Бек В.В., Вишняков Ю.С., Махлин А.Р. Интегрированные системы терминального управления (1989), страница 5

К числу основных проблем, возникающих при разработке систем терминального управления ЛА на основе подобного принципа построения и методов проектирования. относятся следующие. 1. характерной особенностью систем терминального управления ЛА является их функционирование в условиях малой априорной информации о начальных условиях, внешних возмущениях, характеристиках объектов, нештатных изменений чсловиц,.цадйта. Г. Функциональная схема построения систем терминального управления ка основе формвровакиа программной траектории Это приводит к необходимости реализации гибких стратегий управления.

Использование же жесткой программы полета, несмотря на относительную простоту реализации закона управления, не позволяет обеспечить оперативное изменение траектории движения при иерасчетных условиях полета. Формирование ирограммшлх траекторий в процессе полета (свободное програагмирование) также не позволяет обеспечить оперативный переход на нову1о траекторию, что связано со значительным объемом необходимых вы шслепий. 2. Эффективность применения некоторых типов ЛА при решении ряда задач терагинального управления определяется временем подготовки программы полета. В то же время отсутствие формализованных универсальных процедур расчета программных траекторий, позволяющих учесть аналитически широкий класс ограничений и конкретных особенностей функционирования, значительный объем вычислений, связанных с решением нелинейных пестационариых двухточечных краевых задач, возникающих при использовании принципа максимума, приводит к значительному времени подготовки программы полета и принципиальной трудности его существенного сокращения.

Эти же обстоятельства являются основным препятствием для реализации принципа свободного программирования траекторий в процессе полета. 3. Использование жесткой программной траектории наряду с простотой реализации закона управления предьявляст весьма высокие требования к бортовой вычислительной машине по объему памяти. Столь жс велики н недостатки применения апостериорного обновления программной траектории, связанного фактически с многократным решением в процессе полета двухточечной краевой задачи для прогиозируеьюго движения. Для ЛА, описываемых сложными многомерными нелинейными сися мами дифференциальных уравнений, решение краевой задачи требует весьма высокой производительности бортовой вычислительной машины. Если число операций, необходимое для однократного численного интегрирования уравнений Эйлера — Лагранжа па интер- вале оптимизации, составляет Я, а частота фор ги ов ляюших воздепст1шп 1„, то потРебная производительность бо товой вычислительной машины характеризуется вел - ~б7~ я величиной ,яд~ е число неооходимых прогонок д > 3 на одном такте я возрастающей функцией размерности п вектора состоя- П и я) 0 зто составляет десятки миллиардов операций 'к,н., и не пРедставлаетсЯ возможным длЯ Реалиаацин в со„„„„, - и перспективных бортовых вычислительных комплекблпжайшего будущего.

Реализация принципа свободного „ммирш,анпя затрудняется также существенной зависи-арактеристпк системь| стабилизации от формируемой пр цессе полета программной траектории. й. Пзвестные методы синтеза систем терминального управления обоснованы и применимы для динамических объектов, характеристики которых удовлетворяют сильным условиям непрерывной дифференцпруемости. Вто не позволяет использовать их для решения широкого класса задач управления ЛА, характеристики отдельных элементов которых имеют изломы, б.

Вак следует пз представленного выше обзора, разработанные в настоящее время методы синтеза систем терминального 1 правления ориентированы в основном и доведены до алгоритмов в явном виде:пшн для линейных динамических объектов. В то же время летательные аппараты как объекты управления функцио- нируют в условиях значительных нелинейных изменений парамет- ров двп,кения. Поэтому применение методов линейной теории управления для решения задач расчета программной траектории летательного ашшрата на основе рассмотрения линейных моде- лей не представляется достаточно обоснованным. Решение задач синтеза алгоритзпш стабилизации действительно допускает лн- неаризацшо уравнешгй движения летательного аппарата относи- тельно программной траектории.

Однако прн этом, как известно, устойчивость и требуемое качество процессов управления могут быть обеспечены лишь при малых отклонениях параметров движе- ния от номинялыпзх, что в малой степени отвечает потребностям в области управления ЛА. 6. В значительной степени сложность решения задач терми- нального управления ЛА заключается в малоп априорной инфор- мации о характеристиках объекта, внеп|них возмущениях, шумах измерений. Получение ее априорно либо вообще не представля- ется возможным, лноо связано со значительными сроками и за- тратамп на проведение летных испытаний.

Это приводит к необ- ходимости широкого привлечения и развития пршщипов оценива- ння состояния и идентификации параметров в процессе полета на основе оперативной обработки информации, доступной непо- средственному пзмереншо. 7. Обзор известных методов показывает, что успешное решение задач терминального управления связано с необходимостью точ- ного знания терминального момента времени 1~ окончания про- цесса управления.

В то же время априорное задание указанной в л шиа при решении широкого круга практических задач терминального управления ЛА не представляется возможным, 8. Известные в настоящее время методы проектирования систем терминального управления представляют собой в эначительнои степени методы параметрического синтеза прн заданной (в боль шом числе случаев эврнстически) структуре управляющей системы Однако задачи оптимизации систем терминального управления ЛА, функционирующих в условиях нелинейных изменений пара метров движения, требуют привлечения методов не только пара метрического, но и структурного синтеза оптимальных систем 9.

Широкий круг задач, решаемых системами терминального управления, многообразие различных методов пх проектирования привели в настоящее время к необходимости и важности как с теоретической, так и практической точки зрения разработки качественной теории терминального управления, основными задачами которой являются установление условий существования и единственности решения, исследование топологической струк туры решений, областей управляемости и достижпмостп, множест ва установившпхся решений и т.д. Особое значение имеет разра ботва вопросов, связанных с обеспечением устойчивости оптимальных систем терминального управления. 1О.

Особенности применения и назначение многих типов ЛА обусловливают актуальность сокращения сроков создания систем терзшнального управления на всех этапах проектирования, испытаний и модернизации. Качественное решение атой проблемы также может быть получено лишь на основе создания, разработки и внедрения новых высокоэффективных принципов и методов терминального управления, реализующих концепцию совмещенного синтеза. 11.

Усложнение аадач, решаемых современныип ЛА, возрастание требований к точности управления неразрывно связаны с усложнением самих систем управления. Системы управления все в большей степени становятся комплекснымн, используют информацию разнообразных датчиков, объединяют большое число различных информационных и управляющих подсистеан В этом направлении особое значение с научной и практи ческой точек зрения приобретают вопросы, связанные с комплексной проработкой систем.

Комплекс систем управления должен прораоатываться уже на этапе проектирования, т. е. разработки алгоритзгнческого обеспечения многочисленных информационных и управляющих подсистем. Следует отметить, что использование традиционного прпнцппа разделения задачи терминального управления на программное управление п стабилизирующее встречает принципиальные сложности комплексной оптимизации систем, что объясняется различием критериев и показателей качества репгаемых прн проектировании задач. Поэтому комплексная проработка н оптимизация систем, оптимальная увязка их в единое целое могут быть проведены только на основе принципиально новых подходов и методов проектирования систем терминального управления 20 Коз К мплексный, системный подход к проектированию < пт .

оптимальных снстстем терминального управления летательных аппарат ппаратов являетс ст -, ва«кнейшпх направлений в области созда создания персп,тем управления и заключается в инт интеграции, г,е. а пнепнн многочисленных подсистем на все всех этапах и разраб<«т«<и с целью обеспечения «икси«ильнои эфч „и„, ости системы в целом (92). ч~ и „,,ел, ой степени указанные недостатки, свойст войственные ,,«,пюму пРшщппУ построениЯ систем теРминального л „пя, проявляются при разработке и создании больших ',„, зп ованных систем управления комплексами ЛА мпогоназн««ченпя. Подобные системы являются сложными проенно распределенными на значительной территории дпнанстемамп, включают в свой состав большое число развысокоподвижных ЛА, имеют сложную внутреннюю ,ш, каску«о и функциональную структуру с многочисленными «<освязяз«<«з«<,;«;дуподсистез«ами««элез«ентами системы,хаРактер зу«ется высокой днназ!Ичностью протекающих в них про, в и значительными объемами поступающей для обработки нф рмацнн, оставляющих мало времени для принятия решений.

„оез«у характеру задачи, решаемые ЛА в составе большой автоз<аткзпрованяой системы, сводятся к паведени«о в заданную точ„у пространства пли поверхности Земли, выведению на ва, нную траекторию (орбиту) движения за заданное время нчи осуществленьмо опеРативных траекторных маневров и относятся к классу задач терминального управления.

При этом разрабатываемые автоматизированные системы управления функционируют в условиях оольшого числа и высокой подвижности элементов системы, неопределенности момента начала функционирования и невозможности априорного распределения терминальных условий. В этик условиях использование традиционных принципов н методов терминального управления, основанных на априорном программировании траекторий движения, не позволяет обеспечить требуемую оперативность применения ЛА, гибкость системы в целом, является существенным ограничением автоматизации управления болыппми группами ЛА многоцелевого назначения. К числу принципиально новых требований, предъявляемых к системам тершшального управления ЛА, как элементам большой автоматизированной системы, относятся: разработка и реализация в аппаратуре бортовых вычислительных комплексов ЛА различных классов и назначений гибких методов и стратегий терминального управления, не связанных с фортгпровзгп«ом жестких программных траекторий и обеспечивающих возможность эффективного и высокоточного управления (наведения.

вь«ведения, маневрирования) в пространстве на основе только гп«формации о начальных и конечных (заданных) параметрах движения; обеспечение автономности бортовых вычислительных комплек- 21 ни зад«~! и !В! с и! ., авигации (оиредслецця в л яющи х в о ад метров движ ) ти алгоритмического обеспечен, ооесиечеиие оком диапазоне изменения печальны„ , е п вменения в шир вия ения вншиних везде и конечных параметров движен се!'о "РУ"а зад!!*! УпРавления и типов Л х те исп!и ДА для всего к, Указанных требований иоз Непосредственный сфор!!! лирова:, и. ф, .

ровать следу!ощие выводы: наиболее адекш екватиой проблеме реалцзацци 'правлю !я является стрзтегия с терминального уи а . управления, п пРедусматриваю!цаЯ ирогнозиРоваиие в ш полета конечных ечиых параметров движения или коорд ат Рой управленц фор«и!Руотси не ио отклоне жесткой в е! ой временной программной траектории, а ца о цш! мации о текУщих параметрах двцжеццЯ и значепицх ,Рог„ смой ошибки терминального управлецця ца к ! времени; обеспечение автономности связано с моделированием иа бор тоном вычислительном комплексе необходимого набора систем координат и соответствующих моделей Уравнений движения ЛА, реа;зизацией численных процедур преобразования сигналов дат- чиков первичной информации, прогнозирования параметров двв- жения и расчета параметров законов управления, режгцзующцх гибкие стратегии управления; решение проблемы обеспечения универсальности систем термц- нального управления ЛА, функционирующих в широком диапазо- не изх!енения параметров движения и внешних условц!!, акту- альность которой в значительной мере возрастает цмоино прц реализации гибких стратегий беспрограммцого управления, ког- да параметры движения и их изменение во времени априорно неизвестны, приводит к необходимости привлечения и развития методов оперативного оцеицвания состояния и идентификации па- раметров движения ц характеристик ЛА непосредственно в процес- се полета на основе обработки имеющейся измерительной инфор- мации.