Диссертация (Разработка алгоритмов комплексирования навигационных систем летательных аппаратов), страница 3

Но применение такого критерия к нелинейной системе негарантирует ее устойчивости. Таким образом, в общей постановке задачи синтеза15не решена задача о глобальной асимптотической устойчивости нелинейнойсистемы с управлением, синтезированным с применением SDC-метода.Работоспособность представленного нелинейного алгоритма управленияпродемонстрировано путем моделирования погрешностей ИНС по даннымлабораторного эксперимента с реальной грубой системы Ц060К.Четвертаяглавапосвященасозданиюспособаформированияалгоритмического обеспечения НК на основе подхода динамического системногосинтеза.

Исследован способ формирования алгоритмического обеспечения НК спеременной структурой, который основан на концепции системного синтеза.Приборный состав комплекса выбирается в процессе его функционирования,математические модели, используемые в алгоритмах коррекции строятся длясамых эффективных переменных вектрора состояния на каждом интервалеработы НК. Определение переменных состояния, которые будут использоватьсяна каждом интервале работы комплекса происходит непостредственно в процессеполета на основе ансамбля критериев селекции.

Системный синтез моделейпроисходит в динамике, т.е. зависит от режима полета ЛА.В алгоритмическомобеспеченииНКиспользуютсямоделисмаксимальнымистепеняминаблюдаемости и идентифицируемости (Балонин, Балакришнан, Неусыпин,Пролетарский) и управляемости (Кузовков Н.Т., Неусыпин К.А., Фам Суан Фанг)переменных состояния.Реализация алгоритмического обеспечения НК осуществляется на бортуЛА, поэтому для упрощения алгоритмического обеспечения и в тоже времяповышения точности навигационных определений использована концепциясистемного синтеза.

Применение системного синтеза в системах управления ЛА ив НК предполагает анализ априорной информации и на его основе определениенаилучшей конфигурации структур исследуемых объектов [6,7]. При выбореструктуры комплекса во время интенсивного маневрирования аппарата возможновозникновение эффекта старения измерений и, как следствие, выделениенеоптимальнойструктурыНК.Такимобразом,снижаетсяточность16навигационных определений.

Данный недостаток может быть скомпенсированпри использовании системного синтеза для выбора структуры комплекса исостава вектора состояния математическох моделей непосредственно в полете.Данный подход назван динамическим системным синтезом.Размерность русла (количество ключевых параметров, которые достаточнохорошо определяют исследуемый процесс), как правило, невелика. На практикеразмерность русла может быть определена на основе априорной информации иапостериорной информации об объекте исследовани. Так же на определениеразмерности русла влияют вычислительные возможности БЦВМ, установленнойна борту ЛА.При определении русла применяется разработанная методика: формируетсяансамбль критериев, на основании которого и выбираются доминирующиепараметры.Порезультатамобработкиинформацииопределяетсянаилучший(оптимальный) состав комплекса. Во время работы НК проводятся измерения,рассчитываются значения критериев селекции (при использовании каждоговнешнего датчика навигационной информации в совместной работе с ИНС),осуществляется построение прогнозирующей модели и прогноз, проводитсяоценивание вектроа состояния, который включает в себя ошибки ИНС,производитсякоррекцииошибокИНС,выявляется оптимальныйсоставкомплекса, который и будет использован на донном интервале работы ЛА(интервал прогнозирования).Для того, чтобы получить наиболее достоверную информацию в блокекомплексирования и сравнения используется ансамбль критериев, к составкоторого дополнительно включены критерий степени наблюдаемости, критерийстепени управляемости и критерий степени идентифицируемости.

Следовательнопри формировании структуры комплекса на основе системного синтезаприменяются только хорошо наблюдаемые, идентифицируемые и управляемыепеременные состояния.17Такимобразом,представленавозможностьпримененияконцепциисистемного синтеза для разработки структуры НК ЛА. Для формированиямоделей погрешностей навигационных систем предложено применять в качестведоминирующихпараметровпеременныесостояниясповышеннымихарактеристиками наблюдаемости. Взаимосвязанность используемых переменныхсостояния вычисляется при помощи алгоитма построения линейных трундов иалгоритма самоорганизации.

Применение ситемного синтеза для формированияалгоритмического обеспечения НК ЛА дает возможность реализовыватьалгоритмическое обеспечение в современных серийных БЦВМ.ПриопределенииоптимальнойструктурыНКвкритерияхкомплексирования вместо априорной информации о наблюдаемых компонентахвекторасостоянияиспользованырезультатыпрогноза.Алгоритмическоеобеспечение НК предложено разрабатывать с использованием концепциисистемногосинтеза,позволяющегоформироватьмоделитолькодлядоминирующих параметров, существенно упрощающих реализацию алгоритмов вБЦВМ ЛА.В пятой главе представлены результаты экспериментальных исследованийразработанных алгоритмов.Представленырезультатыматематическогомоделированиясиспользованием тестовых моделей погрешностей ИНС.Результат моделирования погрешности ИНС в автономном режиме и скоррекцией, полученной посредством редуцированного алгоритма управления,адаптивного алгоритма управления и разработанного нелинейного алгоритмауправления.РезультатымоделированияпореальнымданнымИНСЦ060Кпродемонстрировали работоспособность использованного нелинейного алгоритмауправления,базирующегосянаSDC-представлениинелинейноймоделипогрешностей ИНС.

С помощью разработанного алгоритма управления удаетсясущественно повысить точность навигационных определений летательного18аппарата.Представлены результаты работы НК с интеллектуальной компонентой, атакже результаты применения в алгоритмах комплексирования концепциидинамического системного синтеза.Работоспособность разработанных алгоритмов продемонстрирована сиспользованием данных полунатурного эксперимента с реальной ИНС.Проведен анализ результатов моделирования и сравнительные точностныехарактеристики разработанных алгоритмов.В заключении приведены основные результаты диссертационной работы.19Глава 1.

СОВРЕМЕННЫЕ НАВИГАЦИОННЫЕ КОМПЛЕКСЫ ЛА1.1. Структуры навинационных комплексов ЛАВсвязисусложнениемзадач,которыерешаютсяприпомощинавигационных систем все большее число различных навигационных систем идатчиков позволяют осуществлять комплексную обработку информации [39, 59].Совместная обработка информации от нескольких систем или датчиковназывается комплексированием. Совокупность различных навигационных системи датчиков, связанных при помощи алгоритмическго обеспечения называетсянавигационным комплексом (НК) [1, 18, 29, 33].В состав НК, как правило, включают оборудование различное по принципудействия, характеристикам и т.д.

Таким образом обеспечивается решенияпилотажно-навигационных задач при любых условиях полета.Примерный состав современного пилотажно-навигационного комплекса(ПНК) предствален на Рис. 1.1.20Рис. 1.1. Типовой состав пилотажно-навигационного комплекса.В ПНК, построенных по данной схеме присутствует разделение нафункциональные группы.Состав информационно-управляющего поля кабины ЛА:- органы управления ЛА- средства ввода-вывода (многофункциональный индикатор (МФИ),многофукциональный пульт управления (МФПУ), и т.д.)Состав навигационного оборудования:- инерциальные навигационные системы (ИНС)- спутниковые навигационные системы (СНС)- ДИСС- система воздушных сигналов, и т.д.21Состав электронно-вычислительной среды-БЦВМТакже в состав ПНК входят прочие системы, которые предназначены длярешения специальных задач и обеспечения информационного взаимодействиявсех систем.Краткая характеристика элементов навигационных систем и датчиков,входящих в состав ПНК:1.Инерциальные датчики (ИНС, курсовертикаль) – имеют высокую точность,обладают автономностью.

Недостаток – высокая стоимость.2.СНС – имеют высокую точность, достаточно низкую стоимость. Недостаток– малая помехозащищенность, неавтономность.3.Радионавигационные системы (РСБН, АРК, и т.д.) – дают возможностьпользоваться наземными средствами навигации. Недостаток – невысокаяточность, неавтономность.4.Автономные системы (СВС, ДИСС, и т.д.) – имеют высокую надежность,автономность. Недостаток – низмкая точность.В развитии ПНК выделяют следующие основные этапы.Этап 1.

(до 1918 г.)Бортовоеоборудование–простейшиеавиационныеприборы(механические, пневматические), вспомоготельные средства, предназначенныедля нахождения поправок к показаниям приборов. Полеты выполнялись только всветлое время суток, в простых метеоусловиях. Полеты в ночное времяосуществлялись только при черезвычайных ситуациях.22Этап 2.