Введение к работе
. Актуальность темы: Под технологией автоматизированного управления (ТАУ) активными подвижными объектами в работе понимается такая совокупность процессов функционирования АСУ и методов практической реализации выполнения взаимосвязанных операций объектов управления, распределения функций управления и соответствующих ресурсов между ними; при которой обеспечивается выполнение целевых задач активными подвижными объектами
Активные подвижные объекты (АЛО) представляют собой искусственно созданные материальные объекты (приборные комплексы), перемещающиеся в пространстве и осуществляющие взаимодействие (информационное, энергетическое) с объектами обслуживания (ОБО), пунктами обслуживания, другими АПО Предлагаемая структура АПО допускает весьма многообразную интерпретацию Так, например, в качестве АПО может выступать наземное, воздушное, надводное или подводное средство передвижения станок, робот с программным управлением, управляемый радиотелескоп, управляемое устройство фотографирования и т д
В данной работе под активным подвижным объектом будем понимать космический аппарат (КА), который представляет собой техническое устройство, предназначенное для полета в космическом пространстве Таким образом, технологию управления активными подвижными объектами различного назначения при изложении дальнейшего материала будем рассматривать на примере технологии автоматизированного управления орбитальной группировкой космическими аппаратами (ТАУ ОГ КА)
Раньше технологии управления КА были четко расписаны по следующему сценарию объем орбитальной группировки и наземные средства управления находились в полном соответствии
Хотя в 2006 г. улучшилось состояние отечественной орбитальной группировки, но до радикального ее «выздоровления» еще далеко И тем не менее доля космических аппаратов социально-экономического и научного назначения, работающих в пределах своего гарантийного срока, возросла по сравнению с показателем 2005 г с 51 до 58%
Несмотря на тот фактор, что федеральная космическая программа России в 2006 г профинансирована в объеме 23 0 млрд рублей, а 2007 год федеральным бюджетом предусмотрено выделение ассигнований на реализацию ФКП в объеме 24 4 млрд рублей современный период развития отечественных космических средств, характеризуется значительным сокращением объемов финансирования работ на создание, проведение ис-
пытаний и эксплуатацию данных средств, а также деградацией существующих наземных средств
В 2006 г проводились работы по созданию и модернизации наземной космической инфраструктуры на Байконуре, в Уссурийске, в подмосковных Медвежьих Озерах, на объектах Алтайского оптико-лазерного центра При этом на космодроме Байконур в ведение Роскосмоса от Минобороны России по плану 2006 г передано 64 объекта В 2007 году процесс передачи объектов от Минобороны Роскосмосу планируют завершить в полном объеме
В результате непоследовательной и нерасчетливой реструктуризации оборонного комплекса существенно изменился состав орбитальных средств, которые вошли в общую орбитальную группировку, более того, состав группировки неопределен
Кроме того в настоящее время для управления космическими аппаратами различного назначения в Российской Федерации кроме штатных средств МО появилось большое количество разнесенных по всей территории России наземных комплексов и средств управления КА других государственных ведомств и коммерческих организаций
Эти обстоятельства выдвигают на передний план задачу сохранения (повышение) требуемой эффективности технологии управления как отдельными КА, так и в целом орбитальной группировкой в условиях внешних возмущений, решение которой неразрывно связано с внедрением экономичных технологий контроля и управления конкретными типами КА с учетом структурной динамики космических средств на этапах эксплуатации данных систем по целевому назначению, когда фактор времени является определяющим
Поэтому для решения данной задачи крайне необходима точная и правильная оценка эффективности управления КА на основе использования для ее решения методов системного (многомодельного, многоуровневого) моделирования процессов управления
Системный анализ и комплексное моделирование технологии управления предусматривает выбор подходящих моделей процессов управления КА на основе структурной динамики космических средств, реализацию этих моделей в виде алгоритмов и программ, необходимых для проведения анализа и выбора эффективной ТАУ КА на этапе применения в условиях внешних возмущений
Существующее моделирование процессов управления не в полной мере учитывают все аспекты функционирования и управления КА, особенно изменение структурной динамики состояния космических средств
управления в реальном масштабе времени, а в ряде случаев приводит к недостоверным и ошибочным результатам
Указанные обстоятельства определяют актуальность исследуемой в диссертации сложной научной задачи: Системный анализ и комплексное моделирование технологий автоматизированного управления космическими аппаратами в условиях внешних возмущений
Объект исследования: технология управления космическими аппаратами
Предмет исследования: комплексное моделирование структурно-функциональных процессов автоматизированного управления
Методы исследования. При решении поставленных в диссертации задач использовались экспертные оценки, системное моделирование, методы теории оптимального управления сложными динамическими системами, методы принятия решений в условиях неопределенности, методы многокритериальной оптимизации
Цель работы: Решение научной задачи по совершенствованию и оптимизации комплексного моделирования процессов управления КА для выбора эффективной технологий автоматизированного управления КА на основе структурной динамики состояния космических средств в реальном масштабе времени в условиях внешних возмущений на этапе применения
Для достижения поставленной цели в диссертации были решены следующие подзадачи
анализ существующих технологий управления,
выбор и обоснование основных показателей ТЦУ,
обоснование и постановка многокритериальной и полимодельной задачи оценки эффективности ТЦУ;
исследование частных динамических моделей структурно-функциональных процессов АУ ОГ КА на этапе целевого применения в условиях внешних возмущений, с учетом факторов неопределенности;
решение задач оценки эффективности ТЦУ с использованием имитационного моделирования процессов управления,
решение задач сравнительной оценки эффективности ТЦУ на основе метода функции ожидаемой желательности,
разработка методики многокритериальной сравнительной оценки ТЦУ с использованием функции ожидаемой желательности
Научная новизна полученных результатов в том, что автором
-
Разработан подход к формальному описанию модифицированных динамических моделей процессов управления, отличающийся от ранее предложенных тем, что в его основу для оценки эффективности ТАУ КА положены комбинированные аналитико-имитационные модели управления операциями взаимодействия КСр в условиях внешних возмущений
-
Предложен и обоснован взаимосвязанный комплекс частных показателей, оценивающих различные аспекты создания и реализации ТАУ КА, отличающийся от существующих комбинированным учетом факторов неопределенности, описывающим воздействия внешних возмущений с использованием детерминированных, стохастических и интервальных данных.
-
Разработана многоэтапная процедура (методика) мнокритериально-го оценивания, анализа и выбора вариантов ТАУ КА, базирующаяся на алгоритме формирования функции ожидаемой желательности (приведенной полезности в виде гиперэкспоненты), учитывающей частные показатели качества используемых ТАУ КСр в условиях внешних возмущений
Полученная в результате специальных теоретических и экспериментальных исследований возможность имитационного и аналитического моделирования ТЦУ так и математического воспроизведения оценочных характеристик этих ТЦУ, позволила решить ряд практических задач по оперативной оценке эффективности технологии управления ОГ КА на этапе применения
Достоверность полученных результатов обеспечивается обоснованностью используемых ограничений и допущений и подтверждается практикой целевого применения в различных организациях промышленности ( ВИКИ им А Ф Можайского, НИИ ТП, ЦСКБ, Федеральное космическое агентство, НПО им Лавочкина, ЦНИИМАШ, СПИИРАН)
Внедрение основных результатов работы Результаты диссертационной работы реализованы в Санкт-Петербургском институте информатики и автоматизации РАН и использованы при выполнении научно-исследовательской работы «Корона», заданной Федеральным космическим агентством в рамках Федеральной космической программы
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы и положения, выносимые на защиту, прошли научную апробацию на научной конференции ГОУ МАРТИТ и МНТК, (Аланья-Севастополь, май-сентябрь 2004 г), т 2 Федеральное агентство по образованию, М МГАПРИ, 2005
Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 6 печатных работах, из них 3 статьи, 1 - материалы научно-технической конференции
Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов по главам, заключения, списка использованной литературы, включающего наименования, и приложения Объем работы страниц основного машинописного текста, рисунков и таблиц Положения, выносимые на защиту:
