Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время авиационные тренажеры (AT) являются наиболее эффективным наземным обучающим средством для подготовки экипажей летательных аппаратов (ЛА). Совершенствование ЛА, усложнение деятельности экипажей, необходимость повышения надежности их работы требуют поиска новых методов повышения эффективности тренажных средств.
Большой вклад в решение проблем разработки AT внесен работами Безбогова А. А, Годунова А. И., Горячева В. А, Ефремова А В., Красовского А. А, Мееровича Г. Ш., Мыльникова В. Г., Предтеченского А. Н., Пономаренко В. А, Сотникова Д. А. и др.
Современные требования, предъявляемые к авиационным тренажерам в рамках отечественных требований (Нормы годности авиационных тренажеров для подготовки авиаперсонала воздушного транспорта) и требований зарубежных нормативных документов по оцениванию характеристик тренажера, предполагают проведение целого комплекса испытаний.
Комплекс испытательных режимов включает в себя как объективную оценку характеристик AT, так и субъективную (экспертную). Для объективной оценки летно-технических характеристик (ЛТХ) тренажера при выполнении режимов полета необходимо автоматически формировать управляющие воздействия для модели динамики полета.
Необходимыми условиями для создания и выполнения автоматических тестов являются разработка и применение методики формирования управляющих воздействий для оценки ЛТХ модели динамики полета AT.
Разработка данной методики и ее применение на всех стадиях разработки и эксплуатации AT обусловлена необходимостью:
иметь систему, которая позволяла бы решать задачи, аналогичные тем, какие решает летчик или другой член экипажа по формированию управляющих воздействий, которые позволили бы с минимальными затратами выполнить поставленную задачу;
прогнозировать адекватность модели реальному ЛА на этапе разработки AT в рамках внедрения CALS-технологий;
- использовать данную методику при выполнении автоматиче
ских тестов на этапах испытаний AT в рамках международных
стандартов.
Целью исследования является теоретическое обоснование, разработка, алгоритмическая и программная реализация методики формирования управляющих воздействий для объективной оценки ЛТХ модели динамики полета в авиационных тренажерах.
Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:
обоснование разработки методики формирования управляющих воздействий для оценки ЛТХ модели динамики полета в авиационных тренажерах;
анализ существующих подходов к автоматическому формированию управляющих воздействий в технических средствах подготовки и обучения авиационных специалистов;
анализ структуры и особенностей формирования управляющих воздействий летчиком по управлению ЛА и учета этих особенностей в разрабатываемой методике;
разработка структуры модуля формирования управляющих воздействий для объективной оценки ЛТХ модели динамики полета в авиационных тренажерах;
разработка методики, алгоритмов и программного обеспечения модуля формирования управляющих воздействий для оценки ЛТХ модели динамики полета в авиационных тренажерах.
Методы исследований. Для решения поставленных задач использовались методы современной теории управления и эргатиче-ских систем, теории математического моделирования и системного анализа, теории искусственных нейронных сетей и инженерной психологии. В экспериментальных исследованиях применялось цифровое моделирование с использованием ЭВМ.
Научная новизна работы заключается в разработке:
методики формирования управляющих воздействий для объективной оценки ЛТХ AT с помощью иерархического управления по трехуровневой схеме и на основе прогнозно-оптимизационного управления;
схемы построения управления на траекторном уровне, позволяющей формировать заданные перегрузки и заданные угловые
скорости модели динамики полета ЛА для обеспечения движения по заданной пространственной траектории с заданным угловым положением;
схемы построения управления на пилотажном уровне, позволяющей формировать управляющие сигналы органов управления для обеспечения достижения и вьщерживания заданных перегрузок и заданных угловых скоростей модели динамики полета ЛА;
архитектуры, методики обучения и построения нейрокон-троллеров, используемых для формирования прогнозно-оптимизационного управления на траекторном уровне.
Практическая значимость работы заключается в том, что предложенная методика позволила решить комплекс задач по разработке модуля формирования управляющих воздействий в AT и тем самым повысить эффективность получения объективной оценки ЛТХ AT, сократить временные затраты при разработке и испытаниях AT, снизить объем летной оценки AT, выполняемой летчиком.
Основные положения, выносимые на зашиту:
методика формирования управляющих воздействий в AT с помощью иерархического управления по трехуровневой схеме;
принципы построения управления на траекторном уровне, формирующем заданные перегрузки и заданные угловые скорости модели динамики полета ЛА;
принципы построения управления на пилотажном уровне, формирующем управляющие сигналы органов управления;
архитектура, методика обучения и построения нейроконт-роллеров, формирующих прогнозно-оптимизационное управление на траекторном уровне;
формирование управляющих воздействий для различных этапов и режимов полета в AT.
Реализация и внедрение. Теоретические и практические результаты работы были использованы и внедрены в виде программного обеспечения в Пензенском конструкторском бюро моделирования при разработке, испытаниях и эксплуатации AT для гражданской авиации.
Полученные в диссертационной работе результаты используются в учебном процессе на кафедре «Компьютерные технологии управления» Пензенского государственного университета.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Пензенского государственного университета (2002-2004), международных научно-технических конференциях «Теория и практика имитационного моделирования и создания тренажеров» (Пенза, 2000—2001), Всероссийской научно-практической конференции «Теория и практика имитационного моделирования и создания тренажеров» (Пенза, 2002), Юбилейной Международной научно-практической конференции «Теория и практика имитационного моделирования и создания тренажеров» (Пенза, 2004), Международной научно-технической конференции «Методы и средства измерения в системах контроля и управления» (Пенза, 2002), Второй научно-технической конференции «Тренажерные технологии и симуляторы» (С.-Петербург, 2002), Международном юбилейном симпозиуме «Актуальные проблемы науки и образования» (Пенза, 2003), международных симпозиумах «Надежность и качество» (Пенза, 2002, 2004).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемой литературы, включающего 79 наименований, и двух приложений. Основной текст изложен на 179 страницах, содержит 5 таблиц и 51 рисунок.
