Диссертация (785777), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Возможность существенно повысить безопасность полета и живучесть ЛА — это толькочасть комплекса серьезных проблем авиационной техники, для решения которых целесообразно привлекать концепцию адаптивности систем. Данный комплекс в целом связан, в первуюочередь, с созданием высокоавтоматизированных и роботизированных ЛА, как пилотируемых, так и беспилотных. Для пилотируемых ЛА данная проблема выражается в необходимости создания высокоэффективных систем-помощников для членов экипажа. Однако наиболеесерьезно эта проблема стоит для роботизированных беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), обладающих высокой степенью самостоятельности (автономности) при решении имиразличных целевых задач военного и гражданского характера в самых разнообразных условиях [12–24].
В числе этих задач можно указать следующие:разведка и целеуказание;ударные задачи (наземные, надводные и подводные цели);перехват воздушных целей;завоевание превосходства в воздухе;транспортировка грузов и снабжение войск;спасательные операции на суше и на море;работы по ликвидации последствий природных и техногенных катастроф;патрулирование, выявление угроз, охрана объектов;мониторинг состояния линий электропередач, трубопроводов, лесных массивов;аэрофотосъемка, ледовая разведка и разведка рыбных ресурсов;выполнение монтажных операций различного рода.Задачи этих классов решаются, в основном, с помощью пилотируемых летательных аппаратов (самолетов и вертолетов).
Применение в данной сфере БПЛА совместно с пилотируемыми ЛА, а в ряде случаев и вместо пилотируемых ЛА, привлекательно в силу следующихпричин:существенно более высокая относительная доля полезной нагрузки для БПЛА по сравнению с пилотируемыми ЛА за счет отсутствия на борту экипажа, а также средствобеспечения его жизнедеятельности и функционирования;12возможность реализации существенно более энергичного маневрирования БПЛА в сравнении с пилотируемыми ЛА за счет повышения допустимого уровня располагаемыхперегрузок;возможность создания малоразмерных летательных аппаратов, существенно менее дорогих в производстве и эксплуатации;возможность решать требуемые целевые задачи в условиях, когда непосредственноеучастие человека нежелательно или недопустимо (радиационная обстановка, неприемлемый уровень риска и т. п.).6. Применение БПЛА будет по-настоящему эффективным, только если они будут в состоянии решать поставленные перед ними задачи в максимально автономном режиме, т.
е.с минимальным участием человека, которое должно в этом случае сводиться, в основном,к постановке задач, контролю их исполнения, а также, при необходимости, к корректировкецелей летной операции уже в ходе полета. Данная ситуация обусловлена потенциальной уязвимостью любых радиоканалов связи, требуемых для БПЛА в дистанционно пилотируемыхвариантах. Кроме того, в ряде случаев реагирование на усложненную и быстро меняющуюсяобстановку может оказаться за пределами психофизиологических возможностей человекаоператора (объем внимания, скорость реагирования).Таким образом, важнейшее требование к БПЛА состоит в том, что они должны обладатьвысоким уровнем самостоятельности при решении поставленных перед ними задач.
Чтобысоответствовать этим требованиям, роботизированные БПЛА должны уметь:достигать поставленных целей в высокодинамичной среде со значительным числом разнородных неопределенностей в ней, с учетом возможного противодействия;корректировать поставленные цели, а также формировать новые цели и комплексы целей, исходя из заложенных в систему управления поведением БПЛА ценностных и нормативных установок (мотивации);уметь оценивать текущую ситуацию на основе многостороннего восприятия внешней ивнутренней среды, уметь формировать прогноз развития ситуации;добывать новые знания, накапливать опыт решения разнообразных задач, обучаться наэтом опыте, модифицировать свое поведение на основе полученных знаний и накопленного опыта;13адаптироваться к виду задач, в решении которых возникает необходимость, в том числеобучаться решению задач, не предусмотренных первоначальным проектом системы;образовывать группировки, нацеленные на взаимодействие их членов при решениинекоторой общей задачи.7.
Решение перечисленных выше задач с помощью роботизированного БПЛА на уровне,не уступающем, по крайней мере, тому уровню, который можно обеспечить с помощью пилотируемых ЛА, требует радикального пересмотра подходов к созданию алгоритмов управлениявсеми элементами процесса функционирования БПЛА. В робототехнике совокупность всехвидов процессов функционирования робота принято именовать поведением робота. Соответственно, имея в виду всё усиливающиеся тенденции роботизации БПЛА, принято говорить озадаче управлением поведением БПЛА как о реализации всех видов его функционирования,необходимых для выполнения перечисленных выше целевых задач.
Управление поведениемБПЛА включает такие элементы, как:планирование летной операции, управление ее выполнением, корректировка плана приизменении ситуации;управление движением БПЛА, включая его траекторное движение (в том числе наведение и навигацию) и угловое движение;управление решением целевых задач (управление действием наблюдательной и разведывательной аппаратуры, управление применением оружия, управление действием средстввыполнения монтажных операций и т.п.);управление взаимодействием с другими ЛА, как беспилотными, так и пилотируемыми, при выполнении поставленной задачи группировкой ЛА, в которую входит данныйБПЛА.Алгоритмы управления (формирования управляющих воздействий, принятия решений науправление) в качестве исходных данных должны использовать информацию о целях операции, а также об обстановке, характеризуемой оценками текущей и прогнозируемой ситуации,в которой выполняет задачу БПЛА.
Эта ситуация складывается как из внешних составляющих (состояние окружающей среды, состояния и действия партнеров и противников), так ииз внутренних (данные по диагностике состояния и оценкам работоспособности конструкциии систем ЛА). Средства получения этой базовой информации также должны включаться всостав комплекса алгоритмов, реализующих требуемое поведение роботизированного БПЛА.148. Удовлетворение перечисленных выше требований возможно лишь, если наделить системы управления поведением БПЛА развитыми механизмами, позволяющими им приспосабливаться (адаптироваться) к существенно меняющейся ситуации, а также обучаться, извлекатьопыт и знания из выполняемой деятельности для использования их в дальнейшем.
Подобныемеханизмы должны обеспечивать решение двух важнейших задач:восприятие обстановки с оценкой текущей ситуации и прогнозом ее развития;формирование поведения БПЛА как совокупности целенаправленных реакций на текущую и/или прогнозируемую ситуацию.Реализация этих механизмов обеспечивает возможность создавать адаптивные и интеллектуальные системы управления поведением БПЛА. Использование подобных систем позволитразрабатывать высокоавтономные роботизированные БПЛА, предназначенные для эффективного решения сложных целевых задач, успешно действующие в условиях неопределенностикак одиночно, так и в составе группировки. Еще одно важное следствие применения средствадаптивного и интеллектуального управления поведением БПЛА состоит в том, что появляется возможность резко повысить выживаемость ЛА при возникновении серьезных повреждений его конструкции и отказов бортового оборудования.9.
При реализации перечисленных выше функций, как в процессе создания, так и при последующей эксплуатации ЛА различных видов значительное место занимает решение такихклассов задач, как анализ поведения динамических систем (ДС), синтез алгоритмов управления для них, идентификация их неизвестных или неточно известных характеристик. Критически важная роль при решении задач этих трех классов принадлежит математическим икомпьютерным моделям динамических систем.Традиционными классами математических моделей для технических систем являются обыкновенные дифференциальные уравнения (для систем с сосредоточенными параметрами) идифференциальные уравнения в частных производных (для систем с распределенными параметрами). Применительно к управляемым динамическим системам в качестве аппарата моделирования наибольшее распространение получили обыкновенные дифференциальные уравнения.
Эти модели, в сочетании с соответствующими численными методами, широко используются при решении задач синтеза и анализа управляемого движения летательных аппаратовразличных классов. Аналогичные средства используются также и для моделирования движения динамических систем других видов, включая надводные и подводные аппараты, наземныедвижущиеся средства и т. п.15Методы формирования и использования моделей традиционного типа к настоящему времени достаточно детально разработаны и с успехом применяются для решения широкогокруга задач.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
