Системы ограничения. Текст монографии. Адаптивность к свойствам объекта, форме поверхности ограничения
 Скачать 4.57 Mb.
|
УДК 629. 7. 067В работе рассматривается метод выдерживания ограничений на компоненты вектора состояния динамической системы. Идея метода заключается в анализе такого интегрального показателя, как расстояние в метрическом пространстве до заданной некоторым образом поверхности ограничения. Разрабатываемый метод обеспечивает получение решений различных задач выдерживания заданных ограничений на компоненты вектора состояния динамической системы при различных способах задания ее математической модели; получение реализуемой траектории увода в фазовом и физическом пространстве от поверхности ограничения при заданном управлении ограничения; адаптивность к свойствам объекта, форме поверхности ограничения. Для разработчиков современных и перспективных систем ограничений параметров подвижных объектов и технологических процессов, инженеров и научных работников, студентов и слушателей. Иллюстраций – 67, библиография – 53 . ВВЕДЕНИЕ Анализ аварийности летательных аппаратов военного назначения показывает, что значительное количество авиационных происшествий (более 70%) происходит на технически исправных воздушных судах из-за ошибочных действий летного состава. Это в первую очередь связано с тенденцией усложнения процессов управления современными летательными аппаратами. Причем это усложнение уже приблизилось к пределу психофизиологических возможностей человека. Положение усугубляет и необходимость запоминания пилотом (экипажем) большого количества ограничений, очерчивающих область эксплуатационных режимов полета. В результате более 50% авиационных происшествий с технически исправными воздушными судами происходит по причине выхода летательного аппарата на предельные режимы полета и столкновения с земной поверхностью в управляемом полете. Решить проблему аварийности путем совершенствования только выучки летного состава представляется достаточно проблематичным из-за высокой психофизиологической напряженности экипажа при полете вблизи ограничений, вызванной, в первую очередь, особенностями внешней среды и эргономическими недостатками авиационной техники. На борту летательного аппарата существуют специальные системы, предотвращающие выход его на предельные режимы полета. Однако они не покрывают весь спектр наложенных ограничений. Их недостатки, в основном, связаны с низкой точностью выдерживания границы ограничения, возможностью заброса по ограничиваемым параметрам, неприспособленностью для одновременного ограничения нескольких параметров, затянутостью переходных процессов. Кроме того, имеющиеся системы выдерживания ограничений разработаны на разных теоретических подходах, с той или иной степенью эвристики. Проблеме разработки единой теоретической основы для создания систем выдерживания ограничений было посвящено много работ. Однако следует отметить, что, несмотря на остроту проблемы обеспечения безопасности полетов, в настоящее время данное направление незаслуженно забыто. Обобщая сказанное выше, можно сделать вывод, что для решения задач выдерживания ограничений на параметры движением ЛА, управляемого "не всегда оптимальным" летчиком, в настоящее время не разработано универсального метода. В работе рассматривается метод выдерживания ограничений на компоненты вектора состояния динамической системы. Идея метода заключается в анализе такого интегрального показателя, как расстояние в метрическом пространстве до заданной некоторым образом поверхности ограничения. Разрабатываемый метод обеспечивает получение решений различных задач выдерживания заданных ограничений на компоненты вектора состояния динамической системы при различных способах задания ее математической модели; получение реализуемой траектории увода в фазовом и физическом пространстве от поверхности ограничения при заданном управлении ограничения; адаптивность к свойствам объекта, форме поверхности ограничения. Глава I. БОРТОВЫЕ СИСТЕМЫ ОГРАНИЧЕНИЯ. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ 1.1. Аварийность самолетов военного назначения Обеспечение безопасности полетов является одной из важнейших проблем авиации. Особую остроту она приобретает для военной авиации из-за того, что успешное выполнение боевых задач (а равно, как и их подготовка) требует реализации в полете предельных возможностей летательного аппарата. Безопасность полетов определяется большим числом разнообразных факторов. Ранжировку этих факторов по их вкладу в аварийность, а также оценку самого уровня аварийности наиболее достоверно удается осуществить, используя статистические методы. Так как авиационные происшествия являются сравнительно редкими событиями, то достаточную статистическую выборку удается получить лишь при налете порядка 1,5 … 2 млн. часов. Это примерно соответствует годовому налету. Каждое авиационное происшествие является событием уникальным, поэтому статистический анализ возможен лишь для обобщенных групп причин. Так, из общего числа авиационных происшествий представляется целесообразным выделить группу причин, обусловленных непрогнозируемыми факторами (см. рис.1.1), включая осознанный риск и психофизиологические особенности человека как оператора. Оставшиеся авиационные происшествия (АП) в принципе должны быть предупреждены профилактическими методами, однако фактически на них падает более 70% АП. Особую озабоченность вызывают авиационные происшествия с технически исправными воздушными судами (см. рис.1.2). Количество авиационных происшествий, связанных с ошибочными действиями экипажа на исправной технике в настоящее время составляет более 70% и имеет тенденцию роста. Многие отказы авиационной техники не приводят неминуемо к авиационному происшествию. Однако во многих случаях неправильные действия экипажа усугубляют последствия отказа и пополняют статистику авиационных происшествий (см. рис.1.3). Если проанализировать аварийность по факторам причинам, то наибольшее количество АП (см. рис.1.4) происходит из-за   Рис 1.2  Рис 1.3  Рис 1.4 нарушений (упущений) в производстве полетов (НПП). В основе этих авиационных происшествий чаще всего лежит выход летательного аппарата за предельные режимы полета, а именно превышаются ограничения по углам атаки и крена, вертикальной перегрузке, высоте и скорости полета. Кроме того, значительное число авиационных происшествий (более 20% от их общего числа) связано со столкновением воздушных судов с земной поверхностью. С  реди этапов полета наиболее аварийным является этап боевого маневрирования при ведении воздушного боя и на полигоне – 36% АП (см. рис.1.5), что зачастую так же связано с превышением ограничений и столкновением с землей. Особую тревогу вызывает тот факт, что столкновение с рельефом в большинстве случаев заканчивается катастрофами. Так, коэффициент тяжести авиационных происшествий, представляющий собой отношение количества катастроф за определенный период эксплуатации, к общему числу авиационных происшествий за этот же период эксплуатации, составляет свыше 0,85. Достаточно высокая доля АП, вызванных столкновением летательного аппарата с земной поверхностью может быть объяснена следующими причинами: склонностью летчиков, особенно высшей квалификации, к переоценке своих возможностей и нарушению полетных заданий; недостаточной эффективностью бортовых технических средств предотвращения столкновения ЛА с рельефом местности. снижением в последние годы практической выучки летного состава. Анализируя обстоятельства и причины АП, приведших к столкновению с земной поверхностью, следует сделать вывод, что основными ошибками летного состава являются следующие ошибки и недостатки в летной работе: не устанавливается, либо устанавливается ошибочно значение безопасной высоты на радиовысотомере перед вылетом, либо экипаж по каким-либо причинам не реагирует на сигнализаторы; невыдерживание заданной высоты, ошибки в считывании высоты или потеря контроля за высотой на пикировании в процессе прицеливания; ошибки экипажа при выводе ЛА из сложного положения после сваливания или потери пространственной ориентировки. Таким образом, оценивая состояние безопасности полетов, на первое место по вкладу в аварийность вышел человеческий фактор, причем значительное число авиационных происшествий по этой причине связаны с выводом летательного аппарата за предельные режимы полета. Все это позволяет сделать вывод о том, что проблема предотвращения выхода летательного аппарата за предельные режимы является одной из важнейших проблем обеспечения безопасности полетов в военной авиации. |