Введение к работе
Актуальность проблемы. Повышение роли операторов, связанных с управлением все усложняющимися динамическими объектами, остро ставит проблему совершенствования методических и технических средств профессионального отбора и подготовки операторов. Одним из наиболее эффективных средств формирования и развития знаний и профессиональных навыков, необходимых оператору в реальных условиях деятельности, являются комплексы имитации полета и тренажеры, которые получили наибольшее применение в авиации и космонавтике. Основное назначение этих комплексов состоит в обеспечении на земле реальной динамической обстановки натурного полета с наибольшей достижимой точностью для оценивания качества и моделей динамики бортовых измерительных и управляющих комплексов, а также поведенческих функций членов экипажей в стохастически возмущаемом полете. Кроме того, штатные системы указанных имитаторов полета и тренажеров должны обеспечивать информацией процессы аттестации качества как бортового оборудования, так и обучения выполнению профессиональных, функций членов экипажей.
Вопросам разработки и совершенствования авиационных н космических HMfrra-торов полета, моделирующих комплексов и тренажеров посвящены труды: Г.Т.Берегового, А.Н.Базилевского, Л.Н. Блохина, М.Л.Галлая, Ю.Н.Глазкова, ВА.Горячева, С.Г. Даревского, И.Д.Кочубиевского, А.А. Красовского, П.Ф. Клубниклна, Л.И.Кухтенко, А.В.Кудинеико, М.А.Котика, В.В.Павлова, Б.Н.Петрова, В.А.Пономареико, И.Н.Почкаева, В.И.Садовиичего, Р.И.Сольни-цева, А.Г.Шевелева, В.Е.Шукшунова и др.
Динамические стенды современных имитаторов полета и тренажеров представляют собой сложные многомерные системы с недостаточно изученными (часто неизвестными) перекрестными связями и сопровождающими движение возмущающими факторами. Вектор программных сигналов - стохастический многомерный процесс. Его динамические характеристики, как правило, Точно неизвестны даже разработчикам объектов. Результат традиционного (без научного сопровождения) подхода к созданию комплексов имитации полета и тренажеров - грубо собранные сложные конструкции, хотя и принципиально отвечающие своему назначению, но не обеспечивающие конкурентоспособного уровня качества имитации. При этом законы управления в многомерном контуре имитации или в контурах управления подвижностью научно не обосновываются, выбираются на основе предшествующего опыта. Такие имитаторы полета - не конкурентоспособны.
По требованиям Doc. ICAO 9625-AN/938, 1995 г. необходимо точное моделирование характеристик летательных аппаратов, особенно на переходных режимах. Так, например, допустимое запаздывание в системах подвижности современных имитаторов полета и тренажеров не должно превышать 0,1-0,15 секунды, в то время, как в современных отечественных имитаторах оно иожег составлять единицы секунд. В связи с этим возникла швестная общая научно-техническая проблема максимизации точности управления возмущаемым полетом, протекающим в стохастических условиях. Научные и технические сложности обсуждаемой проблемы связаны, в первую очередь, с особенностями процессов управления подвижными объектами, динамикой самих управляемых объектов и стохастическими условиями их движения. Главной стороной качества комплексов имитации полета является точность моделирования предписанных движений. Выбор оптимального управления комплексами имитации, который составляет основу предлагаемых процессов модернизации, должен производиться в первую очередь из условий достижения наивысшего качества имитации в конкретных обстоятельствах движения.
Существующие комплексы имитации и тренажеры не отвечают возросшим требованиям по качеству имитации возмущенного полета. И в то же время отсутствует единая методологическая база создания новых (модернизации существующих) комплексов имитации стохастически возмущаемого полета и тре-нажщюв, отвечающих современным требованиям, поэтому на повестку дій поставлена важная прикладная научно-техническая проблема: разработать конце-пшпо и методологию создания новых оптимальных и модернюашш существующих комплексов иміпащш авнашюшіьп и авиакосмических стохастически
возмущаемых полетов и тренажеров с целью достижения наивысших рубскей качества имитации.
Методы неследоваївій. Для решения сформулированной проблемы в работе использованы методы современной теории управления, статистической динамики систем управления подвижными объектами, теорий идентификации и оценивания, математического и имитационного моделирования, прикладной теории случайных процессов. Диссертационные исследования базируются на аналитических и экспериментальных этапах работы.
Научная новшна. Автором получены и изложены в диссертационной работе такие научные результаты:
поставлена и сформулирована комплексная научно-техническая проблема по разработке концепции и ыетодолопш создания новых оптимальных и модернизации существующих комплексов имитации авиационных и авиакосмических стохастически возмущаемых полетов и тренажеров с целью достижения наивысших рубежей качества имитации и составляющие ее проблемы;
определены основные пути решения сформулированных проблем, а также содержание, методология проведения и последовательность определяющих этапов решения;
как пример, поясняющий эффективность избранного подхода, поставлены,
сформулированы, решены и реализованы на уникальном имитаторе аэрокос
мического полета научно-технические проблемы по разработке концепции II
методологии создания новых оптимальных и модернизации существующих
комплексов имитации авиационных и аэрокосм нческнх имитаторов полета и
тренажеров и методологии оптимальной модернизации управления системой
подвижности в указанных комплексах имитации, как одна id главных состав
ляющих сформулированной выше комплексной проблемы; .
разработаны подход м наукоемкие технологии, позволяющие эффективно соз
давать оптимальные новые и оптимальным образом модернизировать управ
ление существующими подвижными комплексами, которым гарантируется до
стижение на практике наивысших рубежей качества имитации реальных сто
хастических условий эксплуатации.
Свяіь работы с научными программами, ила тми, темами. Работа проводилась в рамках научно-исследовательских тем, которые выполнялись по постановлениям Правительства (Шифры: "Небоскреб-!", "Окоп-2"); в рамках Целевой комплексной программы развития транспортного комплекса Украины "Транспорт"; Национальной космической программы Украины "Космическнй транспорт" (п,09.09.30.20.209 КТ); программы конверсии производства Мин-машпрома Украины (Шифр "Кварц-1"); межотраслевой программы "Разработка и осуществление средств, материалов и ресурсосберегающих технологий эффективности эксплуатации гражданской н военной авиации Украины (Шифр 3.8. "Экспертиза"). Основные результаты диссертационных исследований внедрены в Центре подготовки космонавтов нм.ЮА.Гагарнна при модернизации имитатора аэрокосмического полета на базе четырехстепенной центрифуги ЦФ-18, на А.НТК "Антонов" и Киевском Государственной заводе автоматики иы ПИ.Петровского. Внедрение подгветждено актом и протоколом
межведомственных испытаний и актами внедрения. Цикл научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ "Разработка методологии создания оптимальных и модификации существующих имитаторов аэрокосмического возмущенного полета и оптимальных систем стабилизации движением объектов" отмечен Премией имени М.К.Янгеля Национальной Академии Наук Украины за 1995 год.
Практически ценность. Главное направление практического применения диссертационной работы факт использования разработанных методологии и наукоемких технологий для процессов создания (модернизации) подвижных комплексов имитации и тренажеров обеспечивает достижение на практике наивысших рубежей качества (точности) функционирования последних. Показано, что в некоторых случаях разработанный подход позволяет повысить качество имитации л действующих комплексах, построенных по западным технологиям, на порядок.
В процессе опытно-конструкторских работ по модернизации имитатора аорокоемнческого попета экспериментальным путем доказана высокая эффективность разработанного по;исода для создания оптимальных динамически:: систем и возможность создания конкурентоспособных систем обсуждаемого класса для авиации и космонавтки в условиях отечественного производства.
Показано, что предложенные наукоемкие технологии структурной идентификации могли бы составить часть теоретической базы для проведения научно-технической экспертизы качества сложных изделий новой авиационной н космической техники на различных этапах ее создания.
Па этапе практической оптимальной модернизации управления системой подвижности уникального стенда-имитатора аэрокосмического полета экспериментальным путей комплексно аттестованы и получили подтверждение предлагаемые в диссертации подход и наукоемкие технологии модернизации.
Лпробашш гголояхшгіі и результатов днесергашгошетй работы осуществлена в процессе обсуждения докладов, сделанных автором на научных конференциях и семинарах: XII XXI Гагаринских чтениях по космонавтике и авиации (г.Москва, 1982-1991), Всесоюзной НТК "Проблемы увеличения эффективности воздушного транспорта в народном хозяйстве" (г.Мосхва, 1983, 1986, 1990); V Всесоюзной конференции "Управление в механических системах" (г.Казань, 1985); НТК "Моделирование полета и идентификация моделей воздушных судов" (г.Киев, 1985); III Всесоюзной НТК "Идентификация моделей движения ЛА" (г.Жуковский, 1986); Всесоюзной НТК "Усовершенствование технологических процессов ремонта авиационной техники на заводах гражданской авиации" (г.Москва, I9S6); Всесоюзной НТК "Моделирование-87" (г.Кишинев, 1937); II Всесоюзной школе-семинаре "Динамика, управление полетом и исследование операций" (г.Клин, 1987); НТК "Теория и практика имитационного моделирования и создания тренажеров (г.Пенза, 1988); Научно-технической конференции "Проблемы развития АСУ и информационных услуг в новых условиях хозяйствования" (г.Душанбе, 1989); НТК 'Тренажеры и имитаторы" (г.Пенза, 1990); Всесоюзной НТК "Автоматизация исследование, проектирование и испытания сложных технических систем" (г.Калуга, 1989); III
Всесоюзной НТК 'Тренажеры н компьютеризация профессиональной подготовки (г.Калининград, 1991); Всесоюзной НТК "Идентификация, изыеренне характеристик и имитация случайных сигналов" (г.Новосибирск, 1991); I, II, III Международных научно-технических конференциях "Методы управления системной эффективностью функционирования электрифицированных и пшютаж-но-навигациоиных комплексов (г.Киев, 1993,1994,1995); Международном симпозиуме "Летные испытания самолетов" (г.ЖукоБский, 1993); II НТК Проблемы и перспективы развития судостроения на Украине (г.Ннколаев, 1994); I, II, III, IV Украинских конференциях по автоматическому управлению (г.Киев, 1994, гЛьвов, 1995, г.Севастополь, 1996, г.Черкассы, 1997); Международной НТК "Проблемы совершенствования радиоэлектронных комплексов и систем обеспечения полетов" "Аэронавигация-94", "Аоронавнгация-95", "Аэронавнгация-96"; Международной научно-технической школе-семинаре "Альтернативные подходы к исследованию систем" (г.Киев, 1996); I Международном симпозиуме по проблемаи авиационной и космической медицины "Украина-Россия-AGARD/NATO" (г.Киев, 1997).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано свыше 80 научных работ, в том числе монография, 2 авторских свидетельства на изобретения. Основные результаты изложены в 59 работах. Из совместных публикаций [2,5,6,7,13,16,17,19,27,40,41,43,46,50,52,561 в диссертационную работу включены только результаты, полученные диссертантом лично. В совместных работах [9,11,15,18,21,22,31,37,44,49,53,57] идея возможных результатов возникла в процессе совместных обсуждений с соавторами, я формулировка окончательных результатов и их доведение выполнены диссертантом. Совместные работы [3.4,10,14,20,23,24,25,28,29,30,33,34,35,38,39,42,45,47,48! выполнены соавторами совместно, с равным творческим вкладом.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из вступления, пяти разделов, заключений по разделан, выводов и рекомендаций, списка использованных литературных источников из 33S наименований и 5 приложений. Общий объем работы 396 страниц, в том числе 137 страниц с рисунками и таблицами.
Похожие диссертации на Методология и результаты оптимальной модернизации управления комплексами имитации стохастически возмущаемого полета
