Автореферат (Управление и оценка качества безопасного движения транспортных средств при их встрече)

На правах рукописиУДК- 629.7.017.1+519.852Чан Ван ТуенУПРАВЛЕНИЕ И ОЦЕНКА КАЧЕСТВА БЕЗОПАСНОГОДВИЖЕНИЯ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ ПРИ ИХ ВСТРЕЧЕСпециальность 05.13.01 – Системный анализ, управление и обработкаинформации (информатика, управление и вычислительная техника)АВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква – 2012Работа выполнена на кафедре «Системы автоматического и интеллектуального управления» Московского авиационного института (национального исследовательского университета) «МАИ».Научный руководитель:Официальные оппоненты:доктор технических наук, профессор,заслуженный деятель науки РФЛебедев Георгий Николаевичдоктор технических наук, профессор,заведующий кафедрой МГУПИСлепцов Владимир Владимировичдоктор технических наук, профессор,профессор МИРЭАМанько Сергей ВикторовичВедущая организация:ФГУП «ГОСНИИАС»Защита состоится «19» ноября 2012 г.

в 15 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д 212.125.11 в Московском авиационном институте (государственном техническом университете) по адресу: 125993, г.Москва, А-80, ГСП-3, Волоколамское шоссе, д. 4.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МАИ.Автореферат разослан «»2012 г.Учёный секретарьДиссертационного совета Д 212.125.11канд. тех. наук, доцентГорбачев Ю.В.2ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работы. При управлении подвижными объектами различного класса, такими как наземный городской транспорт, летательныеаппараты при маловысотном полете, речные и морские суда, возникаетпроблема обеспечения безопасности движения при встрече с различнымипрепятствиями.

Существующие методы автоматического управления позволяют синтезировать структуры линейных регуляторов в аналитическойформе, однако они не дают оценки степени риска при опасном сближениис препятствием.Между тем при ручном управлении человек испытывает реальныеощущения нарастания тревоги в случае недопустимого снижения безопасности движения, что вызывает последующую перестройку способа обходапрепятствий.

Поэтому целью настоящей работы является воспроизведениеповедения человека путем количественной оценки текущего риска в движении с помощью предложенной системы контроля и, главное, последующей перестройки системы управления на примере обхода препятствий привстречном движении.Целью диссертационной работы является повышение безопасностидвижения транспортных средств при их сближении путем непрерывнойоценки прогнозируемого риска их возможного столкновения и принятияпредупредительных мер при управлении движением.Для достижения этой цели в работе решены следующие задачи:1. Формулировка задачи оптимального управления безопасным движением и выбор метода ее решения на базе динамического программирования;2. синтез оптимального управления обходом неподвижного препятствия наземным и речным транспортом;3.

решение задачи безопасного встречного движения двух транспортных средств;34. формирование единой структуры одновременного контроля и управления безопасным движением транспортных средств;5. моделирование на ЭВМ процессов встречного движения наземноготранспорта и речных судов.Основными научными положениями, выносимыми на защиту,являются:1. интегральный критерий оптимальности управления безопаснымвстречным движением транспортных средств;2. представлениефункциирискастолкновениятранспортныхсредств с помощью правой части уравнения Беллмана;3. зависимость оптимального управления и контролируемой функции риска от продольных и боковых скоростей сближающихсятранспортных средств;4. комплексирование процедур контроля и управления в виде двухуровневой структуры принятия решений по управлению боковыми продольным решением.Научная новизна полученных результатов состоит в следующем:1.

В предложенный интегральный критерий введена переменнаяфункция штрафов, оценивающая вероятную стоимость прогнозируемого ущерба от столкновения при встрече транспортов в зависимости от боковой и продольной дальности до препятствия;2. С помощью динамического программирования найдена аналитическая форма контролируемой функции риска в виде правой части уравнения Беллмана;3. Показано,что функция риска возрастает при сближении с препятствием и при увеличении как скорости сближения, так и боковойскорости встречного транспорта, что отвечает физическомусмыслу решаемой задачи;44. Доказано, что при увеличении боковой и продольной скоростейвстречного движения минимальное расстояние между транспортами при встрече должно увеличиваться для большей безопасности.

С этой целью найдена в квадратурах зависимость оптимального управления от этих скоростей;5. Предложена двухуровневая структура интегрированного контроля и управления продольным и боковым движением. В случае недопустимо большого риска при управлении боковым движениемдля обхода препятствия сигнал предупредительной тревоги передается в другой канал продольного движения, в котором заданнаяскорость поступательного движения снижается, и прогнозируемый риск входит в норму.Достоверность полученных результатов подтверждается тем,чтосинтезированные алгоритмы контроля и управления получены с помощьюнаучно-обоснованных методов динамического программирования и аналитического конструирования оптимальных регуляторов. Полученные результаты моделирования и найденные зависимости адекватны физическому смыслу процессов безопасного движения транспортных средств.Практическая ценность результатов заключается в том, что включение в систему управления сигналов тревоги позволит существенно снизитьриск, если с помощью специальных измерительных средств контролировать движение встречного транспорта.

Такие средства на речном транспорте есть, и в этом случае предложенный подход применим в настоящее время.Кроме того, весьма перспективна демонстрация прогнозируемойфункции риска на различных тренажерах при обучении операторов поуправлению, чтобы своевременно обратить внимание на возрастание опасности встречного движения.5Апробация работы. Основные теоретические и прикладные результаты диссертационной работы докладывались и получили одобрение наМеждународной научно-технической конференции «Проблема автоматизации и управления в технических системах» (г.

Пенза, 2011) и на конференции «Научная сессия ГУАП» (г. Санкт-Петербург, 2010).Публикация. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 5 статьях и 2 докладах, среди которых 4 статьи включены в перечень изданий, рекомендованных ВАК.Структура и объем работы: Диссертация изложена на 96 стр., содержит 34 рисунков, список литературы из 64 наименований и состоит из5-ти глав.Глава 1 содержит общую постановку задачи. Глава 2 посвящена синтезу оптимального управления транспорта при встрече с неподвижнымпрепятствием. В главе 3 рассмотрены процессы контроля безопасностивстречного движения и его в реконфигурации процесса обхода препятствия. В главе 4 найден закон управления движением при встрече двухтранспортных средств. В главе 5 представлены результаты моделированиядвижения транспортных средств,подтвердившие эффективность предложенного подхода.ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность диссертационной работы, определена область исследований, сформулированы цель и задачи диссертации, изложены основные результаты, выносимые на защиту, их теоретическая и практическая значимость, отражены сведения о реализации и апробации работы.Первая глава посвящена анализу систем управления и контроля речного и наземного транспорта.

Установлено, что в существующих системахсигналы предупредительных тревог носят альтернативный характер и неиспользуются непосредственно для плавного регулирования. Система кон-6троля безопасности движения функционирует в основном отдельно от систем управления движением. Система управления в свою очередь, в томчисле при использовании оптимального управления, работает без непрерывного учета безопасности движения.Показано, что среди методов оптимального управления наиболее подходящим методом синтеза регуляторов является динамическое программирование, в частности известный метод аналитического конструированияоптимальных регуляторов.

При этом подходе кроме структуры регулятораопределяется также прогнозируемая функция риска,что весьма важно.Поэтому был сделан вывод о поэтапном решении задачи обеспечениябезопасного встречного движения транспортных средств. На первом этапеформируется оптимальное управление в предположении, что движениетранспортных средств при их встрече безопасно, и поэтому минимизируется интегральный штраф отклонения от заданной линии пути. На второмэтапе решается задачи контроля безопасности, и при появлении сигналапредупредительной тревоги осуществляется коррекция оптимальногоуправления, в частности, снижается скорость движения транспорта.Также в главе 1 приведена постановка задачи с учетом постоянногоштрафа за столкновение с препятствием.Дано:1. Заданы дифференциальные уравнения движения транспорта, описываемого динамической системой второго порядка x1' = dx2 + C1 ' x2 = − ax2 + buгде(1)x1 - координата бокового отклонения транспорта от заданной траекто-рии (фарватер), x2 - координата боковой скорости транспорта.72.

Поступательное движение транспорта происходит с заданной постоянной скоростью v 1 , в результате чего меняется длина y пройденного пути.3. Задан интегральный критерий качества J =tk∫(2)f0 ( x , u , t)dt0u2x2x2( x + C0 − D ) 2+ r1 1 + r2 2 + r3 1(3)- подынтегральное выра2222жение функционала J, учитывающего постоянный штраф r1 за от-гдеf 0 = r0клонение от фарватера, штраф r2 за боковую скорость, главныйштраф r3 за столкновения и штраф r0 за потраченную мощность приуправлении; x1 - удаление от фарватера или боковой путь ; x2 - боковая скорость транспорта; a, b - параметры объекта управления; C1 - боковая скорость течения; C0 - расстояние от фарватера до острова ; D заданная минимальная дистанция от управляемого объекта до препятствия;4.