Диссертация (785777), страница 2
Текст из файла (страница 2)
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2255.3.2Нейросетевое представление модели динамической системыс дискретным временем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2295.3.35.4Структурная корректировка полуэмпирической НС-модели . . . . . . . 233Пример формирования полуэмпирической НС-модели . . . . . . . . . . . . . . 23455.56Экспериментальная оценка полуэмпирической модели . . .
. . . . . . . . . . . 239Нейросетевое полуэмпирическое моделирование движения и идентификация характеристик летательных аппаратов6.1246Полуэмпирическое моделирование продольного угловогодвижения маневренного самолета . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2466.2Идентификация аэродинамических характеристик летательного аппарата . .
. 256Заключение268Список литературы272Приложения289А Результаты вычислительных экспериментов с адаптивными системами289Б Диаграммы информативности обучающих наборов для задачимоделирования продольного углового движения маневренного самолета6423Основные сокращенияАДТ— аэродинамическая трубаАДХ— аэродинамические характеристикиБПЛА— беспилотный летательный аппаратГЗЛА— гиперзвуковой летательный аппаратДАУ— дифференциально-алгебраическое уравнениеДС— динамическая системаКМ— композиционная модельЛА— летательный аппаратММ— математическое моделированиеНС— нейронная сетьОДУ— обыкновенное дифференциальное уравнениеОС— особая ситуацияОУ— объект управленияПМ— прогнозирующая модельРМНК— рекуррентный метод наименьших квадратовСАХ— средняя аэродинамическая хордаСКО— среднеквадратичная ошибкаСМ— сетевая модельСУВД— система управления воздушным движениемФБ— функциональный базисФК— фильтр КалманаФС— функциональная сетьЭМ— эталонная модельBP— Back PropagationBPTT— Back Propagation Through TimeEKF— Extended Kalman FilterGS— Gain SchedulingMLP— Multi-Layer Perceptron7MPC— Model Predictive ControlMRAC— Model Reference Adaptive ControlMSE— Mean Squared ErrorNARMAX— Nonlinear AutoRegressive network with Moving Average— and eXogeneous inputsNARX— Nonlinear AutoRegressive network with eXogeneous inputsNASP— National AeroSpace PlaneRMSE— Root Mean Squared ErrorRTRL— Real-Time Recurrent LearningTDL— Time Delay LineВведение1.
В ходе полета летательного аппарата (ЛА) возможно возникновение различного родаособых (нештатных) ситуаций (ОС). Эти ОС могут быть связаны, в частности, с выходомиз строя аэродинамических управляющих поверхностей, их приводов, других элементов системы управления, а также с различными повреждениями планера ЛА, меняющими аэродинамические характеристики и динамические свойства ЛА (например, частичное разрушениекрыла или оперения). В этой ситуации необходимо пытаться не допустить нарушения устойчивости движения ЛА и потери его управляемости. В целом ряде случаев это может бытьсделано путем соответствующей корректировки (перестройки) законов управления движением ЛА, реализуемых его системой управления. Такая корректировка, призвана, если толькоэто физически возможно, восстановить характеристики устойчивости и управляемости ЛАдо уровня, обеспечивающего безопасное продолжение и завершение полета.
Это выполняетсяза счет реконфигурации системы управления, т. е. перераспределения функций между органами управления, оставшимися исправными, отключения неисправных элементов системыуправления, а также за счет оперативного учета изменений, которым подверглись аэродинамические и динамические характеристики ЛА (при повреждении элементов планера ЛА).2. По степени опасности Нормами летной годности [1, 2] особые ситуации, связанные сотказами и повреждениями различных элементов, устройств и систем ЛА, воздействиямивнешней среды и т.
п., подразделяются следующим образом:усложнение условий полета;8сложная ситуация;аварийная ситуация;катастрофическая ситуация.Усложнение условий полета определяется как ОС, для которой характерно незначительное увеличение психофизиологической нагрузки на экипаж, либо незначительное ухудшениехарактеристик устойчивости и управляемости ЛА или летных характеристик ЛА. ОС данноговида не приводит к необходимости немедленного или не предусмотренного заранее изменения плана полета, а также не препятствует благополучному завершению полета.Сложная ситуация представляет собой ОС, для которой характерно заметное повышениепсихофизиологической нагрузки на экипаж, заметное ухудшение характеристик устойчивости и управляемости ЛА или летных характеристик ЛА. При таких ОС один или несколькопараметров полета могут выходить за эксплуатационные ограничения, но без достиженияпредельно-допустимых значений этих параметров.
Одна из основных задач при возникновении ОС типа «сложная ситуация» — не допустить перехода ее в аварийную или катастрофическую ситуацию.Аварийная ситуация — это ОС, при которой необходимой становится вынужденная посадка ЛА, или такая ситуация, предотвращение перехода которой в катастрофическую связанос высокой психофизиологической нагрузкой на экипаж. Предотвращение перехода аварийнойситуации в катастрофическую требует, как правило, высокого профессионального мастерстваэкипажа.Катастрофическая ситуация — такая ОС, при которой предотвращение гибели людейи/или потери ЛА практически невозможно.Следует подчеркнуть, что границы между перечисленными классами ОС являются размытыми.
А именно, одна и та же ситуация для двух экипажей с существенно разным уровнемпрофессиональной подготовки может попасть в категорию «аварийная ситуация» для экипажалучше подготовленного, и в категорию «катастрофическая ситуация» — для экипажа, подготовленного слабее. В еще большей степени отнесение возникшей ОС к тому или иному классузависит от реализуемых на борту ЛА алгоритмов управления. В частности, если алгоритмыуправления не включают средств переназначения органов управления, то потеря, например,руля высоты может привести к возникновению катастрофической ОС, если же такое переназначение есть, то потеря руля высоты может быть компенсирована, например, управлениемтягой двигателей ЛА.93. К числу возможных причин ОС относятся [1, 2]:отказы и повреждения функциональных систем ЛА (элементов планера ЛА, его силовойустановки, систем и оборудования);отказы и повреждения технических средств наземного комплекса систем управлениявоздушным движением (СУВД);действия функциональных систем ЛА и/или технических средств наземного комплексаСУВД, неадекватные сложившейся ситуации;неблагоприятные воздействия внешней среды;ошибочные, т.
е. неадекватные сложившейся ситуации, действия экипажа ЛА;ошибочные, т. е. неадекватные сложившейся ситуации, действия персонала наземногокомплекса средств СУВД;проявление неблагоприятных особенностей аэродинамики, устойчивости, управляемости и прочности ЛА.Перечисленные факторы могут действовать как по-отдельности, так и в разнообразныхсочетаниях. Применительно ко всем этим видам факторов, обеспечение требуемого уровнябезопасности полета ЛА может быть достигнуто сочетанием двух комплексов мер:предотвращение ОС с помощью мер как проектного характера, реализуемых в ходепроцесса создания ЛА, так и мер организационного характера, реализуемых при изготовлении ЛА (управление качеством), а также при его эксплуатации;если возникновение ОС все же не удалось предотвратить, то адаптация ЛА к новымусловиям.Во втором из этих вариантов речь идет, в первую очередь о том, чтобы не допуститьповышение степени опасности ОС, например, перехода сложной ситуации в аварийную и,тем более, аварийной в катастрофическую.
Далее, необходимо выполнить такой комплексмер, который позволил бы либо ликвидировать ОС, если это возможно, либо адаптироватьсяк ней таким образом, чтобы благополучно завершить полет.Что касается предупреждения возникновения ОС (путем прогнозирования ОС и принятиясоответствующих упреждающих мер), то эффективным средством здесь может быть предотвращение ошибочных действий экипажа за счет постоянного мониторинга параметров полета для недопущения их выхода за эксплуатационные ограничения и, тем более, превышения10предельно допустимых значений.
Частично подобного рода механизмы уже реализованы в системах управления ЛА. Например, современные электродистанционные системы управлениямогут автоматически распознавать отказы датчиков и элементов блока выработки управляющих команд, отключая обнаруженные неисправные элементы [3–5].Однако средствами этих систем практически невозможно справиться с ситуацией, возникающей при повреждениях органов управления ЛА (рули высоты и направления, элероны ит. п.), или, тем более, при частичном разрушении элементов конструкции ЛА, например, горизонтального оперения. Вследствие этого, зачастую особая ситуация перерастает из аварийнойв катастрофическую даже тогда, когда располагаемые силы и моменты вполне позволяют благополучно завершить полет, но возможностей системы управления оказывается недостаточно,чтобы перестроить схему управления применительно к новым условиям.
Примеры подобныхситуаций можно найти, например, в [7].4. Процесс перестройки (корректировки) законов управления движением ЛА, предпринимаемый для парирования ОС, принято именовать реконфигурацией [6–11], в ходе которойосуществляется параметрическая перенастройка этих законов и/или (при необходимости) изменение структуры этих законов 1 .Обеспечение безопасности полета ЛА путем реконфигурации системы управления выдвигает ряд задач, которые не могут быть решены средствами только традиционной диагностикии традиционной теории управления. Это обусловлено, главным образом, высоким уровнемнеопределенности в условиях решаемых задач: какие органы управления, элементы системыуправления и планера выйдут из строя, в каких комбинациях, каковы при этом будут значенияпараметров полета, каким из доступных в данный момент способов наиболее целесообразнореагировать на возникшую ОС и т.
п.Перечисленные обстоятельства диктуют необходимость поиска новых классов средств, которые позволили бы решать задачи повышения безопасности полета ЛА с учетом отмеченнойвыше специфики этих задач.Естественным инструментом реализации концепции реконфигурации законов управленияполетом ЛА является адаптация, обеспечивающая возможность оперативно приспосабливать1В ряде работ принято, наряду с реконфигурацией, выделять еще и реструктуризацию, основным содер-жанием которой является корректировка структуры алгоритма управления. В последующих разделах термин«реконфигурация» включает как параметрическую, так при необходимости и структурную корректировкузакона управления ЛА.11ся к изменениям в текущей ситуации за счет изменения параметров и/или структуры используемых законов управления.5.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
