Требуется обновление браузера.

Экспериментальные исследования в целях синтеза математической модели интеллектуальной поддержки летчика


Просмотров: 927
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
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.

img.png
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.


Файлы к скачиванию:

Комментарии

Инкогнито
  Загружаем captcha