Автореферат (Модели и алгоритмы определения приоритетного направления движения воздушного судна по заданным маршрутам)

На правах рукописиТое Вэй ТунМОДЕЛИ И АЛГОРИТМЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРИОРИТЕТНОГОНАПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЯ ВОЗДУШНОГО СУДНА ПО ЗАДАННЫММАРШРУТАМСпециальность 05.13.01Системный анализ, управление и обработка информации(авиационная и ракетно-космическая техника )( технические науки)АВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква-20152Работа выполнена на кафедре "Системы автоматического иинтеллектуального управления" Московского авиационного института(национального исследовательского университета) "МАИ".Научный руководитель:доктор технических наук, профессорЗайцев Александр ВладимировичОфициальные оппоненты:Алексеев Владимир Витальевич –доктор технических наук, профессорФГБОУ ВО "Тамбовскийтехнический университет",профессор кафедры.Мышляев Юрий Игоревич –кандидат технических наук, доцент,Калужский филиал ФГБОУ ВО"Московский государственныйтехнический университет имениН.Э. Баумана", доцент.Ведущая организация:Научно-производственный центравтоматики и приборостроения имениакадемика Н.А.

Пилюгина.Защита состоится « 15 » сентября 2016 г. в 13:00 часов на заседаниидиссертационного совета Д 212.125.12 ФГБОУ ВО при Московском авиационноминституте (национальном исследовательском университете) "МАИ". По адресу:125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, д.4, зал заседания Ученого СоветаМАИ.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ФГБОУ ВОМосковского авиационного института (национального исследовательскогоуниверситета) "МАИ".Автореферат разослан «» _____ 2016 г.Ученый секретарьдиссертационного совета Д 212.125.12к.т.н.Старков А.В.3Актуальность темы диссертации. В настоящее время все большевнимания при эксплуатации воздушных судов (ВС) уделяется вопросамбезопасности пассажиров и экипажей.

В то же время, следует заметить, что насегодня до 35 % ошибок летного состава провоцируется эргономическиминедостатками средств информации и органов управления, состоянием пультов иобзора из кабины, расположением приборов и конечным предоставлением имипоказаний, методами обучения. Не менее 2/3 отказов приборов управления натренажерах моделируется искаженно. Как отмечает профессор Пономаренко В.А.,из всех отказов, имитируемых в воздухе, в 95% случаев отрабатываются лишьдействия по ликвидации отказа, а не по его распознаванию. Центральное жезвено – принятие решения – фактически не отрабатывается.Отсюда – очень важные и правильные решения, что наиболее сложные иопасные операции, к которым относится посадка воздушного судна, могутпроводиться в автоматическом режиме.Среди задач, решаемых с помощью автопилотов воздушных судов, важноеместо занимают вопросы оптимизации и управления по маршрутам движения,особенно, пространственных разворотов.При движении ВС в автоматическом режиме возможны прерывания (сбои)в функционировании системы управления (СУ ЛА), в первую очередь, бортовойцифровой вычислительной машины (БЦВМ).

Причины подобных сбоевизложены в работах профессора Рыбникова С.И. Если после прерывания непровести восстановления навигационных параметров, то это может привести ксамым непредвиденным последствиям.В связи с этим в работе сформулирована математическая постановказадачивосстановления вектора кажущейся скорости (ВКС), описанаматематическая модель задачи оптимизации. Представлена методика,позволяющая на основе использования информации о динамике движения ВС идлительности прерывания работы БЦВМ, моделировать процесс восстановленияВКС. В данной методике реализуется последовательное решение частных задачпо восстановлению ВКС: при одиночном сбое - восстановление информации вБЦВМ осуществляется по результатам прямого прогноза; при длительномпрерывании - задача прогноза решается как в прямом, так и в обратномнаправлениях.Решение описанной задачи и позволило провести разработку логическойсистемы управления полетом воздушного судна, ориентированной напланирование маршрута полета через пункты, информация о которых известназаранее или поступает во время полета.Разрабатываемая система реализует программное управление.

Важнымявляется тот факт, что применение разработанных алгоритмов позволит4бортовому вычислителю осуществлять расчет оптимального, по выбранномукритерию, маршрута движения воздушного судна.Степень проработанности темы исследования. Одним из актуальныхнаправлений применения современных информационных технологий вуправлении воздушными судами сегодня является автоматизация расчетовпроцессов движения и прогнозирования областей достижения, в основе которыхлежат современные алгоритмы экстраполяции.Существующее информационное обеспечение программно-техническихсредствавтоматизациидостаточноразнообразно.Этообусловленоразнообразием задач, решаемых автоматизированными информационнымисистемами (АИС) в интересах обеспечения функционирования бортовыхсистемам управления ВС.

Тем не менее, несмотря на многообразие видов АИС,их информационное обеспечение не позволяет полностью преодолеть такиенедостатки бортовых систем управления как, субъективизм, невысокаядостоверность принимаемых решений. Следствием этого является неоптимальное управление траекторией движения ВС.Поэтому тема данной диссертационной работы, посвященнаясовершенствованию системы управления движением ВС, а именно,программному управлению, которое строится в ходе полета и прогнозированиюего с использованием терминального вектора фазовых координат, являетсяактуальной.Объектом исследования в настоящей работе является формированиеподхода определения рационального, с точки зрения успешного решения задачи,направления движения воздушного судна по допустимым маршрутам.Предметом исследования являются модели и алгоритмы программногоуправления движением воздушного судна по допустимым маршрутам.Целью диссертационной работы является обеспечение требуемого, сточки зрения энергозатрат и вычислительной эффективности, программногоуправления на интервале движения воздушного судна в условиях возможногопрерывания в решении навигационной задачи.Научная задача, решаемая в диссертационной работе, заключается вразработке модели и алгоритмов программного управления движениявоздушного судна в условиях возможного отсутствия навигационныхпараметров.

Причиной подобного временного прерывания в функционированиисистемы управления могут быть, в частности, так называемые, не градиентныевозмущения различной физической природы.Для достижения сформулированной цели в работе последовательнорешения следующие частные научно-технические задачи.51.Проведен сравнительный анализ подходов к планированиюмаршрута полета.2.Проведен анализ существующих методов и подходов к решениюзадачи восстановления навигационных параметров, в первую очередь, компонентвектора кажущейся скорости.3.Разработан алгоритм программного управления воздушнымсудном с учетом фактора восстановления вектора кажущейся скорости.4.Проведена оценка эффективности применения разработанныхмоделей и алгоритмов путемимитационного моделирования программыуправления в условиях прерывания в получении навигационных параметров.5.Предложены методические рекомендации по использованиюразработанного подхода для оценки и прогноза движения воздушного судна.6.Сформулированы предложения по повышению качестваинформационного обеспечения лиц, принимающих решение, для оперативногоанализа и управления воздушным судном с использованием разработанноймодели на основе метода программного управления.Научная новизна1.

Проведен анализ особенностей движения воздушных судов позаданным маршрутам, выявлена роль системы программного управлениявоздушным судном по сложным маршрутам.2. Разработаны алгоритмы восстановления навигационных параметров ипрогноза управляющих воздействии на основе обобщенного квадратичногопоказателя качества.3. Представлен подход определения приоритетного направлениядвижения воздушного судна в условиях прерывания в получении навигационныхпараметров сиспользованием оценки терминального вектора фазовыхкоординат. Доказано, что точность максимальна для гладких участков полета.4. Информационное и методическое обеспечение программногоуправления с идентификацией внешних возмущений позволяет обеспечитьнеобходимую близость возмущенной траектории к номинальной.Теоретическая и практическая значимость результатов работы.Теоретическая значимость результатов работы состоит в обоснованиивозможности формирования программного управления на основе обобщенногоквадратичного показателя качества с учетам оценки действующих возмущений.Практическая значимость исследования определяется тем, чтосоздаваемые, на основе разработанных моделей и алгоритмов, программныесредства обеспечивают не только решение задач построения оптимального6маршрута движения ВС, но и, на этапах проектирования и опытной эксплуатациисистем управления ВС, позволяютоптимизировать структуру системинформационного обеспечения.Кроме того, разработанные модели и алгоритмы могут бытьинтегрированы в существующие управляющие и информационные системы ВСгосударственной авиации.Методологические основы и методы исследования.