и параллельно, в том числе в режиме реального времени, обеспечивая высокую степень подобия с реальной работой сложного технического объекта.

Изобретение относится к устройству и способу для резания по меньшей мере одного из элементов в обрабатываемой детали посредством по меньшей мере одного из режущих инструментов, управляемых по меньшей мере одним из станков с режущим инструментом. Принимают технологическую информацию, описывающую параметры резания от станков с режущим инструментом, извлекают информацию о прогнозируемом износе режущего инструмента, обеспечивающую соотнесение прогнозируемой величины износа режущего инструмента с параметрами резания, извлекают информацию о режущем инструменте, включающую информацию об измеренном износе режущего инструмента для одного из режущих инструментов, вычисляют прогнозируемую величину износа режущего инструмента для одного из режущих инструментов на основании информации об измеренном износе режущего инструмента и вырезают по меньшей мере один элемент в соответствии с вычисленной прогнозируемой величиной износа режущего приспособления.

Способ и комплекс оценки помехоустойчивости телевизионной головки самонаведения управляемого боеприпаса // 2751144

Изобретение относится к области испытаний систем вооружения и может быть использовано для оценки помехоустойчивости оптико-электронных систем наведения высокоточного оружия, в частности телевизионных головок самонаведения. Сущность способа заключается в преобразовании информационных сигналов фоноцелевой и помеховой обстановки в видеоизображение, расширении поля зрения телевизионной головки самонаведения, имитации динамики полета управляемого боеприпаса и кинематики сближения телевизионной головки самонаведения с целью для оценки величины промаха управляемого боеприпаса.

Способ построения вычислительного процесса испытаний электронных устройств ввода/вывода с диагностикой обмена // 2750109

Изобретение относится к области вычислительной техники. Технический результат заключается в повышении надежности вычислительного процесса испытаний и повышении полноты контроля вычислительного процесса испытаний.

Устройство для определения значений характеристик готовности изделия к применению // 2748389

Изобретение относится к области вычислительной техники. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей и области применения устройства для определения значений характеристик готовности изделия к применению за счет определения коэффициента технического использования изделия.

Анализ временных рядов для оценки исправности регулирующего клапана // 2745514

Защищенные средства передачи данных между технологической установкой и удаленной системой содержат расположенный между ними диод данных, который обеспечивает выход данных из установки, но предотвращает прохождение данных в установку и связанные с ней системы. Затем данные технологической установки из защищенных средств передачи данных анализируют для определения состояний, возникающих на объектах технологической установки в технологической установке, с использованием различных способов машинного обучения.

Определение необходимости технического обслуживания клапана с помощью анализа данных // 2745258

Система и способ для обнаружения износа регулирующего клапана // 2745235

Предложено автоматическое тестирование регулирующих клапанов для диагностики исполнительных механизмов, включая исполнительные механизмы, не оснащенные аналоговыми или дискретными преобразователями положения. Контроллер клапана подтверждает стационарные условия для системы турбокомпрессора, включающие в себя то, что регулирующий клапан находится в первом положении и подает на исполнительный механизм регулирующего клапана сигнал для инициирования частичного хода клапана для перемещения регулирующего клапана из первого положения.

Способ поиска неисправных блоков в непрерывной динамической системе на основе введения пробных отклонений // 2744823

Областью применения является область контроля и диагностирования систем автоматического управления и их элементов. Технический результат заключается в уменьшении вычислительных затрат при поиске неисправных блоков.

Способ исследования функционального поведения компонента технической установки, компьютерная программа и машиночитаемый носитель информации // 2742740

Группа изобретений относится к области контроля и может быть использована для исследования функционального поведения компонента технической установки. Техническим результатом является повышение точности определения.

Система управления обслуживанием по износу гидроциклона // 2740819

Система управления обслуживанием по износу гидроциклона для управления обслуживанием по состоянию износа в группе из нескольких гидроциклонных сепараторов, производит мониторинг и управление работой нескольких гидроциклонных сепараторов. Система включает устройство измерения эксплуатационных параметров; электронный датчик износа и компьютерный алгоритм, который использует ранее установленный план обслуживания гидроциклона, анализирует временные данные расхода пульпы и данные состояния износа для гидроциклонного сепаратора, вычисляет оценки профиля износа сепаратора, выдает системе управления гидроциклонами команды на приведение в действие и отключение по меньшей мере одного гидроциклонного сепаратора, вычисляет оценки последующего профиля износа для гидроциклонного сепаратора на основании последующего упомянутого анализа и корректирует ранее установленный план обслуживания гидроциклонов на основании оцененного в последующем профиля износа.

Способ вибродиагностики технического состояния газотурбинных двигателей на ресурсосберегающих режимах с применением теории инвариантов // 2754479

Предлагаемое изобретение относится к способам вибрационной диагностики механизмов периодического действия, в частности к способу вибродиагностирования газотурбинных двигателей (ГТД). Цель изобретения - повысить точность, достоверность и оперативность диагностирования ГТД на ресурсосберегающих режимах функционирования.