Система управления БАК

Всю систему автоматического управления авиационным комплексом (АК) можно представить в виде иерархической структуры, показанной на рис. 1.89. Здесь стрелками показаны сигналы: управляющие (сверху вниз) и информационные (снизу вверх). На рисунке показаны три уровня автоматического управления АК и модели, используемые при формировании управляющих воздействий, а также верхний уровень управления, всю работу на котором выполняет человек‑оператор. Следует отметить, что оператор, как правило, имеет возможность управлять любым из низлежащих уровней, задавая:

– текущую задачу для СУАК;

– действие для конкретного БПЛА;

– требуемое значение какого‑либо параметра состояния БПЛА.

При этом всю необходимую информацию о состоянии компонентов БАК (помимо визуальной из окружающего пространства) оператор получает через средства отображения информации (СОИ), как правило, входящие в состав СУАК.

Рис. 1.89. Уровни управления авиационным комплексом

На уровне оператора используется модель авиационного комплекса, включающая описание:

– задач, которые способен выполнять комплекс;

– условий применения и областей достижимости АК;

– имеющихся ЛA, их полезной нагрузки и центральной системы управления комплексом;

– коммуникаций между компонентами комплекса.

Модель АК как средства для решения некоторого множества задач можно представить следующим образом:

Mod (1) = {T,E,R}, (1.1)

где Т =(Т₁,Т₂ …,Т_q) – множество задач, выполняемых комплексом;

Е = (Е₁, Е₂ ..., E_j)– параметры состояния окружающей среды (условия применения комплекса);

R = (R₁,R₂ ,…,R_n ) – множество компонентов, составляющих АК: ЛA, взлетно‑посадочные устройства; устройства связи и управления.

На этом уровне решаются следующие задачи:

– назначение задачи сеанса функционирования АК;

– назначение конкретных ЛA для использования;

– обозначение основных ограничений и дополнительных условий.

Критерием качества управления на этом уровне может служить способность БАК выполнить поставленную задачу (совокупность задач) в определенных условиях за ограниченное время (t ‹= tзад )

I(1) = {T,E,t}.

Система управления АК может иметь различное базирование [66], но наземное расположение является самым простым и распространенным. На этом уровне используются модели описания:

– ЛA в составе комплекса, их основных ЛTX и функциональных возможностей, а также динамических характеристик других подвижных компонентов;

– назначенной задачи сеанса функционирования комплекса;

– количества ЛA, а также степень возможной замены одних компонентов (например, вышедших из строя) другими. Модель АК как совокупности разнородных компонентов, решающих свои собственные задачи в рамках общей стоящей перед комплексом цели можно представить следующим образом:

Mod(2) = {S,A,J,E}, (1‑2)

где S = (S₁,S₂ ,…,S_n ) – множества параметров состояний компонентов комплекса, прежде всего координат их местонахождения;

A = (A₁ ,A₂ ,…,A_n) – множества действий компонентов, включая алгоритмы решения типовых задач из множества Т;

J = (J₁,J₂ ,…,J_n ) – множества, характеризующие каждый компонент в качестве исполнителя подзадач из множества Т. При этом необходимо учесть летно‑технические характеристики имеющихся БПЛА и их целевой нагрузки для выполнения конкретной задачи [74].

Решаемые задачи:

– построение решения поставленной перед АК задачи в виде совокупности подзадач, решаемых каждым ЛА в составе комплекса;

– составление плана полета для каждого ЛA, а также перечня действий в определенных точках с учетом топливновременных ограничений;

– согласование движения нескольких ЛА в составе АК, если это необходимо.

Критерий качества управления на этом уровне можно сформулировать как оценку решения каждым БПЛА поставленной перед ним задачи с определенным уровнем эффективности:

I(2) = {T,J}

Следующие два уровня реализуются непосредственно на борту ЛА. Соответственно, перечисленные ниже характеристики могут иметь количественные различия в зависимости от типоразмера и выполняемой ЛА задачи.

Траекпгорный уровень управления содержит подробное описание движения ЛА, в том числе и возможный разброс значений основных параметров при их выполнении. Таким образом, модели этого уровня содержат следующие сведения:

– математическое описание пространственного движения ЛА как материальной точки;

– предельные значения скоростей и эйлеровых углов при выполнении типовых маневров;

– требования к точности выдерживания заданной траектории;

– требования к выдерживанию определенных дистанций между несколькими одновременно выполняющими полет ЛА.

Модель компонента АК (летательного аппарата), как материальной точки, выполняющей определенные действия в окружающей среде, можно представить следующим образом:

Mod(0) = {S_j ,A_j ,E}, (1.3)

где Sj=(s_1j,s_{2 j},…,s_mj ) – параметры состояния компонента

R_j , j = 1,n

т – количество переменных, описывающих состояние компонента;

Aj =(a_1j,a_2j,…,a_hj ) – действия, которые может выполнять компонент комплекса R_jдля изменения окружающей среды и собственного состояния;

h – количество таких действий.

Решаемые задачи:

– расчет конкретных значений параметров типовых участков траекторий исходя из ЛTX ЛA и специфики решаемой задачи;

– предотвращение опасных сближений и потерь ЛА;

– обеспечение выполнения запланированных действий на каждом участке траектории.

Эффективность управления на этом уровне можно сформулировать как отработку заданных действий за заданное время с заданной точностью (Q):

I(3) = {A,Q,t}.

На нижнем уровне управления обеспечивается отработка всех действий ЛА, рассчитанных на траекторном уровне. Соответственно, модель этого уровня содержит:

– математическое описание пространственного движения ЛА как твердого тела;

– законы управления отдельными параметрами движения ЛА;

– предельные значения некоторых величин, подлежащих ограничению.

Модель ЛА, как объекта управления, можно представить в следующем виде:

Mod(4) = {U_j ,X_j,S_j} (1.4)

где U_j – множество управляющих воздействий;

X_j– множество выходных параметров.

Решаемые задачи:

– формирование управляющих воздействий, передающихся для отработки в САУ;

– ограничение предельных значений заданных величин.

Задачи этого уровня решаются традиционными методами теории автоматического управления, поэтому качество их решения может быть выражено показателями качества переходных процессов всех задействованных САУ:

I(4) = {δ,t_рег,σ},

где δ – перерегулирование;

t_рег – время регулирования;

σ – статическая точность.