DIN EN 16603-60-10-2014 Space engineering - Control performances English version EN 16603-60-10 2014《航天工程 控制性能 英文版本EN 16603-60-10-2014》.pdf

1、Dezember 2014DEUTSCHE NORM DIN-Normenausschuss Luft- und Raumfahrt (NL)Preisgruppe 22DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 49.140!%;M“2244256www.din.deDDIN EN 166

2、03-60-10Raumfahrttechnik Steuerungsleistung;Englische Fassung EN 16603-60-10:2014Space engineering Control performances;English version EN 16603-60-10:2014Ingnierie spatiale Performance de systmes de contrle;Version anglaise EN 16603-60-10:2014Alleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772

3、Berlin www.beuth.deGesamtumfang 64 SeitenDIN EN 16603-60-10:2014-12 2 Nationales Vorwort Dieses Dokument (EN 16603-60-10:2014) wurde vom Technischen Komitee CEN/CLC/TC 5 Raumfahrt“ erarbeitet, dessen Sekretariat vom DIN (Deutschland) gehalten wird. Das zustndige deutsche Normungsgremium ist der Arbe

4、itsausschuss NA 131-10-01 AA Interoperabilitt von Informations-, Kommunikations- und Navigationssystemen“ im DIN-Normenausschuss Luft- und Raumfahrt (NL). Dieses Dokument (EN 16603-60-10:2014) basiert auf ECSS-E-ST-60-10C. Dieses Dokument enthlt unter Bercksichtigung des DIN-Prsidialbeschlusses 1/20

5、04 nur die englische Originalfassung von EN 16603-60-10:2014. Dieses Dokument wurde speziell zur Behandlung von Raumfahrtsystemen erarbeitet und hat daher Vorrang vor jeglicher Europischer Norm, da es denselben Anwendungsbereich hat, jedoch ber einen greren Geltungsbereich (z. B. Luft- und Raumfahrt

6、) verfgt. DIN EN 16603-60-10:2014-12 3 Nationaler Anhang NA (informativ) Begriffe, Symbole und Abkrzungen 3 Begriffe, Symbole und Abkrzungen 3.1 Begriffe aus anderen Normen Fr die Anwendung dieses Dokuments gelten die Begriffe der ECSS-S-ST-00-01, insbesondere folgende Begriffe: Fehler Leistung Unsi

7、cherheit 3.2 Fr diese Norm spezifische Begriffe1)3.2.1 absoluter Wissensfehler (AKE) Schwankungswert des Wissensfehlers zu einer bestimmten Zeit ANMERKUNG 1 Dies wird ausgedrckt durch: )()(KtetAKE = ANMERKUNG 2 Siehe Anhang A.1.3 zur Festlegung von Anforderungen an Wissensfehler. 3.2.2 absoluter Lei

8、stungsfehler (APE) Schwankungswert des Leistungsfehlers zu einer bestimmten Zeit ANMERKUNG 1 Dies wird ausgedrckt durch: )()( tetAPEP= 3.2.3 Fehlerindex Parameter, der einen speziellen Aspekt der Zeitschwankung eines Leistungs- oder Wissensfehlers isoliert ANMERKUNG 1 Ein Leistungsfehlerindex wird a

9、uf die Abweichung der (gewnschten) Ausgabe des Systems von der tatschlichen Systemausgabe angewandt. ANMERKUNG 2 Ein Wissensfehler wird auf die Abweichung der tatschlichen Ausgabe des Systems von der bekannten (geschtzten) Systemausgabe angewandt. ANMERKUNG 3 Die gebruchlichsten Indizes werden in di

10、esem Abschnitt festgelegt (APE, RPE, AKE usw.). Die Liste ist nicht einschrnkend. 1) Vorbemerkung: Die in 3.2 eingefhrten Fehlersignale sind sehr allgemein gehalten. Sie stellen jede physikalische Gre dar (z. B. Fluglage, Temperatur, Druck, Position usw.). Je nach Situation und Art des Steuerungssys

11、tems sind sie skalar oder mehrdimensional.DIN EN 16603-60-10:2014-12 4 3.2.4 einzelne Fehlerquelle elementare physikalische Eigenschaft oder Prozess, erzeugt durch eine eindeutigen Quelle, die einen Leistungs- oder Wissensfehler verursacht ANMERKUNG 1 Beispielsweise Rauschen des Sensors, systematisc

12、her Fehler (Bias) des Sensors, Rauschen des Bedienelementes, systematischer Fehler (Bias) des Bedienelementes, Strkrfte und -drehmomente (z. B. Mikrovibrationen, Rangieren, externe oder interne Bewegung des Teilsystems), Reibungskrfte und Drehmomente, Versatz, Wrmeverzug, digitale Quantisierung, Reg

13、elgte-Algorithmus (bleibende Regelabweichung), Jitter usw. 3.2.5 Wissensfehler Abweichung der bekannten (geschtzten) Systemausgabe von der tatschlich erreichten Ausgabe ANMERKUNG 1 Wird abgekrzt durch eK. ANMERKUNG 2 Normalerweise ist dies zeitabhngig. ANMERKUNG 3 Manchmal auch irritierend als Messf

14、ehler“ bezeichnet, obwohl die Benennung tatschlich allgemeiner gefasst ist, als bei einer direkten Messung. ANMERKUNG 4 Fr die Parameterdarstellung des Wissensfehlers sind abhngig vom System verschiedene Quantitten relevant. Das Gleiche gilt fr den Leistungsfehler. Die Entscheidung fr die geeignetst

15、e bedarf eines guten Urteilsvermgens. ANMERKUNG 5 Beispiel: Der Unterschied zwischen der tatschlichen und der bekannten Ausrichtung eines Bezugssystems kann durch Verwendung der Eulerschen Winkel zur Transformation des Bezugssystemes oder dem Winkel zwischen der tatschlichen und der bekannten Ausric

16、htung eines bestimmten Vektors innerhalb dieses Bezugs-systems parametrisiert werden. 3.2.6 mittlerer Wissensfehler (MKE) mittlerer Wert des Wissensfehlers ber ein festgelegtes Zeitintervall ANMERKUNG 1 Dies wird ausgedrckt durch: dttettetMKEt)(1)()(KK=ANMERKUNG 2 Siehe A.1.4 zur Festlegung des Inte

17、rvalls t und A.1.3 zur Festlegung der Anforderungen an den Wissensfehler. 3.2.7 mittlerer Leistungsfehler (MPE) mittlerer Wert des Leistungsfehlers ber ein festgelegtes Zeitintervall ANMERKUNG 1 Dies wird ausgedrckt durch: dttettetMPEtPP)(1)()(=ANMERKUNG 2 Siehe A.1.4 zur Festlegung des Intervalls t

18、. DIN EN 16603-60-10:2014-12 5 3.2.8 Fehler der Leistungsabweichung (PDE) Differenz der Mittelwerte des Leistungsfehlers, die ber zwei Zeitintervalle innerhalb eines Beobachtungszeitraums gemessen werden ANMERKUNG 1 Dies wird ausgedrckt durch: dttetdttettetettPDEtPtPPP)(1)(1)()(),(12121221= ANMERKUN

19、G 2 Dabei sind die Zeitintervalle t1 und t2durch ein Zeitintervall ungleich Null tPDEgetrennt. ANMERKUNG 3 Die Dauer von t1und t2ist ausreichend lang, um kurzfristige Beitrge zu mitteln. Im Idealfall haben sie die gleiche Dauer. Siehe A.1.4 zur weiteren Errterung der Wahl von t1, t2, tPDE. ANMERKUNG

20、 4 Die zwei Intervalle t1und t2liegen innerhalb eines Beobachtungszeitraumes. 3.2.9 Leistungsfehler Unterschied zwischen der (gewnschten) Ausgabe des Systems und der tatschlich erreichten Ausgabe ANMERKUNG 1 Wird gekennzeichnet durch eP. ANMERKUNG 2 Normalerweise ist dies zeitabhngig. ANMERKUNG 3 Fr

21、 die Parameterdarstellung des Leistungsfehlers sind abhngig vom System verschiedene Quantitten relevant. Die Entscheidung fr die geeignetste bedarf eines guten Urteilsvermgens. ANMERKUNG 4 Beispiel: Der Unterschied zwischen der gewnschten und der tatschlichen Ausrichtung eines Bezugssystems kann anh

22、and der Eulerschen Winkel zur Transformation des Bezugssystems oder dem Winkel zwischen der gewnschten und der tatschlichen Ausrichtung eines bestimmten Vektors innerhalb dieses Bezugssystems parametrisiert werden. 3.2.10 Fehler der Leistungsreproduzierbarkeit (PRE) Differenz aus den Mittelwerten de

23、s Leistungsfehlers, die ber zwei Zeitintervalle innerhalb verschiedener Beobachtungszeitrume gemessen werden ANMERKUNG 1 Dies wird ausgedrckt durch: dttetdttettetettPREtPtPPP)(1)(1)()(),(12121221= ANMERKUNG 2 Dabei sind die Zeitintervalle t1und t2durch ein Zeitintervall tPREgetrennt. ANMERKUNG 3 Die

24、 Dauer von t1und t2ist ausreichend lang, um kurzfristige Beitrge zu mitteln. Im Idealfall haben sie die gleiche Dauer. Siehe A.1.4 zur weiteren Errterung der Wahl von t1, t2und tPRE. ANMERKUNG 4 Die zwei Intervalle t1und t2liegen innerhalb verschiedener Beobachtungszeitrume. ANMERKUNG 5 Die mathemat

25、ischen Definitionen der Indizes von PDE und PRE sind identisch. Der Unterschied liegt in der Verwendung: PDE wird verwendet um die Abweichung des Leistungsfehlers whrend eines langen Beobachtungszeitraums zu quantifizieren, whrend PRE verwendet wird, um die Genauigkeit mit der eine Beobachtung zu ei

26、nem spteren Zeitpunkt wiederholt werden kann, zu quantifizieren. DIN EN 16603-60-10:2014-12 6 3.2.11 relativer Wissensfehler (RKE) Differenz aus dem momentanen Wissensfehler zu einem bestimmten Zeitpunkt und seinem Mittelwert ber ein Zeitintervall, das diesen Zeitpunkt enthlt ANMERKUNG 1 Dies wird a

27、usgedrckt durch: dttettetetettRKEt)(1)()()(),(kKKK= tt ANMERKUNG 2 Wie hier angegeben ist die genaue Beziehung zwischen t und t nicht klar definiert. Je nach System, kann es geeignet sein diese genauer zu spezifizieren: z. B. wird t zufllig innerhalb t gewhlt, oder t befindet sich am Ende von t. Sie

28、he A.1.4 zur Festlegung des Intervalls t und A.1.3 zur Festlegung der Anforderungen an den Wissensfehler. 3.2.12 relativer Leistungsfehler (RPE) Differenz aus dem momentanen Leistungsfehler zu einem bestimmten Zeitpunkt und seinem Mittelwert ber ein Zeitintervall, das diesen Zeitpunkt enthlt ANMERKU

29、NG 1 Dies wird ausgedrckt durch: dttettetetettRPEtPPPP)(1)()()(),(= tt ANMERKUNG 2 Wie hier angegeben ist die genaue Beziehung zwischen t und t nicht klar definiert. Je nach System, kann es geeignet sein diese genauer zu spezifizieren: z. B. wird t zufllig innerhalb t gewhlt, oder t befindet sich am

30、 Ende von t. Siehe A.1.4 zur weiteren Errterung. 3.2.13 Robustheit Fhigkeit eines gesteuerten Systems manche Leistungs- oder Stabilittseigenschaften in einer Anlage, in Sensoren, Bedienelementen und/oder umgebungsbedingten Unsicherheiten aufrechtzuerhalten ANMERKUNG 1 Die Robustheit der Leistung ist

31、 die Fhigkeit die Leistung in Anwesenheit von festgelegten begrenzten Unsicherheiten zu erhalten. ANMERKUNG 2 Die Robustheit der Stabilitt ist die Fhigkeit die Stabilitt in Anwesenheit von festgelegten begrenzten Unsicherheiten zu erhalten. 3.2.14 Stabilitt Fhigkeit eines Systems, das begrenzten ext

32、ernen Strgren unterliegt, auf unbestimmte Zeit in einem begrenzten Bereich um eine Gleichgewichtslage oder in einer Gleichgewichtsbahn zu verbleiben 3.2.15 Stabilittsreserve maximale Abweichung einiger Parameter, die ein gegebenes Steuerungssystem beschreiben, bei der das System stabil bleibt ANMERK

33、UNG 1 Die in der klassischen Steuerungstechnik am hufigsten definierten Stabilittsreserven sind die Amplitudenreserve, die Phasenreserve, die Modulreserve und weniger hufig die Totzeitreserve (siehe Abschnitt 5 dieser Norm). DIN EN 16603-60-10:2014-12 7 3.2.16 statistische Gruppe Reihe aller physika

34、lisch mglichen Kombinationen von Parameterwerten, die ein Steuerungssystem beschreiben ANMERKUNG 1 Zum Beispiel: Bei Betrachtung der Lagedynamik eines Raumflugkrpers, schlieen diese Parameter Masse, Trgheiten, modale Koppelfaktoren, Eigenfrequenzen und Dmpfungsgrade des Anhngermodus, die Standard-ab

35、weichung des Sensorrauschens usw. mit ein. Dies bedeutet, dass alle physikalischen Parameter sich potenziell auf die Leistung des Systems auswirken knnen. 4 Abkrzungen Die folgenden Abkrzungen sind festgelegt und werden in diesem Dokument verwendet: Abkrzung Bedeutung AKE absoluter Wissensfehler (en

36、: absolute knowledge error) APE absoluter Leistungsfehler (en: absolute performance error) LTI lineares zeitinvariantes System (en: linear time invariant) MIMO Mehrgrensystem (en: multiple input multiple output) MKE mittlerer Wissensfehler (en: mean knowledge error) MPE mittlerer Leistungsfehler (en

37、: mean performance error) PDE Fehler der Leistungsabweichung (en: performance drift error) PDF Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion (en: probability density function) PRE Fehler der Leistungsreproduzierbarkeit (en: performance reproducibility error) RKE relativer Wissensfehler (en: relative knowledge e

38、rror) RMS quadratischer Mittelwert (en: root mean square) RPE relativer Leistungsfehler (en: relative performance error) RSS geometrische Summe (en: root sum of squares) SISO Eingrensystem (en: single input single output) DIN EN 16603-60-10:2014-12 8 Leerseite EUROPEAN STANDARD NORME EUROPENNE EUROP

39、ISCHE NORM EN 16603-60-10 September 2014 ICS 49.140 English version Space engineering - Control performances Ingnierie spatiale - Performance de systmes de contrle Raumfahrttechnik - Steuerungsleistung This European Standard was approved by CEN on 1 March 2014. CEN and CENELEC members are bound to c

40、omply with the CEN/CENELEC Internal Regulations which stipulate the conditions for giving this European Standard the status of a national standard without any alteration. Up-to-date lists and bibliographical references concerning such national standards may be obtained on application to the CEN-CENE

41、LEC Management Centre or to any CEN and CENELEC member. This European Standard exists in three official versions (English, French, German). A version in any other language made by translation under the responsibility of a CEN and CENELEC member into its own language and notified to the CEN-CENELEC M

42、anagement Centre has the same status as the official versions. CEN and CENELEC members are the national standards bodies and national electrotechnical committees of Austria, Belgium, Bulgaria, Croatia, Cyprus, Czech Republic, Denmark, Estonia, Finland, Former Yugoslav Republic of Macedonia, France,

43、Germany, Greece, Hungary, Iceland, Ireland, Italy, Latvia, Lithuania, Luxembourg, Malta, Netherlands, Norway, Poland, Portugal, Romania, Slovakia, Slovenia, Spain, Sweden, Switzerland, Turkey and United Kingdom. CEN-CENELEC Management Centre: Avenue Marnix 17, B-1000 Brussels 2014 CEN/CENELEC All ri

44、ghts of exploitation in any form and by any means reserved worldwide for CEN national Members and for CENELEC Members. Ref. No. EN 16603-60-10:2014 EEN 16603-60-10:2014 (E) 2 Table of contents Foreword 5 Introduction 6 1 Scope . 7 2 Normative references . 8 3 Terms, definitions and abbreviated terms

45、 9 3.1 Terms from other standards 9 3.2 Terms specific to the present standard . 9 3.3 Abbreviated terms. 14 4 Performance requirements and budgeting 15 4.1 Specifying a performance requirement . 15 4.1.1 Overview . 15 4.1.2 Elements of a performance requirement . 16 4.1.3 Elements of a knowledge re

46、quirement 16 4.1.4 Probabilities and statistical interpretations . 17 4.2 Use of error budgeting to assess compliance . 17 4.2.1 Scope and limitations 17 4.2.2 Identification and characterisation of contributors 18 4.2.3 Combination of contributors 19 4.2.4 Comparison with requirement . 21 5 Stabili

47、ty and robustness specification and verification for linear systems 23 5.1 Overview 23 5.2 Stability and robustness specification . 24 5.2.1 Uncertainty domains . 24 5.2.2 Stability requirement . 26 5.2.3 Identification of checkpoints 26 5.2.4 Selection and justification of stability margin indicato

48、rs . 27 5.2.5 Stability margins requirements 27 5.2.6 Verification of stability margins with a single uncertainty domain . 28 DIN EN 16603-60-10:2014-12 EN 16603-60-10:2014 (E) 3 5.2.7 Verification of stability margins with reduced and extended uncertainty domains 28 Annex A (informative) Use of per

49、formance error indices . 29 A.1 Formulating error requirements. 29 A.1.1 More about error indices . 29 A.1.2 Statistical interpretation of requirements . 30 A.1.3 Knowledge requirements. 32 A.1.4 Specifying the timescales for requirements . 32 A.2 More about performance error budgets . 34 A.2.1 When to use an error budget . 34 A.2.2 Identifying and quantify