Ученые ПНИПУ нашли способ улучшить систему автоматического управления космических аппаратов

Система автоматического управления применяется в нефтехимической, металлургической, энергетической, фармацевтической и других отраслях промышленности. Она позволяет получить данные об объекте и формирует нужную реакцию, обеспечивая стабильную работу устройства. Считывание информации происходит за счет датчиков. Сигнал с них затем необходимо перевести в цифровой код с помощью аналого-цифрового преобразователя. Внутри него находятся нейроны, которые и отвечают за этот процесс. При поломке одного из них требуется починка, однако это не всегда возможно в труднодоступных для обслуживания местах, например, в космосе. Так, на искусственных спутниках Земли нельзя моментально восстановить систему автоуправления. Ученые Пермского Политеха предлагают снизить риск отказа оборудования, сделав так, чтобы измерительные нейроны самостоятельно диагностировали у себя поломку и «решали», кто из них встанет на замену дефектному компоненту. Они разработали прототип такого прибора, который в будущем позволит повысить отказоустойчивость всей системы.

Разработка представлена в рамках конкурса исследований, выполненных в научно-исследовательских лабораториях и студенческих конструкторских бюро.

За сбор данных для системы автоматического управления отвечает аналого-цифровой преобразователь. Это устройство с помощью измерительных компонентов переводит физические величины (температуру, давление, звук и др.) на цифровой язык. Информация поступает на датчики, которые превращают ее в электрический сигнал и подают нейронам в преобразователе, а уже там происходит «перевод» данных в код, понятный системе управления. В основе всего этого лежит интегральная микросхема (чип на плате) наподобие микропроцессора, что есть в каждом компьютере.

Так, например, работает климат-контроль: аналоговый сигнал в данном случае — это уровень температуры. Датчики считывают ее и передают на преобразователь, где его нейроны «объясняют» управляющей системе, какая температура в помещении. Если она выше допустимой, включается охлаждение воздуха.

При поломке одного из измерительных компонентов система автоматического управления перестает функционировать верно. В связи с этим требуется увеличение ее отказоустойчивости. Особенно это касается применения в труднодоступных для обслуживания местах, например, беспилотных летательных аппаратах и искусственных спутниках.

Ученые Пермского Политеха разработали прототип технологии с самозаменяющимися измерительными нейронами. Это снизит риск поломки систем автоуправления и увеличит срок службы устройства, независимо от его местонахождения.

— Для повышения срока эксплуатации аналого-цифрового преобразователя в качестве измерительного элемента мы предлагаем использовать сеть нейронов, которые могут перестраиваться и заменять друг друга в случае возникновения отказа в одном из них. Сеть сама проведет перестановку, используя дополнительные связи между ними. Это позволит исключить некорректно работающие элементы за счет внедренных алгоритмов самодиагностики, — рассказывает Илья Артемьев, студент кафедры «Автоматика и телемеханика» ПНИПУ .

— Сейчас макет разработки состоит из дискретной платы, на которой можно проверить эффективность технологии. Мы полагаем, что из-за перестановки нейронов наша разработка может тратить на измерение на 50% больше времени, чем обычный преобразователь. Но этот недостаток успешно компенсируется тем, что в нашем случае один и тот же сигнал параллельно измеряется несколькими нейронами. Пока один из них перестраивается, второй продолжает работать, обеспечивая функционирование всего преобразователя. Мы настроили и отладили программную часть, но для полноценной работы в конечном счете должна получиться интегральная схема, — комментирует Антон Посягин, доцент кафедры «Автоматика и телемеханика» ПНИПУ, кандидат технических наук .

Созданный учеными ПНИПУ макет — основа дальнейшей разработки, которую можно будет использовать в разных системах автоматического управления, например, в беспилотных летательных аппаратах, искусственных спутниках Земли и других промышленных объектах. Внедрение аналого-цифрового преобразователя с самозаменяющимися нейронами позволит сократить риск отказа оборудования.