Экспериментальные исследования в целях синтеза математической модели интеллектуальной поддержки летчика
Просмотров: 2098
2015 год
Себряков Г. Г., Корсун О. Н., Набатчиков А. М., Бурлак Е. А. Экспериментальные исследования в целях синтеза математической модели интеллектуальной поддержки летчика // Восьмая Всероссийская мультиконференция по проблемам управления / Материалы 8-й Всероссийской мультиконференции: в 3 т. – Pостов-на-Дону : Издательство Южного федерального университета, 2015. – Т. 1. – С. 147-150.
Мероприятие: Восьмая Всероссийская мультиконференция по проблемам управления
АРХИВ на сайте конференции
АРХИВ на сайте конференции
В настоящее время, несмотря на прилагаемые усилия в области безопасности полетов, большинство авиационных инцидентов происходит по причине так называемого "человеческого фактора", на долю которого, как и в середине XX века приходится 60% - 70% инцидентов [1, 2].
Эффективным путем решения проблемы представляется детальное исследование взаимодействие человека-оператора и летательного аппарата, согласование возможностей человека и машинной части системы. При этом важная роль принадлежит модели деятельности лётчика в процессе пилотирования.
Современная авиационная техника предъявляет жёсткие требования к скорости управляющих воздействий пилота. Такие условия делают неприемлемым использование принятых в настоящее время моделей, базирующихся на описании "среднестатистического" оператора, обладающего некой "усредненной" реакцией и прочими среднестатистическими характеристиками. Поэтому необходимо учитывать индивидуальные особенности лётчика.
Специалистами ГосНИИАС и МАИ проводятся исследования по созданию индивидуально-адаптированных моделей пилотов, постоянно обновляемых в процессе профессиональной деятельности летчиков с учетом их текущего опыта, квалификации и изменения психофизиологических реакций [3].
В ходе данных исследований, целесообразно использовать полунатурные моделирующие стенды. Подобные стенды применяются для отработки систем бортового оборудования, оценивания режимов ручного и автоматизированного управления, а также для проверки алгоритмов обработки и анализа полетных данных. В таких стендах вычисления и операции ввода-вывода необходимо выполнять в реальном масштабе времени, что обусловлено наличием в контуре моделирования реального бортового оборудования и, в необходимых случаях, человека-оператора [4]. При этом одним из важнейших требований является необходимость точной синхронизации сигналов, особенно входящих в разные информационные потоки, поскольку рассогласования по времени, не соответствующие процессам в моделируемом объекте, могут приводить к сбоям в реальном оборудовании, входящем в состав стенда, искажениям характеристик ручного пилотирования, погрешностям результатов послеполетной обработки.
Традиционным решением является применения операционных систем (ОС) реального времени [5]. Этим исключается возможность использования при полунатурном моделировании широко распространенных ОС семейства Windows. Между тем существующие ОС Windows имеют ряд достоинств: низкая стоимость, удобство работы, наличие многочисленных приложений, упрощающих разработку программ моделирования, а также обработку и документирование результатов [4]. Поэтому актуальным является исследование и оценка возможностей ОС Windows по обеспечению синхронности информационных потоков в реальном масштабе времени [6].
В современных пилотажных стендах большое внимание уделяется визуализации (приборной панели и внекабинной обстановки) и взаимодействию оператора с оборудованием летательного аппарата (ЛА), диспетчером, оборудованием аэродрома, тактической обстановкой. Однако такие стенды, как правило, дороги, требуют организационных усилий как при создании, так и в процессе эксплуатации. Модификация, в силу сложности и многозадачности программного обеспечения, сильно затруднена или может быть формально запрещена условиями сертификации. Поэтому возникает "ниша" других стендов: быстро создаваемых при помощи простых средств, однако включающих точную и корректную модель динамки ЛА и его системы управления. Подобные стенды находят широкое применение при решении большого класса задач пилотирования и обработки полётных данных.
Схема захода на посадку, выполняемая операторами на стенде в целях получения экспериментальных данных для формирования модели летчика, представлена на рисунке 1. Этот маневр является одним из наиболее опасных этапов полета. Другая особенность захода на посадку состоит в достаточно жесткой регламентации действий пилота при наличии некоторого разрешенного диапазона отклонений, характеризующих индивидуальные особенности конкретного летчика.
Для удержания ЛА на линии глиссады, в составе стенда предусмотрена индикация оператору изображения пилотажно-навигационного прибора, показывающего величину углового рассогласования относительно глиссады в горизонтальной и вертикальной плоскостях в виде отклонения планок от центрального положения.
Аэродинамические характеристики математической модели ЛА и параметры комплексной системы управления приведены в соответствие с посадочной конфигурацией моделируемого самолета.
При моделировании захода на посадку задаются начальные условия (дальность до среза взлетно-посадочной полосы, высота и скорость полета) и выполняется автоматическая балансировка самолета, что существенно снижает общие затраты времени на проведение экспериментов.
В результате исследований разработана модель действий пилота при выполнении посадочного режима на основе нейронной сети с привлечением накапливаемых реальных полетных данных. Показано, что лучшей, в рамках данной задачи, архитектурой нейросетевой модели является двухслойный персептрон. Реализован алгоритм «обучения» нейросетевой модели с использованием реальных полетных данных, источником которых являются бортовые средства регистрации. Предложен способ контроля и индивидуально-адаптированной поддержки летчика на основе разработанной нейросетевой модели путем коррекции положения курсо-глиссадных планок за счет добавления индивидуальных «стимулирующих» поправок. Проведены предварительные исследования эффективности разработанных алгоритмов с использованием результатов моделирования посадочных режимов на аппаратно-программном симуляторе самолета.
Работа выполнена при поддержке РФФИ, проект 15-08-06767-а.
Эффективным путем решения проблемы представляется детальное исследование взаимодействие человека-оператора и летательного аппарата, согласование возможностей человека и машинной части системы. При этом важная роль принадлежит модели деятельности лётчика в процессе пилотирования.
Современная авиационная техника предъявляет жёсткие требования к скорости управляющих воздействий пилота. Такие условия делают неприемлемым использование принятых в настоящее время моделей, базирующихся на описании "среднестатистического" оператора, обладающего некой "усредненной" реакцией и прочими среднестатистическими характеристиками. Поэтому необходимо учитывать индивидуальные особенности лётчика.
Специалистами ГосНИИАС и МАИ проводятся исследования по созданию индивидуально-адаптированных моделей пилотов, постоянно обновляемых в процессе профессиональной деятельности летчиков с учетом их текущего опыта, квалификации и изменения психофизиологических реакций [3].
В ходе данных исследований, целесообразно использовать полунатурные моделирующие стенды. Подобные стенды применяются для отработки систем бортового оборудования, оценивания режимов ручного и автоматизированного управления, а также для проверки алгоритмов обработки и анализа полетных данных. В таких стендах вычисления и операции ввода-вывода необходимо выполнять в реальном масштабе времени, что обусловлено наличием в контуре моделирования реального бортового оборудования и, в необходимых случаях, человека-оператора [4]. При этом одним из важнейших требований является необходимость точной синхронизации сигналов, особенно входящих в разные информационные потоки, поскольку рассогласования по времени, не соответствующие процессам в моделируемом объекте, могут приводить к сбоям в реальном оборудовании, входящем в состав стенда, искажениям характеристик ручного пилотирования, погрешностям результатов послеполетной обработки.
Традиционным решением является применения операционных систем (ОС) реального времени [5]. Этим исключается возможность использования при полунатурном моделировании широко распространенных ОС семейства Windows. Между тем существующие ОС Windows имеют ряд достоинств: низкая стоимость, удобство работы, наличие многочисленных приложений, упрощающих разработку программ моделирования, а также обработку и документирование результатов [4]. Поэтому актуальным является исследование и оценка возможностей ОС Windows по обеспечению синхронности информационных потоков в реальном масштабе времени [6].
В современных пилотажных стендах большое внимание уделяется визуализации (приборной панели и внекабинной обстановки) и взаимодействию оператора с оборудованием летательного аппарата (ЛА), диспетчером, оборудованием аэродрома, тактической обстановкой. Однако такие стенды, как правило, дороги, требуют организационных усилий как при создании, так и в процессе эксплуатации. Модификация, в силу сложности и многозадачности программного обеспечения, сильно затруднена или может быть формально запрещена условиями сертификации. Поэтому возникает "ниша" других стендов: быстро создаваемых при помощи простых средств, однако включающих точную и корректную модель динамки ЛА и его системы управления. Подобные стенды находят широкое применение при решении большого класса задач пилотирования и обработки полётных данных.
Схема захода на посадку, выполняемая операторами на стенде в целях получения экспериментальных данных для формирования модели летчика, представлена на рисунке 1. Этот маневр является одним из наиболее опасных этапов полета. Другая особенность захода на посадку состоит в достаточно жесткой регламентации действий пилота при наличии некоторого разрешенного диапазона отклонений, характеризующих индивидуальные особенности конкретного летчика.
Для удержания ЛА на линии глиссады, в составе стенда предусмотрена индикация оператору изображения пилотажно-навигационного прибора, показывающего величину углового рассогласования относительно глиссады в горизонтальной и вертикальной плоскостях в виде отклонения планок от центрального положения.
Аэродинамические характеристики математической модели ЛА и параметры комплексной системы управления приведены в соответствие с посадочной конфигурацией моделируемого самолета.
При моделировании захода на посадку задаются начальные условия (дальность до среза взлетно-посадочной полосы, высота и скорость полета) и выполняется автоматическая балансировка самолета, что существенно снижает общие затраты времени на проведение экспериментов.
Рис. 1. Схема захода на посадку летательного аппарата (ГРМ - глиссадный радиомаяк, КРМ - курсовой радиомаяк, ВПП - взлётно-посадочная полоса).
В результате исследований разработана модель действий пилота при выполнении посадочного режима на основе нейронной сети с привлечением накапливаемых реальных полетных данных. Показано, что лучшей, в рамках данной задачи, архитектурой нейросетевой модели является двухслойный персептрон. Реализован алгоритм «обучения» нейросетевой модели с использованием реальных полетных данных, источником которых являются бортовые средства регистрации. Предложен способ контроля и индивидуально-адаптированной поддержки летчика на основе разработанной нейросетевой модели путем коррекции положения курсо-глиссадных планок за счет добавления индивидуальных «стимулирующих» поправок. Проведены предварительные исследования эффективности разработанных алгоритмов с использованием результатов моделирования посадочных режимов на аппаратно-программном симуляторе самолета.
Работа выполнена при поддержке РФФИ, проект 15-08-06767-а.
- Себряков Г.Г. Проблемы проектирования полуавтоматических систем наведения летательных аппаратов // Вестник компьютерных и информационных технологий. — М.: Машиностроение, 2007. — №10. — С. 2–7.
- H. Graeme Anderson. The medical aspects of aeroplane accidents // British Medical Journal, 1918 January 19: №1(2977): 73–76. PMCID: PMC2339894
- Евдокименков В. Н., Красильщиков М. Н., Себряков Г. Г. Контроль и интеллектуальная поддержка действий летчика при выполнении типовых полетных режимов на основе индивидуально-адаптированного подход // Мехатроника, Автоматизация, Управление – М.: 2014 – №8 – С. 16—22.
- Корсун О.Н., Бурлак Е.А., Набатчиков А.М. Исследовательский полунатурный стенд для анализа задач пилотирования и алгоритмов обработки полетных данных // Седьмой международный аэрокосмический конгресс IAC’2012. Сб. научн. тр. М.: 2013. 1 электрон. опт. диск (CD-ROM) рег. № 0321303652/03.06.2013.
- Таненбаум Э. Современные операционные системы. 3-е изд. – СПб.: Питер, 2010.1120 с.
- Корсун О. Н., Набатчиков А. М., Бурлак Е. А. Синхронизация информационных потоков при полунатурном моделировании движения летательных аппаратов // Электронный научно-технический журнал "Инженерный вестник", - 2013. - №10. - С. 1-16.
Файлы к скачиванию:
- Отсканированные страницы (1.97 МБ)
Комментарии