страница 10. Сборник тезисов докладов
 Скачать 3.87 Mb.
|
|
ЭРГОНОМИЧЕСКАЯ УЯЗВИМОСТЬ ИНТЕРФЕЙСА «ОПЕРАТОР–БПЛА» А.А. Обознов, А.Н. Занковский, Ю.В. Бессонова (ФГБУН ИП РАН), Н.И. Сельвесюк (ФГУП «ГосНИИАС») В итоге эргономических исследований, активно проводившихся в нашей стране с конца 50-х до начала 90-х годов прошлого столетия, были разработаны требования и рекомендации к характеристикам человеко-машинных, в т.ч., бортовых интерфейсов, закрепленные в государственных и отраслевых 209 стандартах, а также других нормативных эргономических документах. С 1974 года в обязательном порядке должна проводиться эргономическая экспертиза, нацеленная на оценку соответствия характеристик интерфейсов эргономическим требованиям. Это позволило существенно повысить эффективность и надежность летной и операторской деятельности. Тем не менее, на современном этапе эргономические недостатки кабин летательных аппаратов остаются причинами 25-30% летных происшествий. Возникает закономерный вопрос: почему выполнение эргономических требований, проведение экспертизы и устранение эргономических недостатков интерфейсов в ходе их испытаний не предотвращает ошибочных действий членов экипажа вследствие именно эргономических недостатков бортового оборудования? Для ответа на этот вопрос предлагается обращение к понятию эргономической уязвимости интерфейсов, используемых как в пилотируемых, так и беспилотных летательных аппаратах (БПЛА). Эргономическая уязвимость интерфейса «Оператор–БПЛА» рассматривается нами как его потенциально существующий, но не проявлявший себя ранее недостаток, который не учитывался в эргономических требованиях и оставался скрытым при испытаниях интерфейса. Особенность эргономической уязвимости интерфейса «Оператор–БПЛА» состоит в том, что, будучи его потенциальной характеристикой, она проявляется в качестве эргономического недостатка только под воздействием ранее не принимавшегося в расчёт определенного человеческого фактора или сочетания таких факторов. Основным направлением выявления эргономических уязвимостей является создание специальных процедур, используемых уже на этапах разработки технического задания и разработки интерфейсов «Оператор– БПЛА», что позволит своевременно обнаружить эргономическую уязвимость и учесть её при составлении эргономических требований к интерфейсу. Научно- методической основой данного направления исследований является активная стратегия по актуализации потенциальных свойств человеко-машинных комплексов на всех этапах их жизненного цикла. Это направление следует рассматривать в перечне приоритетных исследований в авиационной эргономике и инженерной психологии. Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 19-29-06091. НЕПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД СТАБИЛИЗАЦИИ ВЫСОТЫ ПОЛЕТА БЕСПИЛОТНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА В.В. Косьянчук, В.В. Гласов, Е.Ю. Зыбин (ФГУП «ГосНИИАС») В докладе описывается непараметрический метод стабилизации высоты полета беспилотного летательного аппарата (БПЛА), предназначенный для повышения эффективности и безопасности эксплуатации БПЛА при дистанционном или автоматическом управлении. 210 Из [1–3] известно, что определить требуемое в текущий момент времени управление для достижения желаемого на следующем шаге состояния при известных h последних наблюдений можно по следующей формуле: , где – правый делитель нуля блочной матрицы состояний, , , , – операция псевдообращения, i – дискретное время. Для реализации режима стабилизации высоты полета желаемый вектор состояния формируется с учетом . Система управления БПЛА реализует добавочные управляющие воздействия в канале высоты, позволяющие минимизировать расхождение между текущей высотой , получаемой от радиовысотомера, и заданной : Компьютерное моделирование разработанного алгоритма в среде Simulink на модели БПЛА типа квадрокоптер схемы «Х» показывает высокое быстродействие разработанных алгоритмов и устойчивую работу по стабилизации высоты полета для малопересеченной подстилающей местности. Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ и ГФЕН Китая в рамках научного проекта № 20-58-53059. ЛИТЕРАТУРА 1. Glasov V.V., Zybin E.Yu., Kosyanchuk V.V. Nonparametric method for aircraft flight control // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019, Vol. 476, p. 012011. 2. Гласов В.В., Зыбин Е.Ю., Косьянчук В.В. Управление летательным аппаратом в условиях параметрической неопределенности // Труды ГосНИИАС. Вопросы авионики. 2019. 3 (43). С. 41–52. 3. Гласов В.В., Зыбин Е.Ю., Косьянчук В.В. Управление летательным аппаратом в условиях полной неопределенности // Сборник тезисов докладов III Всероссийской научно-технической конференции «Моделирование авиационных систем», 21–22 ноября 2018 г., г. Москва, 2018. С. 126–127. НЕПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД ВЫВОДА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА ИЗ СЛОЖНОГО ПРОСТРАНСТВЕННОГО ПОЛОЖЕНИЯ В.В. Гласов, Е.Ю. Зыбин (ФГУП «ГосНИИАС») В работе описывается решение задачи автоматического вывода летательного аппарата (ЛА) из сложного пространственного положения с последующим приведением его к горизонту. Задача решается на основе нового 211 непараметрического метода управления состоянием ЛА, не требующего априорной информации об его модели и построенного только на основе известных сигналов отклонения управляющих поверхностей измеряемых параметров полета [1–4]. Расчет сигнала непараметрического управления в каждый момент времени основывается на измеренных и записанных в накопители информации сигналов состояния и управления, а также сформированного желаемого вектора состояния на следующем шаге моделирования, который в данной постановке задачи предполагает следующие значения: угловые скорости по осям связанной системы координат равны нулю; линейные скорости по осям Y и Z связанной системы координат равны нулю, а по оси X – текущая; угол крена и угол наклона траектории равны нулю, угол рысканья – текущий; высота полета – текущая. Численное моделирование разработанного метода проводилось на примере самолета классической схемы при выполнении пилотажной фигуры «бочка». Результаты показали высокую скорость сходимости процессов стабилизации, сопоставимую с быстродействием традиционных стабилизирующих регуляторов низкого порядка. Предложенный алгоритм целесообразно использовать как один из режимов системы автоматического управления ЛА при пространственной дезориентации летчика. Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ и ГФЕН Китая в рамках научного проекта № 20-58-53059. ЛИТЕРАТУРА 1. Гласов В.В., Зыбин Е.Ю., Косьянчук В.В. Управление летательным аппаратом в условиях параметрической неопределенности // Труды ГосНИИАС. Вопросы авионики. 2019. 3 (43). С. 41–52. 2. Гласов В.В., Зыбин Е.Ю., Косьянчук В.В. Управление летательным аппаратом в условиях полной неопределенности // Сборник тезисов докладов III Всероссийской научно-технической конференции «Моделирование авиационных систем». 2018. С. 126–127. 3. Glasov V.V., Zybin E.Yu., Kosyanchuk V.V. Nonparametric method for aircraft flight control // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019. Vol. 476. P. 012011. 4. Зыбин Е.Ю., Косьянчук В.В., Карпенко С.С. О некоторых непараметрических методах теории управления динамическими объектами // Материалы XV Всероссийской научно-технической конференции «Научные чтения по авиации, посвященные памяти Н.Е. Жуковского». 2018. С. 288–298. НЕПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД ДИРЕКТОРНОГО УПРАВЛЕНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНЫМ АППАРАТОМ Е.Ю. Зыбин, В.В. Косьянчук, В.В. Гласов, (ФГУП «ГосНИИАС») 212 В работе рассматривается возможность использования непараметрического метода управления [1–5] для формирования сигналов отклонения директорных индексов на пилотажном приборе для использования в малой авиации. Для этого параллельно штатному сигналу управления предлагается формировать дополнительный сигнал непараметрического управления [1–5]. При этом отклонение директорных индексов реализуется по формуле , где – коэффициент усиления пилотажного прибора, x – управляемый параметр, – заданное значение управляемого параметра, формирующееся с учетом штатного и непараметрического управлений. Непараметрический метод обеспечивает возможность директорного управления без информации о моделях летательного аппарата (ЛА), системы управления, летчика, и, как следствие, простоту его реализации, в том числе на мобильных планшетах летчика или оператора беспилотного ЛА. Развитие подхода предполагает реализацию тактильного директорного управления с приведением сигналов рассогласования к заданным отклонениям органов управления. Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ и ГФЕН Китая в рамках научного проекта № 20-58-53059 и финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 18-08-00453. ЛИТЕРАТУРА 1. Гласов В.В., Зыбин Е.Ю., Косьянчук В.В. Управление летательным аппаратом в условиях параметрической неопределенности // Труды ГосНИИАС. Вопросы авионики. 2019. 3 (43). С. 41–52. 2. Гласов В.В., Зыбин Е.Ю., Косьянчук В.В. Управление летательным аппаратом в условиях полной неопределенности // Сборник тезисов докладов III Всероссийской научно-технической конференции «Моделирование авиационных систем». 2018. С. 126–127. 3. Glasov V.V., Zybin E.Yu., Kosyanchuk V.V. Nonparametric method for aircraft flight control // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019. Vol. 476. P. 012011. 4. Зыбин Е.Ю., Косьянчук В.В., Карпенко С.С. О некоторых непараметрических методах теории управления динамическими объектами // Материалы XV Всероссийской научно-технической конференции «Научные чтения по авиации, посвященные памяти Н.Е. Жуковского». 2018. С. 288–298. 5. Косьянчук В.В., Зыбин Е.Ю., Гласов В.В., Чекин А.Ю., Карпенко С.С., Бондаренко Ю.В. Методы решения некоторых задач теории линейных динамических систем в условиях полной параметрической неопределенности // Труды Всероссийского совещания по проблемам управления (ВСПУ-2019). 2019. С. 724–729. 213 НЕПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ РЕКОНФИГУРАЦИИ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ВОЗДУШНОГО СУДНА ПРИ ОТКАЗАХ ИСПОЛНИТЕЛЬНОЙ ПОДСИСТЕМЫ В.В. Гласов, Е.Ю. Зыбин, В.В. Косьянчук (ФГУП «ГосНИИАС») В работе описывается новый непараметрический метод реконфигурации системы управления (СУ) воздушного судна (ВС) при возникновении отказов приводов, построенный на основе непараметрического метода управления, функционирующего в случаях полного отсутствия информации об объекте управления [1–3]. Эффективность разработанного метода проверяется путем численного моделирования полета самолета классической схемы при отказе правого элерона. В результате проведенных исследований показана принципиальная возможность реконфигурации СУ ВС при отсутствии какой-либо информации о возникшем в полете отказе, собственной динамике и эффективности управления ВС [4]. Для настройки предлагаемого алгоритма достаточно только наблюдать за параметрами полета ВС и отклонениями его управляющих поверхностей в течение времени, не превосходящего совокупного порядка собственной и вынужденной динамики ВС. Такое быстродействие алгоритма позволяет использовать предлагаемый метод для реконфигурации СУ ВС при возникновении отказов исполнительной подсистемы без необходимости решения задач их локализации и диагностирования. Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 20-08-01215. ЛИТЕРАТУРА 1. Гласов В.В., Зыбин Е.Ю., Косьянчук В.В. Управление летательным аппаратом в условиях параметрической неопределенности // Труды ГосНИИАС. Вопросы авионики. 2019. 3 (43). С. 41–52. 2. Гласов В.В., Зыбин Е.Ю., Косьянчук В.В. Управление летательным аппаратом в условиях полной неопределенности // Сборник тезисов докладов III Всероссийской научно-технической конференции «Моделирование авиационных систем», 21–22 ноября 2018 г., г. Москва, 2018. С. 126–127. 3. Glasov V.V., Zybin E.Yu., Kosyanchuk V.V. Nonparametric method for aircraft flight control // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019, Vol. 476, p. 012011. 4. Косьянчук В.В., Зыбин Е.Ю. Реконфигурация систем управления полетом летательных аппаратов в условиях структурной и параметрической неопределенности // XII Мультиконференция по проблемам управления МКПУ-2019: Материалы XII мультиконференции, 23–28 сентября 2019 г., с. Дивноморское, Геленджик, Россия: [в 4 т.] / Отв. ред.: И.А. Каляев. Ростов-на- 214 Дону – Таганрог: Изд-во Южного федерального ун-та, Том 3. Управление в распределенных и сетевых системах» (УРCС-2019), 2019. С. 18–21. АНАЛИЗ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТЕЙ ЗАДАЧИ ПОСАДКИ БЕСПИЛОТНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА НА МАНЕВРИРУЮЩЕЕ СУДНО В.В. Гласов, В.В. Косьянчук, Н.И. Сельвесюк (ФГУП «ГосНИИАС») В работе проводится анализ неопределенностей задачи посадки беспилотного летательного аппарата (БПЛА) на маневрирующее судно с целью разработки подходов к прогнозированию движения судна и управлению БПЛА. При моделировании полета БПЛА ключевыми источниками неопределенностей являются: неполнота измерений (из-за минимизации количества датчиков), недоопределенность модели (при изменении условий применения) и полная неизвестность внешних условий (из-за отсутствия средств измерения). Анализ существующих математических моделей надводных судов показал, что ни одна из них не обеспечивает приемлемую точность сразу по всем стандартным маневрам, так как судно имеет шесть степеней свободы и находится на границе раздела двух сред. При этом неопределенности вызваны следующими внешними факторами, приводящими к появлению гидродинамических и аэродинамических сил и моментов: ветер, волнение и течение воды, другие суда, стенки каналов и причалы, особенности акватории, мелководье и т.д. В результате можно сделать вывод, что методами классической параметрической теории управления задача легко решаема для штатных режимов при наличии визуальной обратной связи с оператором БПЛА и практически нерешаема при нештатных режимах функционирования в автономном полете. В условиях ограниченной информации о моделях БПЛА и судна посадки для решения задачи следует использовать методы непараметрической теории систем [1–3]. Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ и ГФЕН Китая в рамках научного проекта № 20-58-53059. ЛИТЕРАТУРА 1. Гласов В.В., Бондаренко Ю.В., Зыбин Е.Ю. Управление летательным аппаратом в условиях параметрической неопределенности // Труды ГосНИИАС. Серия: Вопросы авионики. 2019. № 3 (43). С. 41-52. 2. Гласов В.В., Зыбин Е.Ю., Косьянчук В.В. Управление летательным аппаратом в условиях полной неопределенности // Сборник тезисов докладов III Всероссийской научно-технической конференции «Моделирование авиационных систем», 21–22 ноября 2018 г., г. Москва, 2018. С. 126–127. 215 3. Chekin A.Yu., Bondarenko Yu.V., Zybin E.Yu., Kiselev M.A. Nonparametric method for aircraft state prediction // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019, Vol. 476, p. 012003. 4. Косьянчук В.В., Зыбин Е.Ю. Чекин А.Ю., Бондаренко Ю.В. О прогнозировании вектора состояния воздушного судна в условиях полной параметрической неопределенности //: материалы XIV Всероссийской научно- практической конференции «Перспективные системы и задачи управления», 2019. С. 234–239. НЕПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ДВИЖЕНИЯ СУДНА ПОСАДКИ БЕСПИЛОТНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА Е.Ю. Зыбин, В.В. Гласов, А.Ю. Чекин (ФГУП «ГосНИИАС») Задача прогнозирования движения судна посадки (СП) беспилотного летательного аппарата (БПЛА) является достаточно сложной в рамках классической параметрической теории управления из-за наличия шести степеней свободы и функционирования на границе раздела двух сред. В работе на основе непараметрических методах теории систем [1–3] разрабатывается новый метод прогнозирования движения СП при отсутствии информации об его математической модели в предположении совершения им стандартных маневров с использованием неизвестного, но линеаризуемого управления. Пусть движение СП описывается линейной дискретной моделью вида 1 , , i i i i i i x Ax Bu y Cx Du где x, u – неизвестные состоянияиуправления; y – измеренные координаты; A, B, C, D – неизвестные матрицы собственной динамики, эффективности управления, измерений и прямой связи; i – дискретные моменты времени. Тогда прогнозирование движения СП осуществляется по формуле 1 1 i i i i y Y R r , где 1 i i h i i Y y y y , h – количество наблюдений, i r – псевдообращение, v – индекс наблюдаемости, элементы делителя нуля определяются выражением 1 1 2 1 1 0 i v i v i i i i i i Y y R r Y y Y y Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ и ГФЕН Китая в рамках научного проекта № 20-58-53059. ЛИТЕРАТУРА 1. Косьянчук В.В., Зыбин Е.Ю. Чекин А.Ю., Бондаренко Ю.В. О прогнозировании вектора состояния воздушного судна в условиях полной параметрической неопределенности //: материалы XIV Всероссийской научно- 216 практической конференции «Перспективные системы и задачи управления», 2019. С. 234–239. 2. Chekin A.Yu., Bondarenko Yu.V., Zybin E.Yu., Kiselev M.A. Nonparametric method for aircraft state prediction // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019, Vol. 476, p. 012003. 3. Косьянчук В.В., Зыбин Е.Ю., Гласов В.В., Чекин А.Ю., Карпенко С.С., Бондаренко Ю.В. Методы решения некоторых задач теории линейных динамических систем в условиях полной параметрической неопределенности // Труды Всероссийского совещания по проблемам управления (ВСПУ-2019), 2019. С. 724–729. |