автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Теория и методы интеграции средств управления корабельными электроэнергетическими системами



-у ^ ¿-С?^^ — у и у у

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МОРСКОЙ ТЕХНИЧЕСКИМ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи Для служебного пользования

Экз. № 0000 /6

Инв. № ^£

ГУБАНОВ Юрий Александрови

ТЕОРИЯ И МЕТОДЫ ИНТЕГРАЦИИ СРЕДСТВ УПРАВЛЕНИЯ КОРАБЕЛЬНЫМИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИМИ СИСТЕМАМИ

Специальность: 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы, включая их управление и регулирование

Автореферат диссертации на соискание учйной степени доктора технических наук

Санкт-Петербург 2000

Работа выполнена в ФНПЦ России ГУП НПО "Аврора".

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор ВИЛЕСОВД.В.

доктор технических наук, профессор СКОРОХОДОВ Д.А.

доктор технических наук, профессор ИВАНОВ Е.А.

Ведущая организация - 1-ый ЦНИИ кораблестроения ВМФ МО

Защита состоится 29 мая 2000 г. в 14 часов на заседании Диссертационного Совета Д 053.23.02 при Санкт-Петербургском государственном морском техническом университете по адресу 190008, Санкт-Петербург, ул. Лоцманская, 3.

Автореферат разослан 28 апреля 2000 г.

Ученый секретарь Диссертационного Совета доктор технических наук, профессору

А.Н.Дядик

'ОСУДАРСТВЕННАЯ БИБЛИОТЕКА

2000_

5ЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Автоматика кораблей ВМФ, судов морского и речного флота имеет богатейшую историю, в которой автоматизация электроэнергетических систем (ЭЭС) занимает ведущее положение. Автоматика включает в себя теорию и практику автоматического контроля и управления без участия человека. Процесс развития средств автоматизации и управления ЭЭС в России и СССР имеет глубокие исторические корни, его начало датируется XIX веком.

В советское время потребности флота, связанные с переходом корабельной электроэнергетики на переменный ток объективно способствовали возникновению и развитию автоматики, К настоящему моменту становление автоматизации ЭЭС в России, как научного направления, и достигнутый фундаментальный уровень ее развития определены работами таких крупнейших российских ученых, как Веретенников Л.П., Вилесов Д.В., Воршевский A.B., Демченко О.П., Китаенко Г.И., Константинов В.Н., Мещанинов П.А., Недялков К.В., Норневский Б.И., Рябинин НА., Супрун Г.Ф., Токарев Л.Н. и др.

На современном этапа развитие СУ ЭЭС происходило в рамках концепции комплексной автоматизации корабельных технических средств (ТС), провозглашённой в 60-х г.г. ЦНИИ "Аврора". Данная концепция, с одной стороны, способствовала совершенствованию организации управления ТС и интеграции СУ ТС в рамках комплексной поставки, с другой стороны, привела к явлению, получившему название: дезинтеграции средств управления ЭЭС, суть которого заключается в значительном технологическом отрыве СУ ЭЭС от локальных систем: управления (ЛСУ), технической диагностики (ЛСТД), защиты (ЛСЗ), поставляемых о составе электрооборудования ЗЗС, и сохранившихся практически на урозне, предшествовавшем началу комплексной автоматизации.

Отметим, что работы по интеграции этих средств были начаты в 1944 г. Решением НТК ВМФ об обеспечении непрерывности питания при переключениях в ЭЭС и возобновлены с началом работ по реализации СУ на базе СВТ. Последние были начаты при непосредственном участии автора а НПО "Аврора" в 1977 г. (первоначально на базэ собственной разработки программируемого логического контроллера - программно-логического устройства (ПЛУ)) и продолжаются под руководством автора до настоящего времени, что вылилось в создание новых поколений СУ ЭЗС для АПЛ, надводных кораблей и ДПЛ.

Концептуальные вопросы синтеза средств управления в интегрирозгннсм варианте были впервые сформулированы автором для СУ ЭЗС АПЛ в кандидатской диссертации в условиях развития СВТ, соответствующих периоду 1977-86 г.г., что но может считаться решением данной научной проблемы и ке дает решения сформулированных задач. При наличии большого количества работ по интеграции средств управления корабельных ТС в рамках КСУ или АСУ ТП тем не менее следует отметить, что конкретно по теме интеграции

средств управления ЭЭС в рамках КЭТС работ других авторов в настоящее время не существует.

Актуальность темы работы и решаемых в ней научно-технических проблем определяется новым подходом к интеграции средств управления ЭЭС, а также концептуапьностью этого подхода, основанной на организации всех видов работ от проектирования до поставки ИСУ по единому плану обеспечивающему важнейшие задачи, стоящие в новом тысячелетии перед кораблестроителями, поставщиками корабельного оборудования и систем: повышение надёжности изделий, улучшение массогабаритных характеристик, снижение материалоёмкости и цены, снижение трудоёмкости обслуживания и сокращение необходимого для этого личного состава. В этом смысле целью работы является создание концепции интеграции средств управления ЭЭС, базирующейся на технологиях XXI века. Важным показателем актуальности является то, что работы по теме диссертации проводились автором в рамках разработки базовой концепции и облика корабля XXI века, порученных ФНПЦ РФ ГУП НПО "Аврора" Российским Агентством по Судостроению, в рамках ОКР, определённых, как важнейшая номенклатура Госзаказа России по пинии ВМФ и концерна "Росвооружение".

□ель работы. Создание нового научного направления б проектировании корабельных СУ ЭЭС • концептуальная разработка комплекса организационно-технических и научно-методических мероприятий, позволяющих оптимизировать струетуру СУ ЭЭС на базе интеграции информационного пространства, функциональных и аппаратно-программных ресурсов СУ, создание научных основ и методов, используемых при разработке технических решений по интеграции управляющих устройств ЭЭС, средств автоматизации технологических процессов и системной автоматики.

Для достижения этой цели поставлены и решены следующие задачи:

1. Выполнен анализ современного состояния автоматизации управления ЭЭС.

2. Разработаны теоретические основы и методы интеграции средств управления ЭЭС на основе современной элементной базы и СВТ.

3. Создано единое информационное обеспечение ИСУ ЭЭС.

4. Предложена функциональная интеграция и методы управления ИСУ ЭЭС.

5. Определены основы интеграции средств управпения ЭЭС.

6. Предложены средства и методы настройки и испытания ИСУ ЭЭС.

Методы исследования. В работе использованы принципы и методы системного подхода, дискретной и классической математики, математической логики, программирования, теории алгоритмов.

Научная новизна. Основным результатом, полученным в работе и вынесенным на защиту является создание нового научного направления в проектировании корабельных СУ ЭЭС. При реализации этого направления получены следующие результаты:

1. Концептуальная модель (КМ) интеграции средств управления ЭЭС, как сложного технологического объекта, содержащая представление всей необходимой для целей интеграции этих средств информации. Теоретические основы и методы интеграции средств управпения ЭЭС. Техническая структура и концепция ИСУ ЭЭС.

2. Методика синтеза ИСУ ЭЭС, включающая механизм генерирования альтернативных вариантов, обеспечивающий выполнение ограничений, предъявляемых к ИСУ, учитывающий ее топологию, функциональную структуру и схему питания.

3. Методы интеграции средств упрааления, объединённые единым названием: метод прямого цифрового сканирования; основной принцип - пространственная и функциональная децентрализация средств измерения, сбора и обработки информации на основе мультипроцессинга с распределением этих средств по элементам ОУ (секциям ГРЩ).

4. Методы интеграции функционального алгоритмического обеспечения (ФАО) ИСУ ЭЭС и оптимальная структура интегрированного ФАО.

5. Методы интеграции информационного обеспечения ИСУ ЭЭС, обеспечивающие создание совокупного информационного пространства, образуемого средствами СУ ЭЭС, ЛСУ, ЛСТД и ЛСЗ.

7. Основные положения децентрализации ИСУ ЭЗС на основе принципа мультипроцессинга.

8. Принципы организации и характеристики измерительных цепей щитового контроллера.

9. Сквозная технология последовательной отработки ИСУ ЭЭС на каждом этапе её создания.

Практическая значимость работы и реализация. Созданное научное направление имеет прямое приложение к практике проектирования корабельных СУ ЗЭС. Техническая структура ИСУ и методы проектирования, предложенные в работе уже нашли сбсЗ применение э разработках СУ ЭЭС. Концептуальная модель автора появилась в результате работ, порученных ФНПЦ РФ ГУП НПО "Аврора" Российским Агентством по Судостроению, а рамках разработки базовой концепции и облика корабля XXI века. В настоящее время КМ реализована в ФНПЦ РФ ГУП НПО "Аврора" как новый тип коммуникаций между разработчиками при создании СУ ЭЭС для важнейших заказоз, находящихся в активной разработке.

В период 1977 - 2000 г.г. результаты диссертационной работы были апробированы и внедрены в следующих разработках: СУ ЭЭС "Луга-2", "ЛугаМ", "Втиера-бО", СУ "Луга-Я", СУ "Баксан-44", "Лена", СУ "Ангара - 11356"; НИР "Бесперебойность", СЦП типа "Косинус", "Котангенс", "Лимит", система бесперебойного электропитания СУ "Лама-ЭКМ", ОКР "Интеграция КЭТС".

Апробация работы. Научные положения, выводы и рекомендации язлягатсл результатом собственных исследований автора, проведённых корректным использованием математического аппарата и соответствующих логических построений, с использованием математического и натурного моделирования. Обоснованность и достоверность полученных результатов подтверждает практика проектирования и опыт внедрения их в собственна разработках автора, успешно эксплуатируемых на заказах. Основные положения нового научного направления в проектировании корабельных СУ ЭЭС, предложенные концепция, техническая структура, критерии, принципы

и методы прошли апробацию при проектировании и внедрены в проектную документацию вновь разрабатываемых СУ ЗЭС.

Материалы работы докладывались на 7-й Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы комплексной автоматизации судовых технических средств" (Ленинград 1989 г.), Юбилейной научно-технической конференции "25 лет НПО "Аврора" (С-Пб 1995 г.), VI Международной научно- технической конференции --"Проблемы повышения технического уровня электроэнергетических систем и электрооборудования кораблей, плавучих сооружений и транспортных средств* (С-Пб 1998 г.), Юбилейной научно-технической конференции "30 лот НПО "Аврора" (С-Пб 2000 г,), на тендерной комиссии по электротехническим системам фрегатов проекта 1135.6 (С-Пб 1993 г.), на заседаниях научно-технического Совета НПО "Аврора". В 1997 г. в г. Ухань (КНР) на базе II Проектного института кораблестроения Китая автором был сделан цикл докладов ведущим специалистам кораблестроения КНР и составлен перечень научно-исследовательских и опытно- -конструкторских работ по теме диссертации для КНР.

Публикации. Основные материалы по теме диссертации опубликованы в 86 научных трудах, в том числе в 36 печатных работах и авторских свидетельствах на изобретение.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, списка использованной литературы, приложений. Основной материал изложен на 282 стр., проиллюстрирован 62 рис., дополнен списком использованной литературы из 143 наименований на 1А стр. и приложением на 22 стр.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследования, основные научные результаты и положения, выносимые на защиту.

В первой главе осуществлен аналитический обзор проблемы интеграции управления корабельными ЭЭС.

Современное состояние средств автоматизации и управления ЭЭС. Принятая иерархическая организация СУ ЭЭС, предполагающая управление через локальные системы ЭЭС, привела к образованию единого информационного пространства, в рамках которого функционируют средства управления вне зависимости от их размещения и организационной принадлежности. Для современных СУ ЭЭС следует констатировать, что это пространство слабо интегрировано, информационные потоки и организация аппаратных средств каналов управления и контроля не оптимизированы. Такое положение - явный недостаток принятой организации средств управления, очевидно, что оно является следствием упомянутой выше дезинтеграции. СУ ЭЭС, в которой эти недостатки преодолены можно назвать интегрированной СУ (ИСУ).

Принципиальной новизной настоящего момента является переход к интеграции СУ на единой элементной базе и СВТ с созданием локальных

вычислительных сетей, при котором происходит существенный пересмотр сложившейся организационной технической структуры управления ЭЭС, что требует решения новых научно-технических задач, включающих разработку общего информационного обеспечения, математического и программного обеспечения средств управления ЭЭС, создания соответствующих средств отладки и тестирования разрабатываемой информационной и математической базы.

Открылась эра программной реализации алгоритмов управления, при этом: впервые в СУ ЭЭС появилась возможность применения методов, основанных на измерении исходных данных в виде массивов мгновенных значений входных напряжений, которые ранее использовались в других приложениях, при их использовании в процессе проведения измерений с надлежащей дискретностью и на достаточном для последующей оценки интервале времени, появляется существенно большее количество исходном информации для последующей многоцелевой обработки, нежели при использовании предварительно проинтегрированных значений некоторых параметров (например, действующего значения напряжения и среднего значения частоты) при помощи аппаратуры прошлых поколений.

Несмотря на непрерывное совершенствование структуры, элементной базы и вычислительных возможностей СУ ЭЭС, при существующем уровне интеграции современные СУ для организации ввода информации используют АЦП, которые обрабатывают нормированные сигналы.

Дезинтеграция сдерживает развитие интерфейсных характеристик средств управления ЭЭС и существенно усложняет достижение требуемого уровня метрологических характеристик каналов управления и контроля. Она привела к невозможности построения оптимальных каналов управления в рамках существующих средств, что выразилось в наличии нескольких каскадов преобразования информации, большом количестве промежуточных сопрягающих устройств приводящих к неоправданному увеличению габаритов корабельных электротехнических систем (КЭТС) (прежде всего наименее интегрированной части - ГРЩ) и снижению надежностных характеристик каналов управления и контроля. Разработанные при проектировании современных СУ ЭЭС методы преобразования параметров электрических величин и методы алгоритмического преобразования информации являются инструментом для преодоления отмеченной дезинтеграции.

Исторические корни проблемы интеграции. Начальный этап интеграции средств управления ЭЭС протекал вне рамок комплексной автоматизации и завершился созданием ФУ и первых поколений СУ ЭЭС. СУ и ГРЩ использовали единые средства, элементную базу, организацию управления. Исторически период комплексной автоматизации совпал, во-первых, с расширенным строительством атомного флота СССР, во-вторых, со стремительным развитием электронной элементной базы СУ и СВТ. Это привело к оформлению сферы, связанной с проектированием и поставкой СУ, как достаточно самостоятельной отрасли судостроительной промышленности и определенному технологическому отрыву аппаратуры СУ,

которая развивалась более быстрыми темпами, чем средства управления, поставляемые в составе электрооборудования. Средства управления в составе ГРЩ оставались достаточно консервативными, чему способствовали также существенно более сложные задачи по обеспечению электромагнитной совместимости электронных устройств в составе электрооборудования при использовании той же элементной базы. Тем не менее линия на неуклонное совершенствование СУ ЭЭС объективно способствовала^ продолжению процесса интеграции средств управления ЭЭС.

Интеграция средств управления ЭЭС и особенности организации канала автоматической синхронизации корабельных генераторов. Синхронизация генераторов является важной и ответственной операцией, возлагаемой на средства управления ЭЭС. Известно, что эта операция наиболее критична к характеристикам точности измерений в реальном времени протекания электромагнитных процессов в ЭЭС.

С началом процесса внедрения вычислительной техники в СУ ЭЭС пелучили развитие работы по программной реализации алгоритмов СУ. Идея полной программной реализации всех .алгоритмов на базе общих вычислительных ресурсов СВТ казалась очень заманчивой. В НПО "Аврора" были проведены работы по реализации алгоритмов СУ ЭЭС на базе ЦВМ. За внешней простотой такой структуры скрывается исключительная сложность организации средств системного программного обеспечения. При уровне развития СВТ, достигнутом в период конца 70-х - начала 80-х г.г., управление в реальном времени высокоскоростными асинхронными процессами, протекающими при синхронизации генераторов, требовало на время синхронизации отвлечения на эти цели всех вычислительных ресурсов СВТ.

В рассматриваемый период широкое развитие получили уже упомянутые средства ПЛУ. В 1979 г. при участии автора впервые была разработана и испытана структура организации канала синхронизации с использованием общих ресурсов ПЛУ и сопроцессора, в качестве которого выступал специально разработанный модуль, предназначенный для организации арифметических вычислений. На общих ресурсах ПЛУ были организованы логические вычисления по реализации алгоритмов СУ ЭЭС.

Однако, сама структура ПЛУ, характеризующаяся полной централизацией вычислительного ядра и реализацией распределенной периферии в виде пассивных интерфейсных блоков, усложняла схему подключения СУ к объекту управления (ОУ). Параллельные каналы между прибором центральным (ПЦ) ПЛУ и ОУ в такой структуре были неустранимы, поскольку для обеспечения управления в реальном времени процессов требовалась нормализация и первичное преобразование аналоговых сигналов.

Стало очевидным, что для получения рациональной структуры необходимо обеспечить реализацию функций точной автоматической синхронизации генераторов в периферийной части СУ на нижнем уровне иерархии, что при существовавшем уровне развития СВТ сделать чисто программными средствами не представлялось возможным. Тогда же автором была предложена и теоретически обоснована в кандидатской диссертации структура, в основу аппаратно-программной концепции которой была

положена теория, базирующаяся на объективно существующем разделении дискретных процессов в СУ ЭЭС на две группы; медленнотактные, связанные с реализацией основного массива алгоритмов программного управления ЭЭС, и высокоскоростные асинхронные процессы, связанные с обеспечением реализации логических алгоритмов при коммутации ФУ синхронизации генераторов. Для первой группы схема предусматривает программную реализацию с использованием общих вычиспительных ресурсов ПЦ ПЛУ, работающего последовательно по синхронной программе; для второй группы - аппаратную реализацию асинхронными схемами параллельной логики. Структура получила достаточно широкое распространение. Она была отработана в системах с ПЛУ и модифицирована для нового поколения СУ ЭЭС, разрабатываемых начиная с 19В5 г. на базе модулей микропроцессорных комплектов.

Тем не менее дальнейшее развитие СВТ и быстрое вытеснение с электронного рынка элементной базы, используемой для реализации ФУ ЭЭС объективно подталкивали разработчиков СУ к продолжению исследовачия новых возможностей полной программной реализации всех алгоритмов СУ ЭЭС. С появлением средств типа РС-104 открылась возможность программной реализации алгоритмов синхронизации генераторов на базе общих вычислительных ресурсов станций локальных технологических (СЛТ) совместно с другими алгоритмами управления.

В рамках рассматриваемой темы в связи с изложенным уместно отметить, что при этом:

- впервые в СУ ЭЭС были применены ранее используемые в других приложениях методы, основанные на измерении исходных данных в виде массивов мгновенных значений входных напряжений;

- их использование при проведении измерений с надлежащей дискретностью и на достаточном для последующей оценки интервале времени сопровождается существенно большим количеством исходной информации для последующей многоцелевой обработки, чем при применении предваритепьно проинтегрированных значений некоторых параметров (например, действующего значения напряжения и среднего значения частоты) посредством аппаратуры прошлых поколений;

- несмотря на непрерывное совершенствование структуры, элементной базы и вычислительных возможностей СУ ЭЭС, при существующем уровне интеграции КЭТС современные СУ для организации ввода информации используют АЦП, которые обрабатывают нормированные сигналы.

Характеристика метода обработки мгновенных значений параметров электрических величин рабочей синусоиды сети главного тока корабельной ЭЭС. Влияние операционной системы на качество проведения синхронизации генераторов при использовании общих ресурсов СУ. При использовании исходных данных в виде массивов мгновенных значений напряжений, возможно как репродуцирование известных алгоритмов, так и разработка принципиально новых алгоритмов, опирающихся на расширенную базу исходных данных. Оценочные данные приводятся для частоты дискретизации равной 2,5 кГц. Как отмечалось выше, это значение, как

минимум, в 2-4 раза занижено по сравнению с техническими возможностями измерительных модулей для низкочастотных входных сигналов. При приведении всех количественных оценок к номинальной частоте входных сигналов, составляющей 50 Гц, расчетный период дискретизации составляет 200 мкс, что соответствует возможности накопления массивов из 100 измерений мгновенных значений напряжений на каждый период входного сигнала. Для вычисления среднего (действующего) значения напряжения с оговоренной выше точностью достаточно регистрации массивов из 24 - 36 значений измерений за период, при этом оцифровка мгновенных значений напряжений фактически производится 10-ти битовым кодом. Данная интегральная характеристика для не искаженного входного сигнала может быть с чисто технической точки зрения определена, как за период, так и за полупериод следования основной гармоники входного сигнала.

Возможность быстрой оценки такого контролируемого параметра, как величина напряжения, вполне соответствует требованиям к динамическим характеристикам СУ в режимах работы, связанных с подготовкой к синхронизации источников переменного тока.

При использовании самых простых алгоритмов интегрирования, основанных на подсчете числа измерений мезду некоторыми повторяющимися событиями в периодическом входном сигнале, требуется интервал измерения не более 10-ти периодов входного сигнала для определения среднего значения частоты с точностью 0,1% при исходном значении частоты дискретизации 5 кГц. Корректно работающие алгоритмы прямого интегрирования способны обновлять текущее значение частоты с интервалом в один период. Алгоритмы, основанные на использовании более сложных методов аппроксимации для сигналов предопределенной формы, позволяют решить задачу нахождения среднего значения частоты с точностью 0,1% существенно быстрее.

Таким образом, при принятой частоте дискретизации входных сигналов, СУ способна обеспечивать достаточные требования к статической и динамической точности измерения среднего значения частоты входного напряжения. Следует отметить, что задача контроля текущих значений величины напряжения и частоты следования входных сигналов также может быть решена современными аппаратно-программными средствами без дополнительной загрузки вычислительных ресурсов СУ. Тем не менее отметим, что дальнейшее развитие вычислительных возможностей применяемых средств приводит к существенному росту объема функций выполняемых СЛТ и одновременно вызывает резкое увеличение информационных потоков, обслуживаемых операционной системой СЛТ. При распределении времени СУ возрастают накладные расходы операционной системы, что в результате, приводит к снижению оперативности управления.

С этой стороной вопроса автор вплотную столкнулся при отработке опытного образца СУ ЭЭС нового поколения. В рамках рассматриваемого примера наложение задач развитой операционной системы, гибкая смена

приоритетов вообще исключают возможность получения детерминированных оценок точности проведения синхронизации генераторов.

В настоящее время развитие элементной базы и интеграция СВТ обеспечивают возможность использования в СЛТ высоконадежных и производительных вычислительных средств функционирующих на базе шины \ZME-bus. Модули с дополнительными мезонинами размещаемые в крсйтах формата 61), позволяют резко расширить возможности СЛТ по объему реализуемых функций управления. Используется операционная система реального времени ОМХ. Тем не менее с ростом обрабатываемых СЛТ массивов информации и увеличением объема сервисных функций, реализуемых операционной системой, отмеченные проблемы обостряются. Особую актуальность это приобретает при использовании ресурсов общей шины \ZME-bus.

Существующий уровень интеграции средств управления ЭЭС требует использования сопроцессора. В этой связи предложена схема с сопроцессором, реализованным в виде специализированного мезонина на плате \/МЮ12. В составе мезонина также представлен АЦП для ввода синусоид, ЦАП для регулирования частоты обратимого преобразователя, а также дешифратор для прямой выдачи команд на включение АВ и регулирование частот ТГ и ДГ. Шина УМЕ-Ьиэ используется только для передачи адресов включаемых АВ и информации о коммутационном состоянии сети ЭЭС. Ршение о включении с синхронизацией (или без синхронизации) принимается сопроцессором на основании информации, полученной с УМЕ-Ьиэ, а также информации с измерительных трансформаторов ГРЩ. Отметим, что создание специализированных АЦП при существующей элементной базе и высокой производительности сопроцессора, способного осуществлять программную фильтрацию синусоидальных сигналов, обеспечивает возможность исключения нормализаторов, как промежуточных элементов меаеду измерительными трансформаторами ГРЩ и АЦП, являющихся издержками дезинтиеграции.

Констатируем, что технологические достижения последних лет позволяют в настоящий момент на новом уровне вернуться к практике создания ИСУ ЭЭС. Использование метода измерения исходных данных в виде массивов мгновенных значений входных напряжений и предложенной аппаратно-программной структуры позволяет устранить для СУ ЭЭС издержки, связанные с существующей дезинтеграцией КЭТС, но не устраняют самой этой проблемы, вызваной дезинтеграцией средств управления ЭЭС.

Во второй глазе определены теоретические основы интеграции.

Формализация объекта исследований и выделение элементов ИСУ ЭЭС, взаимодействующих между собой, качественных и количественных характеристик поведения объекта и отношения его с окружающей средой. При рассмотрении интеграции управления ЭЭС принято теоретико -множественное описание исследуемого объекта. В соответствии с таким представлением объект исследования представляется парой С: С = (В,Т),

где В - {еи е2..............} - множество элементов, Т = {....., еДе;,.......} -

отношения соединения между элементами СУ. Каждый элемент е е Е

характеризуется параметрами: П(а)={П,(е),П2(с),......},

где П,(е), П2(е) - параметры элемента.

СУ характеризуется показателями: П(С)= { П,(С),Пг(С),.........},

где П, (С), П2 (С) - показатели системы.

Отношение соединения Т является подмножеством Е2 = Е * Е. Бинарное отношение соединения может быть задано списком пар ( в,, в;) и обозначается ( в/7е; ). Для задания отношения соединения может использоваться матрица смежности Т = Е*Е или инцидентности. Отношение соединения индуцирует самые разнообразные формы взаимодействия между элементами СУ: конструкционные, технические, физические, информационные, технологические и т.п.

Объект исследования рассматривается как множество элементов с отношениями соединения между ними. Элементы являются неделимыми и представлены параметрами входа, выхода и внутренними переменными, отражающими их функциональное назначение, прочность, стойкость к воздействию агрессивных сред, вид электропитания, размещение и другие проявления. Такими элементами для ИСУ ЭЭС являются приборы и модули системы, представленные в настоящее время автоматизированным рабочим местом (АРМ) оператора, содержащим лицевые панели с органами управления и индикации, операторскую вычислительную станцию (ОС) и интерфейсные блоки. Положение о неделимости АРМа на составные части предполагает, что его компоновка завершена и он характеризуется количественными параметрами и показателями, которые могут использоваться для оценки всей системы управления ЭЭС.

В общем случае для элемента ИСУ выходные параметры определяются через входные: П,ых(с) = Г [П^(е)], где 1 - функция или преобразование информации, которую реализует элемент системы. К параметрам входа и выхода интегрированной системы относятся:

Пвх(е)=р/„х(е),К.г(е)1Н.х(е), В^е)......},

П.ых(е)=ф.ш(б),К.ьа(е),Н.шх(е),В.ш(е),.....},

где \/„(е), \/.ых(с) - физические сигналы, поступающие на вход с выхода элемента; К,х(е), К,ых(е) - кодированная сетевая информация, поступающая с входа или передаваемая на выход; Нех(е), Нгш(е) - характеристики входных и выходных сообщений; В^е), Ваьа(е) - характеристики соединения элемента по входу и выходу.

Под кодированной сетевой информацией понимаются сообщения, выдаваемые в линии связи микропроцессорных систем. Требования, предъявляемые к этим сообщениям, отображаются значениями Н,*(е) и Н.^е).

Под физическими сигналами, поступающими на вход и выход элемента, понимают значения аналоговых физических величин, поступающих с датчиков напряжения (В), частоты (Гц), тока (А), а также сообщения дискретных сигнализаторов о выходе значений параметров

электрической энергии за номинальные, пороговые значения, положение контактов, состояние объектов управления.

Характеристики Вт(е) и Ваых(е) соединения элементов на входе и выходе отражают подключение элемента в сети к датчику или исполнительному механизму. Эти соединения подразделяются на разъемные вилки, розетки, а также распаиваемые штекеры и переходники. К соединению элементов предъявляются определенные требования, представляемые ограничениями типа равенств или неравенств. Так при соединении двух элементов е, и ем возможна следующая комбинация соотношений:

П.*« Се J = П„,(<!м), П.ЫХ1 (ej <П.х,(ем),

Пвыхн (ej > П.,» (о,J.

К ограничениям типа равенства относятся требования по совпадению значений электрических параметров передаваемых сигналов, к ограничениям типа неравенств - максимальные значения аналоговых сигналов, количество контактов в разъемах, частота импульсов и т.п. Отношение соединения элементов между собой в математическом плане может бьггь представлено бинарным отношением Т , которое для пары элементов eL и ем обозначается (eL , ей) или eL Т ем.

Линейно - упорядоченная последовательность элементов, отличающихся между собой, представляет путь Р (е,, е),

р(е,,еу) = (Е р ,Т р),

где Ег(с} (множество элементов пути) и Tf{e} (отношения соединения или порядка между эпементами в пути) - пара элементов, определяющих путь или линейно упорядоченное множество. Частично упорядоченное множество можно построить, если сложить два или более путей между собой с разными входными или выходными элементами с использованием теоретико -множественной операции прямого суммирования. Предположим, что имеются три пути Р (et , ej. Теоретико - множественная операция прямого суммирования состоит в объединении упорядоченных множеств Pi, Рг и Р3. То есть производится объединение множеств элементов, содержащихся в этих путях, и отношений соединений (одинаковых или обратных пар элементов):

c=j^pk=pl®p2ep3=(Ec,Tc),

к= 1

где I , Ф - операции прямого суммирования; С - система управления, получающаяся в результате суммирования путей Ри Рг и Рз.

3 3

Ес = 2 >Тс = •

к=\ Ы\

Структурно-параметрическое представление ИСУ ЭЭС в общем случае может быть получено в виде прямого суммирования составляющих ее составных частей. Например:

п п т

Г = 1 Г = 1 * = 1

где г-количество составных частей; т - количество путей в каждой из этих частей.

С другой стороны, суммирование путей может производиться сначала при заданных начальном и конечном элементах, а затем по выходным и входным элементам. В результате получим:

(-1 ./-1 ¿-1

где т - количество выходных элементов системы; п - количество входных элементов системы; количество путей меаеду элементами е,и ©у.

Полученные выражения есть аналитическое представление системы управления на основе ее структурно - параметрического описания. В С-(Е,Т) можно выделить множество входных элементов:

Е ВХ = {С2 ' е9 }' а также множество выходных элементов:

^ВЫХ ={еб>е&}>

которые имеют не связанные (свободные от соединения) входные и выходные элементы соответственно. Пусть установлено, что ИСУ характеризуется показателями Л(С) = {Я,(С),/72(С),Я3(С),...}, которые определяются на множестве параметров входящих в ее состав элементов.

Структурированный показатель П(С) = (ЩС), О) содержит множество составляющих {П/(С)}, между которыми установлено отношение Д которое может быть порядка Пр или эквивалентности : С2 -{Ор, Ц}.

Констатируем, что многообразие ИСУ ЭЭС базируется на теоретико-множественных правилах соединения их элементов при выполнении ограничений типа равенство и неравенство. Аналитическое представление СУ в сочетании с математической формой задания отношения соединения порождают разнообразные количественные и качественные показатели СУ ЭЭС. Использование отношений эквивалентности и порядка ведут к необходимости применения векторных и структурированных показателей, которые наряду со скалярными показателями и свертками на их основе выражают свойства исследуемого объекта, которые в общем случае не сводятся к свойствам его элементов.

Количественные характеристики и показатели ИСУ ЭЭС определены:

- исходя из анализа структуры ИСУ ЭЭС, как меры выполнения возложенных на нее задач, путём введения некоторой структурированной характеристики

К ¡¡{s} — являющейся показателем назначения ИСУ и функцией двоичной

переменной i - го элемента j - го уровня; sifij ) — характеризующей его состояние функционирования (исправности);

- исходя из анализа ее топологии, как функции координат в объемах корабля, в качестве которой предлагается зависимость

K(e) = {x(e),y(e\z(e)},VeeE,

где Х{е),}'(е), Z\fi)~ координаты центра основания элемента е по продольной, поперечной и вертикальной осям корабля; £ - множество элементов СУ ЭЭС;

- исходя из анализа надёжности (расчета вероятности безотказной работы Кр{С}) и живучести (расчета поражаемое™ Ке{С}) методом статмоделирования;

- исходя из вычисления массы и стоимости ИСУ ЭЭС, как суммы показателей, составляющих систему приборов и линий связи.

Рассмотренные количественные характеристики СУ ЭЭС не исчерпывают всего многообразия показателей, однако выражают основные стороны функционирования СУ: назначение, размещение, надежность выполнения задач в повседневных условиях эксплуатации, живучесть при возникновении разрушающих воздействий, массу и стоимость. Отдельные принятые показатели, безусловно, не являются абсолютной оценкой, отражающей её свойства, но они могут использоваться в качестве количественной меры для сравнения различных вариантов СУ на основе принятых допущений при выборе предпочтительного среди них

Выбор предпочтительного варианта ИСУ представляет собой сложную в научном отношении задачу, поскольку он является идеальным образом (представлением), который соответствует цели разработчика или проектанта. Цель выражается с помощью количественных или качественных показателей, некоторые из них для СУ ЭЭС рассмотрены в предыдущем разделе. Задача выбора ИСУ ЭЭС сформулирована в оптимизационной постановке:

С = arg extr К (С) с ее

где С — оптимальный проект системы;

К (С) —критерий, по которому производится разработка; С = {( '}- множество допустимых вариантов;

extr— условие выбора предпочтительного варианта в шкале значимости показателя К (С).

Такая постановка задачи известна в теории проектирования. Уточнения требуют показатель К (С) и его шкала значений, а также система ограничений, характеризующих множество допустимых вариантов. От этого зависят методы и алгоритмы проектирования СУ ЭЭС.

Оптимизируемый показатель К (С) в общем случае является структурированным, так как содержит составляющие, между которыми устанавливается отношение эквивалентности О, и порядка О?'.

где {КН(С),КЙ(С),КР(С),К0(С),М(С),С(С)] составляющие оптимизируемого показателя;

extr = {max, min J - отношения меяеду составляющими К {С).

Составляющими оптимизируемого показателя К (С) являются рассмотренные выше показатели СУ ЭЭС, характеризующие ее основные свойства: назначение в соответствии с теми функциями и задачами, которые на нее возложены.

Использование знака extr предполагает, что extr — {шах, min То есть, наилучший вариант СУ ЭЭС отвечает требованиям максимизации одних показателей, например Кн (С), и минимизации других - массы и стоимости. Поэтому в работе предложена процедура формирования предпочтительной ИСУ ЭЭС, основанная на преобразовании, обратном K=f{C}, при этом /является функцией агрегирования (преобразования). Этот обратный процесс обозначен как С = j"'(K) и он предполагает формирование облика разрабатываемого изделия С по заданным количественным и качественным характеристикам К .

Некоторые определения и положения концепции интеграции средств управления ЭЭС:

• интеграция - объединение подобного, приводящее к достижению эффекта синергизма;

• синергизм - эффект получения принципиально более высокого результата от использования суммы применяемых средств в результате их интегрального объединения, по сравнению с простой арифмотической суммой результатов их применения.

Основой предложенной концепции интеграции средств управления язляется переход к децентрализации средств цифрового измерения и цифровой обработки сигнапоз на основе мультипроцессинга баз использования промежуточных ступеней трансформации и нормализации с размещением этих средств непосредственно в точках измерения, исключением раззитых метрологических каналов, локализацией метрологии в точках измерения сигналов. Основным методом интеграции является исключение организационной структурной избыточности средств управления ЭЭС, не связанной с организацией специальных мероприятий в обеспечение заданных показателей надёжности и живучести,

Сформулированные положения позволяют сделать вывод о том, что для реализации концепции интеграции средств управления ЭЭС необходимо решить вопросы создания новых принципов организации этих средств, новых алгоритмов управления и методов организации измерений, разработать математическое, функциональное, информационное и аппаратное обеспечение ИСУ ЭЭС.

В третьей главе разработаны основные положения функциональной интеграциии.

В рамках создаваемой концептуальной модели разработка функционального обеспечения (РО ) ИСУ ЭЭС занимает ведущее положение. РО включает все функции управления, реализуемые в системе:

то = и*г„

где Ь\ -/- ая функция управления;

С/ - операция объединения.

Определены перечень и содержание требований, предъявляемых к РО и состав функций, которые явились основой для синтеза технологии формирования функциональной структуры ИСУ ЭЭС. Определена последовательность формирования РО , разработана технология синтеза, представлена формализованная методика последовательного пооперационного синтеза функциональной структуры ИСУ ЭЭС.

Синтез технической структуры функциональной интеграции средств управления ЭЗС осуществлен в соответствии с представле«:«* технологией в рамках сформулированных положений концепции интеграции'. Для этого проанализированы альтернативные возможности, предоставляемые концепцией интеграции и определены новые методы интеграции средств управления, объединённые единым названием: метод прямого цифрового сканирования, основной принцип - пространственнз!я и функциональная децентрализация средств измерения, сбора и обработки информации на основе мультипроцессинга с распределением этих средств по элементам ОУ (секциям ГРЩ), устранение средств промежуточного преобразования информации, совершенствование интерфейсов, создание единых устройств преобразования исходной информации в цифровую форму, способных по цифровым каналам транслировать ее средствам управления СУ и ГРЩ для реализации целей измерения, контроля, управления.

Следует отметить, что в то время как магисгрально-модульная организация измерительно-вычислительных комплексов поддерживает возможности гибкого расширения и/или видоизменения конфигурации СУ, аппаратные средства, образующие периферийные устройства, например упомянутые ранее мезонины АЦП, представляются недостаточно гибкими и трудно поддающимися специализации устройствами, если они реализованы с помощью жестко организованной элементной базы. Возмояиостм

аппаратно-программных средств, представленных микроконтроллерами, позволяют практически полностью перенести на более низкий иерархический уровень решение задач сбора и обработки информации, например таких, какие имеют место при выполнении подготовки к синхронизации генераторов в СУ ЭЭС. Использование микроконтроллеров делает средства мультипроцессирования наиболее эффективными методами расширения аппаратно-программных ресурсов СУ. Эти методы, в том числе, предполагают частичную децентрализацию СУ с размещением части аппаратуры в ГРЩ.

Эффективное решение задач предварительной обработки информации на периферийном уровне с целью повышения пропускной способности ведущего процессора СУ не решает проблем организации сбора и доставки информации. При большом количестве разделенных в пространстве источников первичной информации число надлежащим образом организованных линий связи может оказаться неприемлемо большим, так как до:; .но соответствовать числу контролируемых параметров. Использование методов сбора и обработки первичной информации в виде массивов мгновенных значений входных сигналов только для одного параметра (линейного напряжения) трехфазной системы в значительной мере обесценивает затраченные для этой цели аппаратно-программные ресурсы СУ. Так, например, данные о мгновенных значениях токов и напряжений в двух фазах трехфазной системы с изолированной нейтралью, отнесенные к одному и тому же моменту времени, содержат достаточно большой объем информации о состоянии этой трехфазной системы, в частности, о величине значений всех трех токов и напряжений в системе, а также значении электромагнитной мощности нагрузки.

Развитие методов измерения мгновенных значений электрических величин корабельной сети главного тока. Метод прямого цифрового сканирования. В качестве развития методов измерения мгновенных значений параметров электрических величин для ИСУ автором предложен оригинальный метод прямого цифрового сканирования параметров рабочей синусоиды сети главного тока корабельной ЭЭС. В ГРЩ на местах установки измерительных трансформаторов размещаются сканирующие устройства, действующие по принципу цифрового осциллографа.

Применение метода прямого цифрового сканирования позволяет полностью исключить каскады измерительных трансформаторов и нормализующих преобразователей, как в СУ ЭЭС, так и в ГРЩ. Осуществляется унификация каналов измерения и представления информации. При использовании быстродействующих цифровых интерфейсов сканирующее устройство способно оперативно транслировать измеренные значения параметров на панели индикации и показывающие приборы СУ ЭЭС и ГРЩ одновременно.

Для уже рассматривавшегося случая реализации функций синхронизации генераторов сбор и обработка исходной информации о состоянии основных параметров электроэнергии трехфазных источников практически

цзлзсосбргзны только по месту ил нахоиедения, кгх по условиям обработки фггсзо-сгяггкмых входных сигналов, так и по условиям ограничений на число каналов для транспортировки исходной информации. Неизбежные противоречия между требованиями к условиям получения, обработки и использования исходной информации разрешаются за счет размещения сжкирующих устройств а ГРЩ э виде отдельного сигнального микроконтроллера «ли а составе вычислительного крейта, совместно с дополм><тельной аппаратурой (напрямор, аналогичной, представленной на ркс. 1), способной гффекткано осуществлять цифровую обработку сигналоз и передачу ее по быстродействующим цифрогым интерфейсам.

Пуг»тСУОСС

Рис. 1. Подключение сканирующего устройства

Применение предложенных сканирующих устройств решает поставленную задачу интеграции средств управления ЭЭС. Применительно к рассматриваемому классу задач ИСУ представляют совокупность СУ ЭЭС и периферийных щитовых контроллеров, объединенных высокоскоростными линиями связи, осуществляющими на практике пространственное сжатие многочисленных информационных каналов.

Основные определения метода цифрового сканирования: * оцифровка рабочей синусоиды корабельной сети - получение цифрового образа сигнала в точках измерения сети корабельной ЭЭС методом измерения исходных данных в виде массивов мгновенных значений электрических величин;

• цифровой мониторинг - метод измерений, основанный на использовании оцифрованных синусоид для алгоритмического выделения отдельных измеряемых электрических величин,

• прямое цифровое сканирование - метод использования оцифровенного сигнала рабочей синусоиды корабельной сети, как новой алгоритмической переменной при решении функциональных задач управления в ИСУ. Структура функциональной интеграции срэдсто управления ЭЭС Техническая структура функциональной интеграции прадсгйзпзш на р/.с.

2. Ей особенностью является децзнтрализация • распределение сканирующих блоков (СБ) непосредственно по секциям ГРЩ. В состава СУ поставляются АРМ и средства его комплэхсировгния (ОС), СЛТ и СБ. При этом местом установки СБ обязательно йзлйются секции ГРЩ, ыастом установки СЛТ тада« могут быть секции ГРЩ или огдзльныэ пр«5орныа стойхч СУ, иначе гоаоря, СБ (и СЛТ) могут ислользозаться, как устаноеочныа изделия ГРЩ.

Рис. 2. Техническая, структура интеграции средств управления ЗЭС

Все элементы ИСУ связаны посредством быстродействующего цифрового интерфейса (информационной шины общего доступа). На АРМ и секциях ГРЩ размещены панели индикации (ПИ), содержащие, помимо цифровых и светодиодных табло, элементы со светодиодной шкалой типа "барграф", обеспечивающие режим вывода аналоговой Информации, аналогичный рэжиму гистограммы или режиму функционирования узкопрофильных электроизмерительных приборов. На АРМ и секциях управления ГРЩ размещаются функциональные клавиатуры (ФК).

|1Г>">'К'

СЛТ

гик

В сэкциях ГРЩ ПИ и ФК сопрягаются непосредственно с платами ееода-еывода микроконтроллера С5, осуществляющего функции цифрового мониторинга парамгтроз ЗЭС, прэдетазляемых на ПИ. Аналогичные функции выполняет контроллер ОС.

Команды местного управления ГРЩ вводятся личным состаесм с ФК секции управления и по информационной шина поступают в нужные точки вычислительной сети. Аналогично с АРМ команды через ОС и СЛТ поступают го цифровому интерфейсу. Оцифрованные СБ синусоиды по цифровому интерфейсу поступают в СЛТ и ОС для последующей алгоритмической обработки.

Функциональное алгоритмическое и математическое обеспечение системы управления ЭЭС. Работы по созданию и формализации алгоритмического обеспечения СУ ЭЭС в СССР были начаты в НПО "Аьрора" з процессе создания КСУ типа "Ритм" (СУ ЭЭС типа 'Тембр"). Термин функциональное алгоритмическое обеспечение (ФАО) сформировался при создании КСУ типа "Сталь" (СУ ЭЭС типа "Онега") в 70-е г.г. в ходе расширенного строительства атомного подводного флота СССР. Термин функциональное программное обеспечение (ФПО) возник в конце 70-х г.г. и стал общепризнаным в практике создания СУ ТС в начале 80-х г.г. в процессе освоения методов программной реализации функциональных алгоритмов. Обычной практикой стала разработка математического и программного обеспечения (МПО) СУ ТС, как совокупности системного программного обеспечения (СПО), являющегося принадлежностью СВТ, программного обеспечения системного контроля (ПСК), являющегося принадлежностью аппаратно-программного комплекса СУ в самом широком смысле (включая средства сбора и доставки информации, выходные усилители, линии связи, ФУ, агрегату,розгнныо средства сопряжения СУ с ОУ, системы злоетропитгния ) и ФПО, привязанное к пыбраным для реализации СУ аппаратно-программной платформе и среде программирования, то есть: МПО я {СПО, ПСК ФПО}.

Этап формализации ФАО явился ключевым моментом в создании ФПО и МПО СУ ЭЭС. Пргктиха преобразования словесного алгоритма, полученного от заказчика ("алгоритм заказчика") а алгоритм в виде логико-гременных описаний булевой алгебры, реализованных в секвенциальной форме ("алгоритм разработчика"), привела к тому, что к моменту перехода к программной реализации алгоритмов управления на базе первых поколений СВТ уже реально существовал аппарат формирования ФАО в виде логико-временного описания дискретной части СУ, пригодного для программирования и аппарат перевода этого описания в конкретную реализацию в видо релейных схем.

Появление доступных дг.я реализации СУ ЗЗС СВТ, способных на ебщем ресурсе своих программных средств а процессе управления ЭЭС осуществлять реализацию логических и арифметических вычислений с достаточной производительностью в реальном времени управляемых процессов привело в конце 80-х - начале 90-х г.г. к созданию

ссотзотстеующэго ®А0 и СПО СУ ЭЗС. Сразу появилась возможность при рабств с нормированными аналоговыми сигналами отказаться от применения в СУ аппаратно реализованных компгргторсв и перейти на пультах СУ от представления результатов измерения пэогмзтроэ ЭЭС на стрелочных или узкопрофильных электроизмерительных приборах (которые являются чисто установочными изделиями и не связаны с вычислительными ресурсами СУ общим информационным пространством) к цифровому или аналоговому (в виде гистограмм) представлению на селектизных (дисплей, цифровое табло, барграф) средствах пультог СУ. При этом произошло существенное расширение информационного пространства СУ ЭЗС и, соответственно, информационной базы ФАО, но и сразу жз ужесточились требования к метрологическому обеспечению СУ ЗЭС: в результате отмеченной дезинтеграции КЭТС АЦП СУ стали конечным элементом сложного многоступенчатого метрологического канала преобразования исходной аналоговой информации.

Вопросы интеграции ФАО с целью одновременного решения двух противоречивых проблем обеспечения требуемой точности измерения и обеспечения реализации функций управления (с использованием результатов измерений) в реальном времени управляемых процессов решались автором, начиная с первых поколений программно реализуемых систем. Основным методом всегда остается распараллелизаниа вычислений с применением:

• в первых разработках СУ на базз СВТ:

- для реализации в асиН^окном режиме трабуемых алгоритмов управления: ^ арифметических вычислений - аппаратных средств ФУ,

логических вычислений - аппаратных средств параллельной логики

(логических коммутаторов);

» а СУ на базе современных СВТ - для всех типов вычислений: »/ мультипроцесскнга.

Анализируя опыт создания ФАО для СУ ЭЭС необходимо отмзтить, что с точки зрения упрощения синтеза и в дальнейшем удобства эксплуатации СУ ЭЭС наиболее приемлемая структура ФАО можэт быть достигается при организационном разделении алгоритмов ФАО на три группы:

1) логическая - дискретные алгоритмы, связанные с осуществлением чисто логических вычислений,

2) врифмотическая - алгоритмы, осязанные с вычислительной арифметикой,

3) мотрологичзекга - алгоритмы, связанные с организацией измерений параметров ЭЭС.

При организации мультипроцессора, перзгя группа елгоритмзв подлежугт реализации средствами СЛТ и вычислительных станций АРМ оператора на евмом верхнем уровне ИСУ ЭЭС, вторая группа - реализации в СЛТ нижнего уровня и непосредственно щигозыми контроллерами сканирующих блоков,

третья группа алгоритмов должна реализовываться на самом нижнем уровне И СУ щитовыми контроллерами. При использовании предложенного в настоящей работе метода прямого цифрового сканирования третья группа алгоритмов связана с решением двух задач - оцифровки рабочей синусоиды сети ЭЭС в точках измерений и цифрового мониторинга - выделения из оцифрованной синусоиды отдельных параметров измеряемых величин. Поскольку собственно алгоритм оцифровки в условиях существующей современной элементной базы реализуется с заданной точностью стандартными аппаратными средствами, а выделение параметров непосредственно связано с осуществлением арифметических вычислений по формулам, то вся работа по синтезу алгоритмов третьей группы сводится к организации оперативного использования результатов цифрового сканирования для информационного обеспечения решения задач реального времени. Эта работа связана с правильной организацией информационных потоков в ИСУ ЭЭС и относится не к ОАО, а к информационному обеспечению ИСУ ЭЭС.

В связи с изложенным констатируем, что ФАО является ключевым моментом при решении вопросов синтеза организационной, функциональной и технической структуры ИСУ ЭЭС. На начальном этапе проектирования при выбраной для реализации ИСУ аппаратно-программной платформе организация ФАО определяет ключевые вопросы создания всех компонентов МПО. В ИСУ ЭЭС при организации мультипроцессинга и использовании метода прямого цифрового сканирования из рассмотрения исключается метрологическая группа алгоритмов, задачи этой группы решаются информационным обеспечением ИСУ ЭЭС. Основные положения концепции интеграции определены следующим образом:

- анализ совокупности всех средств управления ЭЭС независимо от мест их размещения в составе КЭТС;

- исключение организационной структурной избыточности средств управления ЭЭС, не связанной с организацией специальных мероприятий а обеспечение заданных показателей надёжности и живучести;

- оптимизация информационных потоков ИСУ на основе регулярных структур, исключение параллельных связей, внедрение цифровых интерфейсов;

- децентрализация средств цифровой обработки сигналов, оцифровка рабочих синусоид непосредственно в точках измерения;

- исключение развитых метрологических каналов, локализация метрологии в точках измерения (оцифровки) сигналов:

- использование алгоритмических методов обработки оцифрованных сигналов (цифровой мониторинг, цифровое сканирование).

В четвёртой главе разработаны основные положения информационной интеграциии:

1. Интеграция информационного обеспечения средств управления ЭЭС напрямую связана с созданием совокупного информационного пространства, образуемого средствами СУ ЭЭС, ЛСУ, ЛСТД и ЛСЗ. В рамках создаваемой концептуальной модели определены требования к информационному обеспечению ИСУ ЭЭС, осуществлён анализ её структуры и состава данных,

рассмотрены информационные аспекты использования предлагаемых методов и средств интеграции.

2. Определены требования к частоте дискретизации аналоговых величин в ИСУ ЭЭС при использовании методов оцифровки синусоидальных сигналов, требования к источникам информации и АЦП, в том числе по динамическим характеристикам преобразования. Определены реальные ограничения по мультиплексированию входных сигналов, подтверждающие сделанный в главе 3 вывод о целесообразности перехода к мультипроцессингу в ИСУ ЭЭС при использовании предложенного метода прямого цифрового сканирования.

3. Рассмотрены информационные характеристики сканирующих блоков, сделан вывод о том, что в режиме мульпроцессинга основное значение приобретают интерфейсные характеристики каналов обмена и средств доставки информации, в том числе обеспечение характеристик помехозащищённости информации в условиях корабля. Предложены алгоритмические и аппаратные способы защиты от помех.

4. Особенностью СУ ЭЭС является наличие взаимной корреляции между сигналами, поступающими гю цепям питания СУ и её информационным цепям, при проведении измерений электрических величин ЭЭС посредством АЦП СУ в условиях реального качества электроэнергии, присущего корабельным условиям, когда возникает угроза снижения метрологических характеристик каналов измерений. Приведенные оценки показали, что существующие АЦП при принятой частоте дискретизации способны обеспечивать требуемую точность цифрового сканирования.

5. Рассмотрены способы повышения надёжности и достоверности получения исходной информации для формирования искомого интегрального информационного пространства, осуществлен анализ методов аппаратной и программной фильтрации входных сигналов при существующей угрозе внесения искажений в результате возникновения в сети сигналов помех. Современные интегральные электрические фильтры по своим характеристикам обеспечивают решение задач обеспечения требований получения ИСУ ЭЭС достоверной информации. Программные средства информационной защиты более гибки, но возлагают дополнительную нагрузку на характеристики производительности используемых СВТ. В условиях мультипроцессинга, предполагаемого концепцией интеграции, применение программных средств очень перспективно.

6. Рассмотрены информационные аспекты использования цифровых интерфзйсоз для передачи информации в ИСУ ЭЭС . Выбор стандартного цифрового интерфейса для реализации информационной шины общего доступа прокладываемой для организации связей между микроконтроллерами сканирующих блоков внутри ГРЩ представляет собой отдельную задачу, поскольку этот интерфейс должен надёжно функционировать в условиях повышенного уровня электромагнитных помех и быть хорошо отработанным в промышленности, так как от надёжности его функционирования завиатт принятие ИСУ важных для технологии функционирования ЭЭС решений.

В пятой главе осуществлен синтез аппаратного обеспечения ИСУ ЭЭС. Под аппаратным обеспечением (АПО) ИСУ ЭЭС понимаются технические средства, обеспечивающие реализацию возлагаемых на неё функций, а также ее связь с ОУ и задающей средой. Сосгав АПО ИСУ ЭЭС зависит от конкретного заказа и требований, предъявляемых к ней заказчиком. В рамках создаваемой концептуальной модели можно утверждать, что в общем случае в его составе допжны быть: средства, обеспечивающие организационные вопросы управления на корабле - АРМ, ГРЩ; средства, предназначенные для обработки информации и проведения вычислений - СВТ; средства, предназначенные для сопряжения ИСУ с ОУ и передачи информации - интерфейсные средства (ИФС); средства, обеспечивающие преобразование исходной информации в цифровую форму - средства цифрового сканирования (СЦС); система электропитания (СЭП), иначе

АПО = {АРМ, ГРЩ, СВТ, ИФС, СЦС, СЭП}. (1)

СВТ, ИФС и СЦС относятся к средствам информационно-вычислительного комплекса (ИВК) ИСУ ЭЭС, тогда

ИВК = {СВТ, ИФС, СЦС), (2)

АПО = { АРМ, ГРЩ, ИВК, СЭП). (3)

Опредепим базовое АПО (БАПО), которое необходимо для обеспечения синтеза любой ИСУ ЭЭС. В его составе должны быть все элементы АПО в объёме (1) и комплект (нестандартизированных) средств испытаний (НСИсп) ИСУ

БАПО = {АПО, НСИсп}. (4)

Сформулируем требования, предъявляемые к БАПО с целью реализации основных его функций. Из состава средств ИВК (3) для дальнейшего рассмотрения исключим СВТ, на основе которых строится ИСУ ЭЭС, а также ИФС, поскольку они входят в состав СВТ, из которых компонуются ИСУ. Кроме того, ИФС интегрированы с СВТ по ресурсам, обработке данных и некоторым другим показателям. Предлагаемый подход к рассмотрению АПО ИСУ ЭЭС обуслозлен тем, что ИВК ИСУ в общем случае может быть построен на произвольном базисе СВТ. Точность в генерировании, преобразовании и передача данных, отсутствие искажэния, обеспечение высокого быстродействия могут быть достигнуты прибпижением средств обработки к источникам информации. Перемещение приборов обработки информации к генераторным агрегатам, ГРЩ, щитам перемычек и другим элементам ОУ обеспечивает нэ только их предварительную обработку, но и помехозащищенность, сокращение длины многожильных кабелей первичной информации, повышение скорости обработки за счет распараллеливания процесса измерения и реализации управляющих воздействий.

Оожнеишим элементом интеграции является согласование ИСУ на осиоге СЗТ с ОУ, как при реализации функций контроля, так и при передаче управляющих воздействий на изменение состояния ЭЭС и ее элементов. Согпзсоаяьие предполагает устранение многоступенчатости преобразования

исходного сигнала до ввода его в прибор обработки информации, а также устранение многочисленных промежуточных устройств при передаче управляющих воздействий от задающих органов к ОУ и достижение на этой основе явления синергизма.

В связи с изложенным состав аппаратных средств, обеспечивающих интеграционные свойства современных СУ (АПОи) определим, как АПОи = {СВТ, ИФС, СЦС, СЭП}. (5)

Констатируем, что к ним предъявляются общетехнические требования надежности, стоимости, живучести, массогабаритные и другие, а также требования обеспечения синергизма для достижения максимального результата. Интеграция аппаратуры СУ обеспечивается использованием типовой аппаратуры СВТ с максимальным приближением источников информации к АЦП, представлением полученной информации на табло или дисплеи в цифровом коде, а также применением кратчайших путей до задающих органов на пультах или щитах управления и исполнительных механизмов ОУ.

Системы электропитания (СЭП) являются

специализированными корабельными системами, предназначенными для бесперебойного питания ответственной электронной нагрузки, имеющей важнейшее значение для решения стоящих перед кораблем задач и для существования самого корабля. К такой электронной нагрузке относится ИСУ ЭЭС, так как входящие в ее состав СВТ предъявляют жесткие требования по бесперебойности поступления, параметрам и качеству подаваемой электрической энергии. Поэтому СЭП включена в состав АПО ИСУ ЭЭС:

СУ ЭЭС : Х{.} & -е У{,},

^ СЦП : У{,} & Щ, (6)

ЭЭС : %} Х{,} & 2{.}.

Выражение (6), представляющее аналитическую запись схемы электропитания СУ ЭЭС от СЦП в виде системы отображений, показывает высокий уровень интеграции между СЦП и СУ ЭЭС. По информационным и измерительным цепям СУ получает множество Х{.} данных о состоянии ЭЭС и СЦП, по цепям питания СЦП получает множество 2{,} видов электропитания от ЭЭС, а СУ от СЦП, по цепям управления СУ выдаёт множество команд {/{,} на управление ЭЭС и СЦП.

Устройства управления (УУ) в составе ГРЩ ЭЭС также требуют электропитания, предоставляемого им устройствами электропитания (УЭП) ГРЩ Очевидно, что описание взаимодействия этих устройств с ЭЭС аналогично (6)

УЭП : У1,} Х{.} & 2{.}.

а их связи с ИСУ могут быть аналитически описаны в обозначениях, принятых при записи формул (1)... (3) отображениями

УУ : Х.п{.} & ?,..{,} -> Ш УЭП : У„{,} & ?..<{,} Х„{.},

Можно предположить, что при объединении систем питания в интегрированную СЭП произойдёт упрощение системы. Запишем отношение составных частей И СУ ЭЭС аналитически в виде системы отображений

<

Г АРМ : Х.Ц.} & СЭП : У{,} & 2,п{.} + Х{.}, ГРЩ: Х.Щ & 2,ч.{,} -> У.Щ, ИВК: Х{.} & У{,} Х(.} & У{,}.

(7)

Преобразования позвопили перейти от системы из шести отображений к системе из четырёх отображений, когда помимо уменьшения объёма аппаратуры произошло упрощение связей меяеду составными частями системы. Можно отметить, что включение СЭП в состав ИСУ ЭЭС позволяет разгрузить низковольтные распределительные секции ГРЩ за счёт непосредственного использования фидеров, образуемых сетевыми преобразователями СЭП для питания всей электронной нагрузки, размещенной в СУ и ГРЩ ЭЭС. При этом происходит сокращение габаритов коммутационно-защитной аппаратуры, поскопьку в СЭП в этом качестве используются электронные ключи.

Техническая структура ИСУ ЭЭС.

СТ! п>: - сил г. № С1Ч 1 "с тг су: Ф 1 т сп и ПК С||1|Р с й ((•I < 14

Г1 \ 1 ' • 1 1 1

.1 СУ™

Рис. 3. Размещение бпокоо цифрового сканирования в секциях ГРЩ

На рис. 3 представлено расположение секций ГРЩ кормовой электростанции фрегата с размещением в них блоков цифрового сканирования (ЦС) и табло индикации (ТИ), на которые выводятся результаты измерений, вычислений, контроля дискретных переменных Связь между ЦС и связь с СУ ЭЭС осуществляется по цифровому интерфейсу CAN.

С учетом выражений (1) ... (3) и системы отображений (7) представим техническую структуру АПО ИСУ ЭЭС в аналитическом виде:

Г СЭП : У(,} & Zn{.} Х...{.} & 2{,}, ИФС: Х{.} & УМ & 2{,} -+Х{,} & Ш-гСЦСи X.n{J & Хф{,} & у.п{,} & У44,} (8) & z<..{,} х{.) & уь,}.

J СВТ: Х4ф} & Х,п {,} & У44,} «£ Уа^} -*■

Щ & УМ АРМ : Х(,} & 2с..{,} -*• у44,} & у<..{,},

ГРЩ: У4<{,} & У Mi) Х',4'} & ?<■>"{'}

^ Ш & z{,}.

В шестой главе осуществлена разработка средств и методов анализа качества реализации ИСУ ЭЭС: синтезирована структура нестандартизированных средств испытаний (НСИсп) ИСУ; рассмотрены математические методы анализа качества реализаций ИСУ; предложена технология испытаний и наладки.

Организация полномасштабной проверки функционирования в условиях стенда предприятия-изготовителя является неотъемлемым этапом комплексной отладки СУ, испытаний и сдачи СУ заказчику. Опьгг показывает, что работы по организации такого рода проверок связаны с необходимостью создания электротехнического стенда и имитационных моделей. Для того, чтобы модель адекватно имитировала ОУ необходимо, помимо воспроизведения динамических логико-временных характеристик ОУ, реально воспроизводить входо-выходные нагрузочные характеристики всех исполнительных органов, источников информации и локальных систем ОУ, а также физические процессы и параметры, с которыми непосредственно сталкивается СУ в процессе управления.

При чисто физическом моделировании все эти характеристики, параметры и процессы воспроизводились едиными средствами. Внедрение

более совершенных алгоритмов управления и необходимость снижения стоимости НСИсп определили потребность к математическому моделированию динамических логико-временных характеристик ОУ.

Организация испытаний СУ на функционирование при нормальном и пониженном качестве электроэнергии

В ходе настройки и испытаний СУ ЭЭС осуществляются проверки их функционирования при нормальных параметрах электроэнергии, а также в условиях снижения качества электроэнергии питающей сети и воздействия импульсных коммутационных перенапряжений.

Автором была предложена и, начиная с первых микропроцессорных СУ ЭЭС (типа уже рассматривавшейся в настоящей работе СУ "Луга-М") внедрена структура НСИсп, совмещающая методы математического и физического моделирования. Помимо упомянутой математической модели (ММ) ОУ в нее включена физическая модель (ФМ) ОУ для воспроизведения реальных физических процессов и параметров, а также имитатор реальной нагрузки (ИмРН) ОУ

НСИсп = {ММ, ФМ, ИмРН}. (9)

Повышение требований и объёма испытаний на функционирование при снижении качества электроэнергии и импульсных коммутационных перенапряжениях (ИКП) в цепях питания и измерительных цепях привело к необходимости более полной имитации физических параметров ЭЭС. Особенностью комплексных СУ является наличие в их составе СЦП, которые фактически обеспечивают нечувствительность всех СУ ТС к реальному качеству электроэнергии ЭЭС. Исключение составляет СУ ЭЭС, которая непосредственно связана с физическими параметрами ЭЭС по цепям управления, регулирования и измерительным цепям. Существует жёсткая корреляция между действиями СУ в процессе управления ЭЭС и поведением СЦП. Все изменения параметров СЦП, произошедшие в результате действий СУ ЭЭС, в свою очередь, сразу же передаются по цепям питания, оказывая влияние на состояние аппаратуры СУ. При создании КСУ ТС на единых аппаратно-программных средствах проведение совместных испытаний СУ ЭЭС и СЦП позволяет максимально полно отработать вопросы функционирования аппаратуры КСУ при снижении качества эпектроэнергии в первичной сети и ИКП. Такая отработка требует расширения комплекта НСИсп, поставляемого на стенд.

Выражение (10) аналитически представляет схему организации испытаний, дополненную имитаторами реального качества электроэнергии (Им РКЭ) и ИКП (Им ИКП), а также регистрирующей и измерительной аппаратурой (РИА):

НСИсп = {ММ, ФМ, ИмРН, РИА, ИмРКЭ, ИмИКП}. (10)

Из (10) следует , что составные части НСИсп: {ФМ, ИмРКЭ, ИмИКП} непосредственно дополняют электротехническую часть комплексного стенда (ЭЧКС), которая, в общем случае, включает электромеханические преобразователи напряжения, трансформаторы, распредустройства. Поскольку как ФМ, так и ЭЧКС яапяются источниками электроэнергии (ИЭЭ) устанавливаемыми на комплексном стенде, запишем выражение

ИЭЭ а {ФМ, ЭЧКС}. (11)

Альтернативные методы проведения испытаний корабельных СУ ТС в условиях стенда предприятия-изготовителя. В настоящее время чрезвычайно актуальным стал вопрос всемерного снижения стоимости затрат на создание испытательных стендов и НСИсп. В структуре общих затрат на их создание большой удельный вес стала составлять цена кабельных изделий, большую актуальность приобрел вопрос амортизации помещений. Фактически, в условиях необходимости постоянной мобилизационной готовности предприятий Судпрома к возобновлению производства широкой номенклатуры систем для поставки на существующие проекты кораблей, серийные приборостроительные заводы отрасли превращаются в своеобразные "кладбища стендов". С целью удешевления испытаний используются различные методы, связанные с упрощением моделирования. Их общим недостатком является отсутствие имитации реальных физических величин параметров, с которыми работает СУ. Возможно это допустимо для систем управляющих механизмами, например, боевых управляющих систем, но не для СУ ЭЭС, управляющих физическими процессами. Поэтому область применения рассмотренных методов для СУ ЭЭС сужена только серийными образцами.

Ввиду изложенного, для ИСУ ЭЭС в рамках базового АПО (4) и концептуальной модели предлагается метод и техническая структура воспроизведения НСИсп, отличающиеся преимуществами в части минимизации занимаемых площадей, используемых кабельных изделий, универсальности (возможности, после перепрограммирования и перетрассировки жгутов, повторного использования для отработки других СУ ЭЭС), но исключающая отмеченный недостаток. Особенностью предлагаемого метода является переход от реальных физических моделей к программно-физическим моделям (ПФМ).

Основным свойством и характерной особенностью ПФМ является способность вырабатывать сигналы по форме и физическим характеристикам не отличающиеся от сигналов моделируемого объекта, как в реальном, так и замедленном масштабе времени. В связи с этим предлагается для реализации НСИсп использование методов, аналогичных, предложенным в главах 2-5. В состав НСИсп вводятся блоки цифрового осциллографирования (БЦОс) и электронного сканирования (БЦЭС), а также программный синтезатор (ПС) сигналов произвольной формы на физическом уровне, соответствующем реальному уровню сигналов, с которыми работает ИСУ.

Рассмотрим выражения (10), (11). Использование непосредственно ИЭЭ комплексного стенда для создания физических параметров электропитания ИСУ ЭЭС и смежных корабельных электронных систем позволяет также реализовать в его составе имитаторы Им ИКП и Им РКЭ. При испытаниях СУ в условиях снижения качества электроэнергии и ИКП цепи питания должны быть переключены на эти имитаторы посредством включённого в состав стенда коммутатора (К).

Соблюдение отмеченной необходимости взаимной корреляции воздействий на ИСУ ЭЭС по цепям питания и измерительным цепям осуществляется путём цифрового сканирования сигнала, поступающего от стенда, средствами БЦЭС, который передаёт цифровой образ сигнала в ММ ОУ. Программа ММ определяет адреса ПС, имитирующих сигналы, поступающие по измерительным цепям на входы ИСУ от конкретных источников ЭЭС. Одновременно происходит осциллограцирование сигналов посредством БЦОс. Тогда состав НСИсп и ЭЧКС определим выражениями НСИсп = {ИмРН, ММ, ПС, БЦЭС, БЦОс, РИА}, (12)

ЭЧКС = {ИЭЭ, ИмИКП, ИмРКЭ, К}. (13)

Отношение объекта испытаний со средствами, описанными выражениями (12), (13), по аналогии с (7) представлена аналитической записью графа в виде системы отображений

' ССКСУ : Х.Ц.] & 2«.{.} -> у.Щ,

<

СЭП : %} & 2.п{,} Х{,}, (14)

ИСУ ЭЭС : Х.е.{.} & -> у^Ц,},

^ НСИсп & ЭЧКС :Х{,} & -*> Х{,} & Щ,},

где СС КСУ - смежные системы КСУ, СЭП - интегрированная система электропитания.

Математические методы анализа качества реализаций. Исследования динамики поведения СУ ЭЭС имеют богатейшую историю, определившую ряд бесспорных положений, использование которых гарантирует получение приемлемых динамических характеристик проектируемого изделия, а также позволившую создать необходимые методы оценки и математический аппарат для моделирования динамики СУ при функционировании совместно с ОУ. В диссертации представлены подходы к этой проблеме, используемые автором в практике проектирования. Указанные подходы нашли широкое применение и подробно изложены автором отдельной книгой в учебном пособии СПбГМТУ.

Испытания и наладка ИСУ ЭЭС. Результаты, полученные в предыдущих разделах настоящей главы позволяют предполагать, что строгое применение предложенной концептуальной модели приведёт к существенному сокращению трудоёмкости работ по испытаниям и наладке СУ ЭЭС в условиях корабля, которые а настоящий момент представпяют собой весьма слабо формализованный процесс. Концепция ИСУ ЭЭС позволяет на каледой стадии отработки ИСУ и ее документации осуществлять проверку качества реализации с учетом всего комплекса средств управления ЭЭС. К сожалению, существующая практика поставки на корабль СУ ЭЭС и ГРЩ в разные сроки не позволяет вести их комплексную отработку в условиях стенда завода-изготовителя, однако, предложенная в настоящей главе организация испытаний (14) создает необходимые и достаточные условия для подготовки ИСУ к испытаниям на заказе.

Тем не менее практика показывает, что процесс ввода СУ ЭЭС в дзйствие в условиях корабля совместно с электрооборудованием, функционирующим по прямому назначению, всегда будет достаточно сложной задачей. Для ускорения и снижения трудоёмкости этого процесса необходимо в условиях завода-строителя и непосредственно заказа иметь мобильный вариант комплекта средств в объёме (12). До настоящего времени практика наладки СУ ЭЭС столь высокого уровня интеграции в корабельных условиях пока ещё отсутствует, однако, для наиболее сложных проектов систем этого класса (например СУ "Луга-Я") уже сейчас в процессе проектирования и создания образцов для стендовых испытаний осуществляется подготовка бортовых НСИсп для проведения работ на заказе.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

Основным результатом, полученным в работе и вынесенным на защиту является создание нового научного направления в проектировании корабельных СУ ЭЭС. При реализации этого направления получены следующие результаты:

1. Концептуальная модель (КМ) интеграции средств управления ЭЭС, как сложного технологического объекта, содержащая представление всей необходимой для целей интеграции этих средств информации. Теоретические основы и методы интеграции средств управления ЭЭС.

Принципиальной новизной предлагаемой концепции является использование технического уровня, достигнутого в результате интеграции СУ ЭЭС в рамках концепции комплексной автоматизации для интеграции всех средств управления ЭЭС на единой элементной базе с созданием локальных вычислительных сетей, применением быстродействующих цифровых интерфейсов, цифрозых методов обработки информации.

2. Методика синтеза ИСУ ЭЭС, включающая механизм генерирования альтернативных вариантов, обеспечивающий выполнение ограничений, предъявляемых к ИСУ, учитывающий ее топологию, функциональную структуру и схему питания. В соответствии с методикой выбран вариант структуры, обладающий наилучшими значениями установленных количественных показателей ИСУ.

3. Методы интеграции средств управления, объединённые единым названием: метод прямого цифрового сканирования, основной принцип - пространственная и функциональная децентрализация средств измерения, сбора и обработки информации на основе мультипроцессинга с распределением этих средств по элементам ОУ (секциям ГРЩ).

4. Методы интеграции функционального алгоритмического обеспечения (ФАО) ИСУ ЭЭС, оптимальная структура интегрированного ФАО достигается при организационном разделении алгоритмов на три группы, получившие названия: логическая, арифметическая, метрологическая. В ИСУ ЭЭС при организации мультипроцессинга и использовании метода прямого цифрового сканирования

из рассмотрения исключается метрологическая группа алгоритмов, задачи этой группы решаются информационным обеспечением ИСУ ЭЭС.

5. Методы интеграции информационного обеспечения ИСУ ЭЭС, обеспечивающие создание совокупного информационного пространства, образуемого средствами СУ ЭЭС, ЛСУ, ЛСТД и ЛСЗ. В рамках создаваемой концептуальной модели определены требования к информационному обеспечению ИСУ ЭЭС, осуществлён анализ её структуры и состава данных, рассмотрены информационные аспекты использования предлагаемых методов и средств интеграции. Определены требования к частоте дискретизации аналоговых величин в ИСУ ЭЭС при использовании методов цифрового представления (оцифровки) синусоидальных сигналов, требования к источникам информации и АЦП, в том числе по динамическим характеристикам преобразования. Определены реальные ограничения по мультиплексированию входных сигналов, подтверждающие вывод о целесообразности перехода к мультипроцессингу в ИСУ ЭЭС при использовании предложенного метода прямого цифрового сканирования.

6. Определены основные характеристики сканирующих блоков, сделан вывод о том, что в режиме мульпроцессинга основное значение приобретают интерфейсные характеристики каналов обмена и средств доставки информации, в том числе обеспечение характеристик помехозащищённости информации в условиях корабля. Предложены способы повыше' 'ия надёжности и достоверности получения исходной информации для формирования искомого интегрального информационного пространства, осуществлен анализ методов аппаратной и программной фильтрации входных сигналов при существующей угрозе внесения искажений в результате возникновения в сети сигналов помех

7. Осуществлен синтез основных схемотехнических решений аппаратного обеспечения ИСУ ЭЭС, как средства реализации принятых функциональных и информационных решений. Для подсистемы синхронизации генераторов ЭЭС рассмотрены реализации схемотехнических решений ИСУ ЭЭС в условиях сохранения традиционных и внедрения альтернативных методов управления, сочетающихся с принятой концептуальной моделью. Определены параметры щитового сигнального микроконтроллера для реализации системы цифрового сканирования.

8. Определены основные положения децентрализации ИСУ ЭЭС на основе принципа мультиг.роцассинга. Установлено, что периферийный контроллер, использующий в своей работе метод хранимой программы, способен реализовать функции ИСУ ЭЭС в части сбора и предварительной обработки информации, а также реализации функций управления. Возможность использования в качестве элементной базы периферийных устройств ИСУ таких микроконтроллеров существенно повышает степень целесообразности разработки и внедрения специализированных измерительных модулей, отвечающих требованиям реализации функций управления ИСУ ЭЭС, повышения производительности и расширения функциональных возможностей этих систем.

9. Разработаны принципы организации измерительных цепей щитового контроллера. Установлено, что с практической точки зрения для обеспечения требований по статической точности измерений в ПСУ ЭЭС разрешающую способность АЦП, равную 8 или 9 битам от номинального нормированного значения следует считать достаточной (что обеспечивает дискретность и номинальную точность преобразования, равную 0,4% или 0,2% соответственно).

10. Осуществлен формализованный синтез технической структуры ИСУ ЗЭС. Сформулированы основные положения концепции ИСУ ЭЭС. Основным методом интеграции является исключение организационной структурной избыточности средств управления ЭЭС, не связанной с организацией специальных мероприятий в обеспечение заданных показателей надёжности и живучести.

11. В рамках КМ предложена технология последовательной отработки ИСУ ЗЭС на каждом этапе её создания, используя программно-математические методы (связанные с проведением на ранних стадиях проектирования углублённого матмоделирования для оценки динамических характеристик будущих реализаций принимаемых проектных решений) и программно-физические методы (связанные с созданием динамических моделей, обеспечивающих ответные реакции на действия ИСУ ЭЭС, с соблюдением полного соответствия физических параметров их входо-выходных характеристик).

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Вандер М.Б., Губанов Ю.А., Корнеев В.Н., Маркова О.Л. Устройство для управления автоматическими выключателями сети трёхфазного переменного тока судовой ЭЭС. - A.c. СССР №153284. -1979.

2. Губанов Ю.А. Внедрение вычислительной техники//Морской флот. - 1980. -Na11. - С.11-12.

3. Губанов Ю.А., Зуева H.H. и др. Устройство для включения автоматических выключателей сетей переменного тока судовой ЭЭС. - A.c. СССР N2160207. -1981.

4. Артюхов В.Л., Губанов Ю.А. и др. Передача информации в судовых управляющих системах Мультиплексные системы. - Л.: ЦНИИ "Румб". - 1981. -77 с.

5. Губанов Ю.А. Корабельные мультиплексные системы/Морской сборник. -1981,- N24. - С. 22-25.

6. Губанов Ю.А., Константинов В.Н. и др. Аппаратурная реализация функций синхронизации в системах программного управления ЭЭС//Вопросы судостроения. Сер. Судовая автоматика. -1981. - Вып. 12. - С. 12-15.

7. Губанов Ю.А., Корнеев В.Н. и др. Система управления ЭЭС. - A.c. СССР №173002- 1982.

8. Андрианов В.А., Губаноз Ю.А. Автоматизированная судовая ЭЭУ. - A.C. СССР №184489.- 1982.

9. Губанов Ю.А., Константинов В.Н. и др. Информационные связи и распределение оперативной памяти при реализации алгоритмов управления судовыми техническими средствами на программных логических устройствах. В сб. Вопросы судостроения, сор. Судовая автоматика, вып. 28, 1983, с. 11-20.

10. Губанов Ю.А., Дымент В.А., Маркова О.Л. Формализованный подход к анализу дискретных алгоритмов управления//Вопросы судостроения. Сер. Судовая автоматика. -1983. - Вып. 29. - С. 14-22.

11. Губанов Ю.А., Демченко О.П. Решение задач управления ЭЭС методом контроля узловых напряжэний//Вопросы кораблестроения, Сер. Корабельная автоматика. - 1034. - Вып. 13. - С, 11-19.

12. Губанов Ю.А., Дымент В.А., Маркова О.Л. Использование метода структурного программирования для построения программ управления ЭЭС// Вопросы кораблестроения. Сер. Корабельная автоматика. - 1984. - Вып. 18. -С. 19-30.

13. Губанов Ю.А. Техническая структура и методы синтеза устройств управления ЭЭС. Автореферат и диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. - Л.: ЦНИИ "Аврора". - 1986. - 331 с.

14. Губанов Ю.А., Лебедев A.C., Литовченко А.Ф. Устройство для управления автоматическими выключателями сетей трехфазного тока, A.C. СССР №259113,1037.

15. Губаноз Ю.А., Константиноз В.Н. Область примонвния средств вычислительной техники в системах управления судовыми ЭЭС//Судостроительная промышленность. Сер. Автоматика и телемеханика. -1988. - Вып. 5. - С. 8-17,

16. Губанов Ю.А., Литозченко А.Ф. и др. Анализ опыта разработки, наладки и сдачи системы "Луга-27/Судостроительная промышленность. Сер. Автоматика и телемеханика. - 1988. - Вып. 7. • С. 7-14,

17. Губанов Ю.А., Кононов Ю.Ф. и др. Устройство управления распределением электроэнергии. - A.C. СССР №300394. -1989.

18. Губанов Ю.А., Смирнов В.Г1. Новые возможности в организации представления контрольно-диагностической информации микропроцессорных СУ судовых ЭЭС//Пробломы комплексной автоматизации кораблей. VII Всесоюзная научно-техническая конференция. Сб. тезисов докладов. - Л.: НТО им. акад. А.Н. Крылова. • 1S89. - С. 31.

19. Губаноз (О А. Проектирование и внедрение СУ электроэнергетическими системами кораблей: практический опыт, история, перспективы/ЛОбипейный ипучно-технический сборник "25 лат НПО "Аврора". - С-Пб., 1995. - С. 110-112.

20. Васильев B.C., Губанов ЮА, Миронов С.Г. Бесперебойность, качество питания и защита потребителей в системах централизованного питания КСУ ТС//Ю5илейный ноучно-техничоский сборник "25 лет НПО "Аврора". - С-Пб., 1995. -С.112-113.

21. Васильев B.C., Губанов Ю.А., Черных Н.П. Организация настройки, испытаний и сдачи СУ ТС с учетом проверки их функционирования в условиях снижения качества электроэнергии питающей сети и воздействия импульсных коммутационных перенэлряжений//Юбилейный научно-технический сборник "25 лет НПО "Аврора" - С-Пб., 1995. - С. 113-114.

22. Васильев B.C., Губанов Ю.А., Яковлев В.В. Опыт проведения настройки и испытаний микропроцессорных СУ ЭЭС//Юбилейный научно-технический сборник "25 лет НПО "Аврора". - С-Пб., 1995. - С. 114.

23. Вайнер В.Л., Губанов Ю.А., и др. Диагностика переходов при реализации режимного управления в СУ электроэнергетическими системами/Юбилейный научно-технический сборник "25 лет НПО "Аврора". - С-Пб., 1995.-С. 114.

24. Войтецкий В.В., Губанов Ю.А., Корчанов В.М., Обуховский С.А. Роль комплексной автоматизации корабля в решении проблемы повышения технического уровня корабельных электроэнергетических систем//Пробпемы повышения технического уровня электроэнергетических систем. VI Международная научно-техническая конференция.: - Сб. докл.- С-Пб.: 1998. - С. 9-10.

25. Васильев B.C., Губанов Ю.А. Организация испытаний корабельных систем управпения на функционирование при нормальном и пониженном качестве электроэнергииУ/Проблемы повышения технического уровня электроэнергетических систем. VI Международная научно-техническая конференция.: - Сб. докл.- С-Пб.: 1998. - С. 16.

26. Губанов Ю.А., Залманов С.З., Кузнецов Б.П. Программная реализация функций синхронизации генераторов в корабельных электроэнергетических системах//Проблемы повьшения технического уровня электроэнергетических систем. VI Международная научно-техническая конференция.: - Сб. докл.- СПб.: 1998. - С.24.

27. Губанов Ю.А. ., Миронов С.Г. Системы централизованного бесперебойного питания корабельных электронных комплексов//Проблемы повышения технического уровня электроэнергетических систем. VI Международная научно-техническая конференция.: - Сб. докл.- С-Пб.: 1998. - С. 97.

28. Вайнер В. Л., Губанов Ю.А. Интегральная система управления электроэнергетической системой корабля//Проблемы повышения технического уровня электроэнергетических систем. VI Мегедународная научно-техническая конференция.: - Сб. докл.- С-Пб.: 1998. - С. 96-97.

29. Губанов ЮЛ., Обуховский С.А. Программная реализация систем управления электроэнергетическими системами (СУ ЭЭС): опыт и перспективы// Проблемы повышения технического уровня электроэнергетических систем. VI Международная научно-техническая конференция.: - Сб. докл.- С-Пб.: 1998. -С.98.

30. Губанов Ю.А. Принципы синтеза корабельных интеллектуальных интегрированных электротехнических систем//Третья Международная конференция и выставка по морским интеллектуальным технологиям: Материалы конференции. Тезисы докладов. - С-Пб/. Моринтех, 1999. - С. 98.3-98.4.

31. Вайнер В.Л., Губанов Ю.А. и др. Реализация функциональных устройств управления корабельными электроэнергетическими системами на базе аппарата сканирования мгновенных значений электрических величин//Третья Международная кон-ференция и выставка по морским интеллектуальным технологиям: Материалы конференции. Тезисы докладов. - С-Пб.: Моринтех, 1999.-С. 98.4-98.5.

32. Губанов Ю.А. Принципы синтеза корабельных интеллектуальных интегрированных электротехнических систем/Яретья Международная