Буков В.Н. Адаптивные прогнозирующие системы управления полетом (1987), страница 3

При достаточной избыточности источников информации (простых измерителей) и исполнительных агрегатов (приводов) практически все меры обеспечения надежности (кроме, возможно, обеспечения энергопитанием) сосредоточиваются в БЦВС и отражаются в аппаратуриой реализации н математическом'обеспечении 11.8, 1.181. Прн этом следует ожидать, что развитие идеологии многопараметрических адаптивных систем управления, предусматривающей оперативное приспособление к изменению состава источников информации и исполнительных агрегатов, а также обеспечивающей унифицированность математического обеспечения как различных задач управления, так н различных классов ЛА, является благоприятной почвой для построения высоконадежных перспективных систем управления полетом.

Почти все сказанное относится не только к пилотируемым ЛА, но и к беспилотным. Можно утверкдать, что, с одной стороны, весь комплекс задач, поставленных передперспективиымипоколениями ЛА, не может бьггь решен посредством традиционных методов управления и, с другой стороны, имеются и быстро расширяются принципиальные возможности построения высокоразвитых систем управления полетом. У адаптивных методов управления, по существу, нет альтернативъь 3 1.2.

Концепция адаптивного управления полетом Возникновение теории адаптивных систем относят ко второй половине 50-х годов [1.19, 1.201, хотя отдельные адаптивнъ~е системы и посвященнъюе им теоретические разработки появились значительно раньше. Область адаптивного управления и предмет теории адаптивных систем могут быть определены на основе следующего анализа. Процесс проектирования системы управления всегда предполагает наличие, во-первых, четко сформулированной цели управления, аво-вторых, априорной информации об объекте управления и о характере действующих на него возмущений.

Объем априорной информации при этом может быть различным и, за редким исключением„не является исчерпывающим. Однако в данном случае принципиальным является вопрос о достаточности или недостаточности располагаемой априорной информации об объекте для достижения сформулированной цели управления. Все системы управления, построенные с использованием априорной информации, достаточной для достижения цели управления, относятся к нмдаптивным, нли традиционным, системам управления независимо от реализуемого принципа управления, наличия обратной связи, случайности или детерминированности возмущений, используемых вычислительных средств и тд.

Если же объем располагаемой априорной информации о свойствах объекта не может обеспечить достижения сформулированной цепи управления, то речь должна идти об адаптивных системах управления. Таким образом, к адаптивным следует относить лишь такие системы управления, которые предназначены для функционирования в условиях априорной неопределенности и которые в процессе функционирования автоматически приспосабливаются к непредвиденным изменениям свойств объекта управления и внешней средь1.

Современный период развития теории н практики адаптивного управления тесно связан с быстро развивающимися средствами вычислений, в том числе и с БЦВС, способными решать достаточно сложные задачи в реалъном масштабе времени. Для этого периода характерны интенсивное увеличение количества публикаций по адаптивному управлению, быстрое развитие теоретических основ адаптации и возрастание числа попыток решения приклациыхэадач управления полетом на основе принципов адаптивных систем 1121 — 1.351. Не углубляясь в проблему классификации развиваемых в настоящее время подходов к построению адаптивных систем, укажем здесь только некоторые наиболее существенные признаки деления принципов адаптации.

По уровню формализации априорной неопределенности известные подходы делятся на: — параметрическую адаптацию, при которой априорная неопределенность заключается в недостаточном знании параметров (коэффициентов) управляемого объекта; 13 — непараметрическую адаптацию, лри которой априорная неопределен ность не связана непосредственно с какими-либо параметрами. В обоих случаях неопределенность уменьшается на основе последовательных наблюдений входных н выходных сигналов в процессе управления. Для задач управления полетом ближе ло постановке стоят задачи параметрической адаптации, так как управляемые процессы изучены настолько, что позволяют априорно получить структуру уравнений движения. По органиэации процесса адаптации используемые методы делятся на; — поисковые, для которых характерны процессы итеративного движения к достижению требуемого качества управления; — беспоисковые, основанные на использовании некоторых необходимых (достаточных) условий требуемого качества управления.

У систем поисковой адаптации формируются спецнальнымн устройствами детерминированные или случайные пробные сигналы нли создаются условия для возбуждения в объекте незатухающих колебаний, используемых как поисковые. Наличие пробных движений является основным недостатком поисковой адаптации, так как они не всегда допустимы по условиям функционирования обьекта. Это относится и к САУ ЛА. 'По целям организации адаптации можно вьщелить: — системы со специальными свойствами, в результате функционирования которых управляемый процесс приобретает некоторые обязательные свойства, в число которых могут быть включены устойчивость, чувствительность к каким-либо возмущениям илн ошибкам априорной информации, заданное расположение корней характеристического уравнения и тд.; — оптимальные системы, обеспечивающие минимизацию некоторых функционалов, отражающих качество управляемого движения. Более перспективным для управления полетом ЛА представляется использование беспоисковых систем с параметрической адаптацией.

В [1.9) показано, что простейшие формы адаптации, получившие распространение в серийнык САУ [136, 137) „и конкурирующие с ними формы стабилизации динамических свойств, сыгравшие и до сих пор играющие видную роль в САУ некоторых классов [15, 138, 139), не решают перечисленных выше современных проблем управления ЛА.

В некоторой мере это иллюстрирует рис. ! .4. Здесь перечислен ряд принципов адаптации н стабилизации динамических свойств, а также некоторые показатели в смысле возможности достижения различных эффектов. Концепция создания адаптивных систем управления, основанных на сочетании устройств (алгоритмов) идентификации динамических характеристик управляемого объекта н оценивання его состояния с регулятором, впервые сформулированная, наверное, в [1.40,1.41), получила дальнейшее развитие [1.42, 1.43) и является основной в современных исследованиях адаптивного управления полетом. Системы, построенные на основе этой концепции, позволяют максимально использовать априорную и получаемую в процессе управления информацию о структуре и параметрах ЛА.

При этом богатый опыт авиастроения н современные методы анализа характеристик ЛА представляют возможность в значительной степени облегчить проблему адаптивного управления полетом путем использования априорной информации о характеристиках ЛА. Как подчеркнуто в [1.44), |а втиниоаиия нечаст яройвссоо и расхода о«врыт на прадпвнав $ В ьч че :о ьъ в з Ь тихо «оаасопю немых фа«торов и настрое' вных параметр сссссс спт испо ипх свеса нс х почв« тирдопсао смнпфа сонин«осто пооптдсдедстбия торуптурным ионенвниян Ятиртстдив спвдииапынох нитвпсных битвам ое читы «тасоопируафанторсд и настраиваемых пара«атрид $Ф$ ьв принципы адотпаиии и тватиивадии динамичвспих сбсдстд Рис.

1.4. Сравнение различных принципов адаптации (илн снижения чувствительности к изменению параметров объекта) САУ лучше всего процесс идентификации строить в'виде отыскания поправок к теоретическим значениям всех аэродинамических характеристик, Наиболее развитым видом адаптивных систем управления являются, очевидно; ялаптивыые оптимальные.

системы управления (АдОСУ), которые сочетают высокую првспосабливаемость к условиям функшюнирования с оптимизацией управления движением и расхода энергии иа управление в смысле раданного критерия. Такие системы по целям и результатам функционирования приближаются к системам дуалъного управления 11451, выигрывая у них в вопросах реализуемости и уступая им разве что в организации взаимодействия процессов оцениваиия параметров и состояния с процессом управления. Если в системах дуального управлеяия эта связь является логическим следствием постановки задачи, то в АдОСУ ,форма этой связи, как правило, является изобретением автора. Ожидается, что реанюация систем адаптивного оптимального управления полетомдаствоэможность успешно решить многие проблемы создания и освоения новых поколений ЛА, так как эти системы позволяют: — существенно расширить диапазоны условий применения ЛА; — обеспечить комплексную оптимизацию выполнения возлагаемъпс на систему функций; — повысн)ь безопасность полета ЛА, в том числе и на предельных режимах (вблизи границ эксплуатационных областей режимов); — в значительной степени снизить временные и материальные затраты на разработку н освоение отдельных образцов техники как за счет высокого, недоступного ранее уровня унификации элементной базы систем управления, так и за счет снижения требований к натурным испьпаниям ЛА на начальных Стадиях их освоения; — сократить сроки отработки навыков пилотирования у летного состава благодаря возможности реализации оптимальных с точки зрения эргономики характеристик управляемости ЛА.

Достюкение этих результатов требует решения ряда теоретических и лриклацных проблем. Среди современных подходов к построению адаптивных систем управления полетом самолетов встречаются самые разнообразные теоретические посылки и технические приемы. Анализ публикаций 11.28-1351 позволяет сделать некоторые выводы о современном состоянии и иссл~туемых путях построения адаптивных систем управления полетом ЛА. 1. Концепция построения адаптивных систем управления полетом на основе соединения процессов идентификации и собственно управления является доминирующей.

2. Во всех известных исследованиях в качестве моделей управляемого процесса принимаются линеаризованные математические модели изолированных продольного и бокового движений. 3. Оценивание состояния управляемого процесса осуществляется на основе фильтра Калмана (либо вопросы оцеиивания состояния не обсуждаются — надо полагать, что в этих случаях точность измерения переменных движения ЛА предполагается приемлемой для решения задачи) .