APPLICATION OF THE METHOD OF LOAD TESTING WITH GROUND experimental METHOD of CONTROL UNITS OF antenna GUIDANCE system

Full Text

Введение. Акционерное общество «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» обладает производственными возможностями, позволяющими осуществлять полный цикл создания космического аппарата (КА) с требуемым качеством от проектирования до сдачи заказчику летных образцов после полного цикла наземных испытаний. Под испытанием подразумевается определение одной или нескольких характеристик продукции согласно установленной процедуре [1]. В процессе создания космических аппаратов, имеющих в своем составе сложные системы, одним из основных этапов является наземная экспериментальная отработка (НЭО), которая предназначена для полной и всесторонней проверки работоспособности всех систем КА. Целью НЭО является проверка правильности применённых при проектировании технических решений, отработка и проверка функционирования систем в условиях, близких к эксплуатационным. Объём и порядок проведения испытаний КА и его систем определяется государственными и отраслевыми нормативными документами с учётом тщательного анализа функционального назначения, требований к параметрам и характеристикам, условий эксплуатации, нештатных ситуаций, которые могут возникнуть на стадии эксплуатации. Объём испытаний зависит также от степени новизны. В целях качественного проведения отработки прибора HЭO проводят в два этапа: - автономная отработка; - отработка в составе системы и изделия (комплексная отработка). 1. Испытания проводятся в порядке, определенном соответствующими регламентами. 2. Несмотря на проведение всего комплекса процедур, которые могут включать с себя испытания на механические воздействия, сохранение работоспособности при имитации отказов (для аппаратуры с «горячим» резервированием), испытания на воздействие циклического изменения пониженной и повышенной температуры, в том числе в условиях вакуума [2], функциональный анализ, анализ надежности, единичные кратковременные сбои могут выявляться только на последних стадиях НЭО. Система наведения антенн состоит из блока управления и блока механического. Рассматриваемая в статье проблема была выявлена при испытаниях блока управления системы наведения антенн, поэтому далее будет описание именно этого прибора и, в частности, тех функциональных частей прибора, в которых и возможна ситуация кратковременного сбоя приема команд управления. Блок управления системы наведения антенн. Блок управления системы наведения антенн (БУ СНА) предназначен: - для приема и исполнения команд управления; - приема и исполнения команд, поступающих по магистрали мультиплексного канала обмена (МКО); - формирования и выдачи по магистрали МКО информационных кодов о состоянии своих функциональных элементов; - формирования и выдачи по магистрали МКО информационных кодов, соответствующих токам двигателей, температуре БУ СНА и блока механического системы наведения антенн (БМ СНА); - автономного управления электрообогревателями БУ СНА и БМ СНА по информации с термодатчиков; - формирования напряжения питания для датчиков угла БМ СНА; - формирования и выдачи по магистрали МКО информационных кодов, соответствующих углам поворота роторов датчиков угла БМ СНА; - выполнения команд управления по формату 4 согласно [3]. В БУ СНА можно выделить следующие функциональные блоки: модуль преобразования информации (МПИ) в составе блока управления приводами (БУП), блок управления двигателями (БУД) и блок преобразования угла (БПУ). Функциональная схема БУ СНА изображена на рис. 1. Модуль преобразования информации (МПИ) выполняет следующие функции: - прием команд управления, поступающих по магистрали МКО; - формирование и выдача по магистрали МКО информационных кодов о состоянии БУД, БПУ и электрообогревателей; - формирование и выдача по магистрали МКО информационных кодов, соответствующих токам двигателей, углам поворота посадочной плоскости под антенну, температуре БУ СНА и БМ СНА; - автономное управление электрообогревателями БУ СНА и БМ СНА по информации с термодатчиков; - подключение электрообогревателей БУ СНА и БМ СНА к цепям питания. Блок преобразования угла (БПУ) преобразует сигналы с первичного датчика угла вращающегося трансформатора в цифровой код для дальнейшей обработки его МПИ. Аналого-цифровой преобразователь под управлением микроконтроллера преобразует напряжения в цифровой код и передает их в микроконтроллер для обработки. Полученные коды напряжений обрабатываются с целью исключения паразитных гармоник. Время обработки составляет не более 50 мс. 3. Выявление кратковременного сбоя при передаче команд. При данном построении БУ СНА возможен сбой при приёме команд управления, который не выявлялся явно при принятой методике проведения НЭО и потребовал использования новых подходов. Это было очень редкое, неповторяющееся и не зависящее от внешних факторов явление. Для выяснения причин появления такого сбоя было принято решение проведения нагрузочного тестирования прибора. Рис. 1. Функциональная схема блока управления системы наведения антенн: МКО - мультиплексный канал обмена; МПИ - модуль преобразования информации; БУП - блок управления приводами; БУД - блок управления двигателями; БПУ - блок преобразования угла; БМ СНА - блок механический системы наведения антенн; БУ СНА - блок управления системы наведения антенн 4. Нагрузочное тестирование - процесс анализа производительности тестируемой системы под воздействием нагрузок. Нагрузочное тестирование можно проводить несколькими способами: путем измерения производительности каждого компонента либо экспериментируя с большой совокупностью тестовых данных при обычном использовании системы. Цель тестов - распознать критические места, где может возникнуть перегрузка, и потратить время на оптимизацию этих мест [4-12]. Данный вид тестирования является очень ресурсоёмким, поэтому подготовка к такому виду тестирования разделилась на 2 этапа: 1) разработка тестового программного обеспечения и отработка на имитационной модели; 2) проведение испытаний на реальном приборе. Исследование проводилось на измерение показателей прохождения команд в зависимости от частоты выдачи команд и их количества. Условия испытаний на программной модели и реальном приборе были одинаковые. Тестовое программное обеспечение (ТПО) для проведения испытаний позволяет выдавать команды на изменение кода управляющей частоты в цикле из 21 команды. Реализована возможность однократной и двукратной выдачи команд в соответствии с [3]. Двукратная выдача команд на изменение кода управляющей частоты состоит из цепочки двух команд на изменение кода управляющей частоты с минимальным интервалом между ними в соответствии с п. 4.5.3.1 [3]. Для проверки и отладки ТПО без использования реального прибора и сохранения требуемого для эксплуатации ресурса прибора была разработана программная имитационная модель БПУ. Данная модель позволяет изменять угол поворота антенн, имитировать различные виды неисправностей, что дает возможность всесторонней отладки ТПО, изучения и подтверждения адекватного поведения ТПО при возникновении неисправности в приборе. Испытания с имитационной моделью показали, что ТПО корректно выдает команды, считывает и обрабатывает данные с прибора (имитационной модели) и отображает необходимую информацию о ходе проверки. Объем и условия проведения испытаний. Испытания проводились на рабочем месте автономной отработки БУ СНА, изображенном на рис. 2. Рабочее место состоит из персонального компьютера (ПК), устройства сопряжения с объектом контроля (УСОК) и испытуемого БУ СНА. Для информационного обмена между ПК и УСОК используются следующие платы: TE1-PCI, поддерживающая протокол МКО, PCI-1710 и PCI-7250 с цифровым и аналоговым вводом-выводом [13-15]. Испытания на реальном приборе проводились в нормальных условиях при номинальном напряжении питания. Основные этапы тестирования имели следующие пункты: - п. 1: выдавалось 4100 циклов команд на изменение кодов управляющей частоты; каждый цикл содержал по 21 команде на изменение кода управляющей частоты от -10 до +10 Гц с шагом 1 Гц, пауза между отправкой команд 100 мс; - п. 2: выдавалось 4100 циклов двукратной выдачи кода управляющей частоты; каждый цикл содержал по 21 команде на изменение кода управляющей частоты от -10 до +10 Гц с шагом 1 Гц, пауза между отправкой команд 100 мс; - п. 3: выдавалось 6500 циклов команд на изменение кодов управляющей частоты; каждый цикл содержал по 21 команде на изменение кода управляющей частоты от -10 до +10 Гц с шагом 1 Гц, пауза между отправкой команд 15 мс; - п. 4: выдавалось 6500 циклов двукратной выдачи кода управляющей частоты; каждый цикл содержал по 21 команде на изменение кода управляющей частоты от -10 до +10 Гц с шагом 1 Гц, пауза между отправкой команд 15 мс. Для тестирования выбрано два вида пауз между отправкой команд: 100 мс и 15 мс. Этот выбор обусловлен тем, что время обработки данных с БПУ составляет не более 50 мс. 100 мс - время заведомо большее времени обработки данных, поэтому, по теории вероятностей, сбои должны случаться редко, а 15 мс - время существенно меньшее времени обработки данных, поэтому сбои должны быть чаще. Перед испытаниями были выдвинуты следующие возможные причины сбоев: - команда поступает во время обработки данных с БПУ; - ошибка в программном обеспечении МПИ. Результаты испытаний. Результаты испытаний приведены в таблице. Во время испытаний постоянно автоматически ведётся протокол испытаний и протокол данных, передаваемых по МКО. Протокол испытаний состоит из поля со временем в формате hh:mm:ss.zzz и данных о приборе и состоянии рабочего места, таких как: - действия, выполняемых с прибором; - состояния плат передачи данных; - ответы с прибора, содержащих признаки сбоев, например, «нет ответного слова» при передаче данных по МКО. Протокол данных, передаваемых по МКО, состоит из поля со временем в формате hh:mm:ss.zzz и самих данных, передаваемых с прибора. Данные состоят из командного слова и слов данных. В словах данных передаются: - состояния БУД; - состояния БПУ; - коды параметров прибора; - технологическая информация с БПУ; - технологические данные с контроллера МКО; - признак неисправности ОЗУ БУ СНА. Рис. 2. Структура рабочего места автономной проверки БУ СНА Результаты нагрузочного тестирования № п/п Количество циклов Однократная/двукратная выдача команды Количество сбоев Пауза между отправками команд, мс 1 4100 Однократная 1 100 2 4100 Двукратная 0 100 3 6500 Однократная 61 15 4 6500 Двукратная 0 15 После анализа полученных протоколов и результатов испытаний были сделаны выводы, что сбои при передаче команд происходят, когда прибор обрабатывает данные, поступающие с БПУ, и приход новой команды происходит во время установки признака «абонент занят» в соответствии с ГОСТ Р 52070-2003. В протоколе испытаний фиксировался признак «нет ответного слова», в это же время в протоколе данных, передаваемых по МКО, фиксировалось отсутствие запрашиваемых данных с прибора и выставление признака «абонент занят». При двукратной выдаче команд по [3] сбоев не наблюдается. Это связано с тем, что команды выдаются друг за другом с небольшим интервалом времени и вероятность двойного попадания на признак «абонент занят» близка к нулю. Версия о том, что команда поступает во время обработки данных с БПУ, подтвердилась. Заключение. БУ СНА, разработанный по описанному принципу, используется во многих современных КА. Но в результате НЭО были выявлены особенности взаимодействий составных частей прибора, которые необходимо учитывать при проверке и эксплуатации прибора. Стандартными видами тестирования не всегда удаётся выявить кратковременные сбои. Метод нагрузочного тестирования раньше не применялся при НЭО приборов. Данный эксперимент показал, что для выявления причин кратковременных сбоев этот метод оказался очень эффективен. Он позволил подтвердить наличие сбоя, найти причину сбоя и варианты решения. Данную особенность работы прибора можно устранить либо доработкой прибора, либо доработкой программного обеспечения системы наведения антенн в части двукратной выдачи команды. Второй вариант является менее затратным и используется при доработке СНА, уже прошедших НЭО и даже находящихся в эксплуатации, если предусмотрена возможность корректировки программного обеспечения на космическом аппарате.

About the authors

G. V. Kudryashova

JSC “Information Satellite System” named after academician M. F. Reshetnev”

Email: kudryashgv@mail.ru
52, Lenin St., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russion Rederation

D. A. Babanov

JSC “Information Satellite System” named after academician M. F. Reshetnev”

52, Lenin St., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russion Rederation

A. T. Galimzyanov

JSC “Information Satellite System” named after academician M. F. Reshetnev”

52, Lenin St., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russion Rederation

References

Supplementary files