К вопросу об имитационном моделировании Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Гущина А.А.

К ВОПРОСУ ОБ ИМИТАЦИОННОМ МОДЕЛИРОВАНИИ

На сегодняшний день в авиации всё большее внимание уделяется обучению и переподготовке летного состава, надежности и оперативности выполнения поставленных в полете задач. Обучение и переподготовка превращаются в задачу все более трудную, которая не может быть решена одним лишь обучением в полете. Высокого профессионального качества летного состава при минимальных затратах можно достигнуть при интенсивной форме обучения в условиях широкого использования эффективных средств обучения, прежде всего авиационных тренажеров (АТ) различных видов. Современные авиационные тренажеры позволяют достигнуть высокой реалистичности имитации многих этапов полета, правильности умений и навыков, приобретаемых в ходе тренировки.

Имитация особых режимов полета, отработка навыков действий в критических ситуациях, объективный контроль и научная организация процесса тренировок обеспечивают повышение качества подготовки летных экипажей, позитивно влияют на безопасность полетов.

Имитация является, вообще говоря, более общим понятием, чем моделирование (имитируются количественные и качественные факторы и закономерности, при моделировании превалирует воспроизведение количественных факторов и закономерностей). Существует также понятие имитационного моделирования, которое аналогично понятию имитации [2].

Подчеркнем, что имитационное моделирование основано на прямом описании моделируемого объекта. Важнейшей характеристикой таких моделей является структурное подобие объекта и модели. Из этого следует, что элемент модели ставится в соответствие каждому элементу объекта существенному с точки зрения решаемой задачи. При этом описываются законы функционирования каждого элемента объекта и связи между ними. Работа с имитационной моделью заключается в проведении имитационного эксперимента. Процесс, протекающий в модели в ходе эксперимента, подобен процессу в реальном объекте. Поэтому исследование объекта по его имитационной модели сводится к изучению характеристик процесса, протекающего в ходе эксперимента.

Ценным качеством имитации является возможность управлять масштабом времени. Динамический процесс в имитационной модели протекает в так называемом системном времени. Системное время имитирует реальное время. При этом пересчет системного времени в модели можно выполнять двумя способами: первый заключается в «движении» по времени с некоторым постоянным шагом, второй - в движении по времени от события к событию. При этом допускается, что в промежутках времени между событиями изменений в модели не происходит.

Основное назначение имитационного моделирования состоит в следующем [4]:

1. Выделить основные, существенные переменные, оценить степень влияния их изменения на исследуемые параметры системы, а также определить технологические, организационные или управленческие параметры, наиболее существенно влияющие на показатель функционирования системы;

2. Изучить воздействие различных организационных, управленческих и технико-экономических изменений на показатель функционирования системы;

3. Оценить различные варианты технических решений, стратегий управления при поиске оптимальной структуры системы.

По мнению авторов, важно отметить схему построения имитационной модели по способу описания динамики поведения. Модель может быть описана посредством событий, работ (активностей), процессов и транзактов.

Событие представляет собой причину мгновенного изменения состояния некоторой составной части системы или состояния системы в целом. Обычно события подразделяют на события следования, т.е. события, которые управляют инициализацией процессов или отдельных работ внутри процесса, и события изменения состояний системы или ее элементов. На основе событий целесообразно строить модель с целью изучения причинно-следственных связей, присущих системе.

Когда разработчика интересует не только процесс смены состояний, но и временные характеристики работы системы, механизм событий служит основой для представления в модели работ, процессов, транзактов.

Работа - это единичное действие системы по обработке входных данных (информационные данные). Каждая из работ характеризуется временем выполнения и потребляемыми ресурсами. С помощью моделей, описываемых в терминах работ, могут решаться задачи по оценке качества распределения ресурсов системы, ее производительности, надежности.

Процесс - логически связанный набор работ. Статическими характеристиками процесса (работы) являются длительность, результат, потребляемые ресурсы, условия запуска (активизации), условия остановки (прерывания). Динамической характеристикой процесса (работы) является его состояние (например, активен или находится в системном ожидании). При описании системы в терминах работ и процессов используются оба вида событий.

Транзакт - это некоторое сообщение (заявка на обслуживание), которое поступает извне на вход системы и подлежит обработке. Прохождение транзакта по системе можно в некоторых случаях рассматривать как последовательную активизацию процессов, реализующих его обработку (обслуживание заявки).

При имитационном моделировании используемая математическая модель воспроизводит «алгоритм» функционирования исследуемой системы во времени при различных сочетаниях значений параметров системы и внешней среды.

Применительно к сегодняшним средствам моделирования и имитации наибольший эффект дают новейшие комплексные тренажеры, содержащие сложные вычислительные системы, высокосовершенные имитаторы визуальной обстановки, имитаторы различных систем самолета и обеспечивающие моделирование всего полетного задания от взлета до посадки.

Особое внимание необходимо уделить имитаторам систем управления самолета. Имитатор системы управления самолета [1, 3] предназначен для привития навыков управления. Он имитирует работу руля высоты, элеронов и спойлеров, руля направления, а также эффекты, создаваемые загрузочными и развязывающими пружинами в нормальном полёте и особых случаях работы. Усилия на рычагах управления воспроизводятся гидравлическими рулевыми агрегатами по характеристикам, моделируемым цифроаналоговым вычислительным комплексом. Имитатор обеспечивает возможность выполнения пилотами всех предусмотренных руководством по летной эксплуатации действий по подготовке, проверке и эксплуатации систем управления как в режиме нормальной работы, так и при имитации наиболее характерных отказов. Система управления формирует тактильно-кинетический источник информации [3], который

образует самый короткий контур обратной связи в системе «летчик - ЛА». Эта особенность моделируемой системы и предъявляет жесткие требования к качеству моделирования составляющих загрузки рычагов управления и повышению быстродействия имитатора, что можно выполнить при использовании аналогового вычислителя.

Структурная схема имитатора системы управления приводится на рис. 1.

cd

н

о

4 О

с

£

а

s

5

сЗ

X

К

п

-с

ч

п

о

wz УЦВС

j N

ч 1 ш бв.л

„ б в.п

ч бинтл

ч бинт.п

ч бэ.л

ч бэ.п

брн.л

ч брн.п

N п Л Л л /\ /

Модуль КИСС

Модуль

гидро-

системы

Модуль аварийной сигнализации

Модуль

электро-

снабжения

сур1

Рсур2

РсурЗ

Аварийные

сигналы Наличие питания

на шинах

Модуль

тормозной

системы

РУТ

*

S

X

(U

Ч

со

ей

а

с

(U

ь-

о

S

о

hQ

Ч

«

О

2

/ч

ИАСШУ1

Иа

Иасшуз

8в

'рн.л

^рн.п

Х„

К X в.п 1

ХМПЗ 1

Заклинив. РВ 1

X э.л 1

ч X э.п 1

ч Заклинив. Эл

X н.л ✓

< Хн.п |

ч Заклинив. РН |

бв, Фст | S

Заклин. РВ, РН, Эл

хи

Кабина

X м

<

ей

О

н

U

X

X

X

XR

X

Заклин. РВ

X

хя

Заклин. Эл

Xu

X

Заклин. РН

Канал управления стабилизатором

Канал

управления

рулем

высоты

Канал

управления

элеронами

Канал управления рулем направления

ИП13-01

.1

Рис. 1. Структурная схема модуля системы управления

На рисунке приняты следующие обозначения:

АбТ - абонентский терминал,

Иасшу1, ИАсшу2 , Иасшуз _ индикация исправности каналов АСШУ,

КИСС - комплексная информационная система сигнализации,

РВ, РН, ЭЛ - рули высоты и направления; элерон,

Рсур1 , Рсур2, Рсурз , Хмрз _ индикаторы давления в каналах гидросистемы и положения механизма регулирования загрузки.

Используется полунатурное моделирование на базе бортового оборудования. Обеспечивает имитацию работы каналов управления стабилизатором, рулём высоты, элеронами, интерцепторами, воздушными тормозами и рулём направления.

В модуле имитируются вероятные отказы реальной системы управления самолёта:

- электрической системы балансировки канала управления стабилизатором;

- электродистанционной системы регулирования диапазона подключения дополнительной загрузки колонок;

- электродистанционных контуров управления СДУ;

- в системах электро- и гидропитания,

- заклинивание аварийных механических проводок.

В модуле имитатора проявляются отказы, имитируемые в имитаторах АСШУ-204 и ВСУП-85.

Имитатор также моделирует: стабилизацию самолета относительно центра тяжести, набор высоты,

снижение, развороты, автоматический выход самолета на заданный эшелон, индикацию углов крена, тангажа, курса, путевого угла, углов сноса, скольжения и т.д.

В заключении хотелось бы отметить важность и значимость имитации для развития современного самолетостроения и тренажеростроения.

Литература

1. Лапшин Э. В. Авиационные тренажеры модульной архитектуры / Э. В. Лапшин, А.М. Данилов, Б.В.

Клюев, Н.К. Юрков.- Пенза: информационно - издательский центр ПГУ, 2005 - 148 с.

2. Красовский А. А. Пилотажно-навигационные и комплексные тренажеры / А. А. Красовский, А. В.

Кудиненко. - М.: Изд-во ВВИА им. Н.Е. Жуковского, 1984. - 320 с.

3. Авиационные тренажеры / А. А. Красовский, В. И. Лопатин, А. И. Наумов, Ю. И. Самолаев - М.:

Изд-во ВВИА им. Н.Е. Жуковского, 1992. - 320 с.

4. Лебедев А.Н. Моделирование в научно-технических исследованиях / М.: Радио и связь 1989 г.

224с.

б

в.п

б

б

инт.п

б

э.л

б

э.п