ИЗВЕСТИЯ РАИ. ТЕОРИЯ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ, 2008, № 4, с. 97-108
СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖУЩИМИСЯ ОБЪЕКТАМИ
УДК 62-40
ПОСТРОЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКИХ МНОЖЕСТВ ДЛЯ ИНДИВИДУАЛЬНО-АДАПТИРОВАННОЙ ПОДДЕРЖКИ ЛЕТЧИКА ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ТИПОВЫХ ПОЛЕТНЫХ РЕЖИМОВ
© 2008 г. Д. А. Базлев, В. Н. Евдокименков, М. Н. Красильщиков
Москва, Военно-научный комитет ВВС, МАИ (технический ун-т) Поступила в редакцию 26.12.07 г., после доработки 19.03.08 г.
Развивается подход к решению задачи индивидуально-адаптированной поддержки действий летчика при выполнении им типовых полетных режимов. Подобный подход может быть рекомендован, в частности, в процессе подготовки и переподготовки летного состава, а также для реализации бортовых экспертных систем перспективных самолетов. В основе предлагаемого подхода - интегральная оценка управляющих действий летчика, формируемая на основе косвенных данных и не требующая, таким образом, регистрации в темпе полета показателей, отражающих его текущее психофизиологическое состояние. При этом для получения упомянутой интегральной оценки используются лишь данные штатной системы бортовых измерений самолета. Предлагается также способ реализации обсуждаемого подхода к оценке управляющих действий летчика на основе формирования и параметрического представления в пространстве состояний системы "самолет-летчик" индивидуального множества достижимости, используемого далее для создания "Электронного паспорта летчика". Описаны алгоритмы построения подобных множеств в классе доверительных эллипсоидов и кубов и их компактного представления в виде индивидуального вероятностного профиля летчика. Приводятся результаты имитационного моделирования процесса получения подобных множеств, подтверждающие работоспособность развиваемой концепции.
Введение. Мировые тенденции совершенствования авиационной техники как военного, так и гражданского назначения указывают на назревшую необходимость создания и внедрения интеллектуальных бортовых информационно-экспертных систем (БИНЭКС) поддержки действий летчика, которые, сохраняя за ним функции основного управляющего звена самолета, обеспечивали бы на основе автоматизированного анализа интегрированной информации от бортовых систем (БС) выдачу рекомендаций о действиях в особых ситуациях. Работы в данной предметной области активно ведутся как за рубежом (системы "Falcon View", "Intelligent Flight Control System", "Predictive Failures & Advanced Diagnostics"), так и в нашей стране (ФГУП ГосНИИАС, корпорация "Русские Системы", корпорация "Ир-кут" и др.).
Вместе с тем, как представляется авторам, ни один из известных отечественных и зарубежных аналогов подобных систем не реализует в полной мере функций поддержки действий летчика с учетом его индивидуальных психофизиологических реакций. Авторами ранее предложена концепция БИНЭКС [1], в рамках которой анализ текущей ситуации в системе "самолет-летчик" и прогноз ее развития максимально адаптирован к особенностям всей предшествующей эксплуатации конкретного самолета с учетом его текущего ресурса и индивидуальным управляющим реакциям летчика за счет
реализации интеллектуального ядра системы в составе функциональных блоков, именуемых соответственно "Электронный паспорт самолета" и "Электронный паспорт летчика". С целью преемственности изложения материала остановимся коротко на анализе функциональной схемы БИНЭКС.
1. Функциональная схема БИНЭКС. На рис. 1 представлена укрупненная функциональная схема БИНЭКС, интеллектуальным ядром которой, как уже указывалось, являются "Электронный паспорт самолета" (ЭПС), обеспечивающий адаптацию системы под конкретный тип самолета, и "Электронный паспорт летчика" (ЭПЛ), позволяющий настраивать систему с учетом особенностей индивидуальных управляющих действий конкретного летчика при выполнении им типового полетного режима.
Ранее в [2] авторами обосновано использование вероятностно-гарантирующего подхода к проблеме анализа состояния самолета в процессе эксплуатации с привлечением данных ЭПС, ядром которого является система вероятностных критериев, характеризующих возможность выполнения самолетом в целом и его отдельными системами целевых задач, определенных программой полета, в зависимости от их текущего состояния. Поэтому основное внимание в статье будет уделено обсуждению ЭПЛ, наличие которого позволяет осуществлять контроль
Рис. 1. Функциональная схема бортовой информационно-экспертной системы
управляющих действий конкретного летчика с учетом его индивидуальных управляющих реакций.
Обсуждение проблемы со специалистами в области авиационной медицины и психологии свидетельствует, что возможность учета индивидуальных управляющих реакций летчика в процессе контроля его деятельности за счет непосредственной регистрации в темпе полета медицинских показателей его психофизиологического состояния (частота дыхания, артериальное давление, частота пульса, кожно-гальванические характеристики и т.д.) сегодня практически не реализуема по ряду технических, физиологических и психологических причин. Более конструктивным представляется подход, предполагающий косвенную интегральную оценку адекватности текущих управляющих действий летчика. Такая оценка может быть получена на основе формирования в пространстве параметров, характеризующих движение самолета и индивидуальные управляющие реакции летчика, так назы-
ваемой доверительной области (области достижимости), содержащей с заданной (гарантированной) вероятностью значения упомянутых параметров, которые соответствуют штатному выполнению конкретного типового полетного режима. Рассмотрим эту возможность более подробно. Привлекательность подобного подхода обусловлена тем, что его реализация опирается только на данные, источником которых является штатная система бортовых измерений (СБИ).
2. Обоснование возможности косвенного учета индивидуальных психофизиологических реакций летчика при выполнении типовых пилотажных режимов на основе данных СБИ. Для практической реализации данного подхода на пилотажном стенде с привлечением штатных военных летчиков было проведено полунатурное моделирование траекторий посадки. Каждый из летчиков выполнил 20 посадочных режимов, реализованных в идентичных условиях, в процессе которых обеспечивалось
Таблица
Параметр Математическое ожидание/с. к. о. оценки математического ожидания для каждого из летчиков Статистика Краскела-Уоллиса Значимость гипотезы о равенстве средних
№ 1 № 2 № 3
Перемещение ручки при 0.07/0.006 0.05/0.005 -0.04/0.007 130.36 <0.01
управлении углом тангажа
Перемещение ручки при 0.01/0.004 0.01/0.004 0.01/0.005 0.48 0.78
управлении углом крена
Отклонение руля высоты 0.01/0.006 -0.01/0.005 -0.01/0.006 6.21 0.05
Угол тангажа 2.22/0.18 2.60/0.16 2.87/0.17 5.65 0.06
Угол крена -0.05/0.43 0.06/0.31 0.32/0.47 1.06 0.60
Угол рыскания -0.10/0.11 -0.14/0.14 -0.30/0.24 0.61 0.74
Ошибка выдерживания 0.00/0.02 0.11/0.02 0.00/0.023 20.24 <0.01
глиссадной директорной
метки
Ошибка выдерживания кур- 0.02/0.007 -0.03/0.001 0.13/0.02 73.81 <0.01
совой директорной метки
Высота 84.47/4.37 82.46/4.46 84.41/4.17 0.13 0.95
Боковое отклонение 1.11/0.65 26.11/2.49 40.14/1.60 141.0 <0.01
Угол атаки 4.68/0.17 4.34/0.72 -10.26/1.15 122.8 <0.01
Скорость изменения угла 0.09/0.21 -1.77/0.18 -2.57/0.13 95.98 <0.01
тангажа
Вертикальная скорость -2.71/0.13 2.74/0.43 5.3/0.16 106.75 <0.01
приведение самолета на взлетно-посадочную полосу (ВПП). В результате проведенного стендового моделирования были накоплены измерения параметров, характеризующих движение центра масс самолета, его угловое положение и управляющие реакции летчика.
При последующей статистической обработке результатов стендового моделирования были рассчитаны средние (по траектории) значения параметров движения самолета и параметров, характеризующих перемещение органов управления (ручка управления самолетом (РУС), ручка управления двигателем (РУД), педалей), обобщающие данные по посадочным режимам, выполненным каждым из летчиков, и доверительные интервалы (для вероятности 0.95), характеризующие степень разброса средних значений. Соотношение доверительных интервалов указывает на то, что наблюдается влияние индивидуальных действий летчика на значения параметров движения и управления, причем в наибольшей степени это влияние проявляется в значениях таких параметров, как углы атаки и наклона траектории, вертикальная скорость самолета, боковое отклонение от оси ВПП, перемещение ручки управления по тангажу. С целью строгого подтверждения различий между параметрами движения самолета, обусловленными индивидуальными управляющими действиями летчиков с учетом ограниченного объема стендового моделирования, был проведен анализ статистической достоверности раз-
личий между значениями контролируемых параметров, которые соответствуют траекториям посадки, выполненным различными летчиками. Поскольку распределение исследуемых параметров движения самолета и управляющих реакций летчика на траектории посадки не подчиняется нормальному закону распределения (этот факт был достоверно установлен с использованием критерия согласия Колмогорова-Смирнова), для оценки статистической значимости различий использовался аппарат непараметрической статистики, в частности критерий Краскела-Уоллиса, результаты применения которого представлены в таблице. Было установлено, что статистически достоверные (с вероятностью ошибки, не превышающей 0.01) индивидуальные различия выявлены, прежде всего, по группе параметров, отражающих процесс управления самолетом в вертикальной плоскости (отклонение руля высоты, углы тангажа и атаки, скорость изменения угла тангажа, вертикальная скорость, перемещение ручки управления по тангажу). Подтверждение статистической достоверности различий между этими параметрами позволяет говорить об индивидуальном влиянии управляющих действий летчика на параметры движения самолета как об объективном факте.
Следующий вопрос, который был исследован, состоял в оценке достоверности дифференциации конкретных летчиков на основе комбинации параметров движения самолета и управл
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.