ЭКСПЕРТНАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ БЕЗОПАСНОСТИ ЗАХОДА НА ПОСАДКУ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ С УЧЕТОМ ОТКАЗОВ БОРТОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ И ДРУГИХ НЕГАТИВНЫХ ФАКТОРОВ

  • Н.И. Сельвесюк ФГУП «ГосНИИАС»
  • А. М. Кульчак ФГУП «ГосНИИАС»
  • Г. Н. Лебедев НИУ МАИ
Ключевые слова: Воздушное судно, безопасность полета, заход на посадку, экспертная система, функции принадлежности, реконфигурация отказов

Аннотация

Целью исследования является повышение безопасности полета воздушных судов на этапе захода на посадку. Для автоматизации принятия решения о продолжении посадки предложена адаптивная экспертная система нечеткой логики. Система позволяет опре-делять коэффициент уверенности обеспечения требуемой безопасности посадки при одновременном учете множества негативных факторов различной физической природы. В ка-честве таких факторов в работе рассмотрены: возможное сближение воздушных судов при заходе на посадку вблизи аэропорта; малый запас топлива; сложные метеоусловия в планируемом месте посадки; отказы бортового оборудования. Принято, что доминирую-щим опасным фактором является появление отказов бортового оборудования в полете, а наиболее критичным в смысле возможности их устранения является отказ рулевых приво-дов или рулевых органов. При этом под реконфигурацией понимается компенсация отказов рулевых поверхностей летательного аппарата путем изменения алгоритмов системы управления, приводящего к перераспределению управляющих сигналов с отказавших рулевых приводов на работоспособные с целью сохранения динамики летательного аппарата неиз-менной. Кроме того, при неуклонном уплотнении транспортных потоков в воздушном про-странстве аэропортов вероятно сближение двух воздушных судов, летящих на одной вы-соте, когда основное судно летит к аэродрому, а другое судно-нарушитель летит попереч-ным курсом, производя при заходе на посадку облет вокруг аэропорта для выбора другой взлетно-посадочной полосы, например, при внезапном изменении направления ветра. С учетом этих разнородных факторов необходимо дать единую оценку опасности полета и определить коэффициент уверенности в продолжении посадки или уходе на повторный круг. Учитывая значительную неопределенность в количественной оценке перечисленных факторов, задача решается методом, основанным на использовании функций принадлеж-ности и базы нечетких правил. Предложенная экспертная система является адаптивной. Используемые функции принадлежности имеют граничные интервальные точки, завися-щие от трех изменяющихся в полете параметров: скорости сближения с другими воздуш-ными судами; оставшегося времени до посадки; метеоусловий в намеченном месте посад-ки. На выходе экспертной системы сформируется сигнал в виде убывающей оценки коэф-фициента уверенности в продолжении посадки, при достижении которым заданного поро-га должно быть принято решение об экстренной аварийной посадке на запасной аэродром.

Литература

1. Melikhov A.N., Bernshteyn L.S., Korovin S.Ya. Situatsionnye sovetuyushchie modeli s nechetkoy logikoy [Situational advising models with fuzzy logic]. Moscow: Nauka, 1990.
2. Makarov I.M., Lebedev G.N., Lokhin V.M. i dr. Razvitie tekhnologii ekspertnykh sistem dlya upravleniya intellektual'nymi robotami [The development of the technology of expert systems for the control of intelligent robots], Izvestiya RAN. Tekhnicheskaya. Kibernetika [Izvestiya RAS. Technical. Cybernetics], 1994, No. 6, pp. 161-176.
3. Merino L., Martínez-de Dios J.R., Ollero A. Cooperative Unmanned Aerial Systems for Fire Detection, Monitoring, and Extinguishing, In: Valavanis K.P., Vachtsevanos G.J. Handbook of Unmanned Aerial Vehicles. Springer Netherlands, 2014, pp. 2693-2722.
4. Anisimov D.N., Novikov V.N., Safina E.A., Sitnikov K.Yu. Issledovanie vliyaniya vybora logicheskogo bazisa na kharakteristiki nechetkogo regulyatora [Investigation of the influ-ence of the choice of a logical basis on the characteristics of a fuzzy controller], Mekhatronika, avtomatizatsiya, upravlenie [Mechatronics, automation, management], 2013, No. 8 (149), pp. 12-17.
5. Kothari M., Postlethwaite I. A probabilistically robust path planning algorithm for UAVs using rap-idly-exploring random trees, Journal of Intelligent & Robotic Systems, 2013, Vol. 71 (2), pp. 231-253.
6. Anisimov D.N., May Tkhe An'. Dvukhurovnevaya nechetkaya sistema upravleniya dinamicheskimi ob"ektami [Two-level fuzzy control system for dynamic objects], Vestnik MEI [Bulletin MPEI], 2017, No. 4, ppp. 101-109.
7. Binetti P., Ariyur KB., Krstic M., Bernelli F. Formation flight optimization using extremum seek-ing feedback, Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 2003, Vol. 26 (1), pp. 132-142.
8. Zadeh L.A. Fuzzy Sets, Information and Control, 1965, No. 8, pp. 338-353.
9. Sel'vesyuk N.I., Kananadze S.S., Lebedev G.N., Moskalev A.P. Zadacha avtomaticheskogo kontrolya bezopasnosti vzleta pri razbege bespilotnykh i pilotiruemykh letatel'nykh apparatov [The problem of automatic control of take-off safety during take-off of unmanned and manned aircraft], Informatika i sistemy upravleniya [Computer science and management systems], 2018, No. 4 (58), pp. 52-59.
10. Eremin A.I., Sel'vesyuk N.I. Utochnennaya otsenka koeffitsienta opasnosti posadki pri snizhenii po glissade s uchetom deystviya vertikal'nogo vetra [Updated assessment of the land-ing hazard coefficient when descending a glide path with the vertical wind action taken into account], Tr. MAI [Proceedings of the MAI], 2018, No. 100.
11. Savchenko A.Yu., Lopatkin D.V., Vasil'chenko A.S., Sel'vesyuk N.I. Matematicheskaya model' dinamiki gruppovogo poleta raznotipnykh vozdushnykh sudov s uchetom vneshnikh i parametricheskikh vozmushcheniy [Mathematical model of the dynamics of group flight of different types of aircraft taking into account external and parametric perturbations], Aktual'nye voprosy issledovaniy v avionike: teoriya, obsluzhivanie, razrabotki: Sb. nauch. st. po materialam dokl. Mezhdunarodnoy NPK «A IATOR» (15-16 fevralya 2018 g.) [Current issues of research in avionics: theory, maintenance, development: Collection of scientific arti-cles based on reports of the V International NPC "AVIATOR" (February 15-16, 2018)]. Voro-nezh: VUNTS VVS «VVA», 2018, pp. 274-277.
12. Sel'vesyuk N.I., Eremin A.I., Lebedev G.N. Kriteriy prognoziruemoy bezopasnosti poleta samoleta na etape posadki [Criterion for the predicted safety of aircraft flight at the landing stage], Aktual'nye voprosy issledovaniy v avionike: teoriya, obsluzhivanie, razrabotki: Sb. nauch. st. po materialam dokl. Mezhdunarodnoy NPK «A IATOR» (15-16 fevralya 2018 g.) [Current issues of research in avionics: theory, maintenance, development: Collection of scien-tific articles based on reports of the V international scientific research center "AVIATOR" (February 15-16, 2018)]. Voronezh: VUNTS VVS «VVA», 2018, pp. 281-287.
13. Mikhaylin D.A. Ekspertnaya otsenka opasnosti poleta gruppy vozdushnykh sudov pri ikh sblizhenii s pomoshch'yu programmy – dispetchera // Nauchnyy vestnik MGTU GA. – 2017. –T. 20, № 5. – S. 116-130.
14. Zybin E.Yu., Kos'yanchuk V.V., Kul'chak A.M. Analiticheskoe reshenie zadachi optimal'noy rekonfiguratsii sistemy upravleniya letatel'nogo apparata pri otkaze neskol'kikh organov upravleniya [Analytical solution of the problem of optimal reconfiguration of the aircraft con-trol system in case of failure of several controls,] Mekhatronika, avtomatizatsiya, upravlenie [Mechatronics, automation, management], 2014, No. 7, pp. 59-66.
15. Kul'chak A.M., Kos'yanchuk V.V., Zybin E.Yu. Rekonfiguratsiya kompleksnoy sistemy upravleniya vozdushnogo sudna pri otkazakh privodov s uchetom ogranicheniy na upravlenie [Reconfiguration of the integrated aircraft control system in case of drive failures, taking into account control restrictions], Nauchnyy vestnik MGTU GA [Scientific Bulletin of MSTU GA], 2018, Vol. 21, No. 6, pp. 65-78.
16. Kosyanchuk V.V., Selvesyuk N.I., Kulchak A.M. Aircraft control law reconfiguration, Aviation, 2015, Vol. 19, No. 1, pp. 14-18.
17. Zybin E.Yu., Kosyanchuk V.V. Possibility of aircraft fail-safety increasing using a unified ap-proach to the identification and reconfiguration, Proceedings of the European Conference for AeroSpace Sciences (EUCASS 2015). – Krakow, Poland, 2015. (CD-ROM).
18. Zybin E.Yu., Kos'yanchuk V.V., Sel'vesyuk N.I., Kul'chak A.M., Sapozhnikov A.V. Robastnaya k izmeneniyu rezhima poleta rekonfiguratsiya upravleniya vozdushnym sudnom pri otkazakh privodov [Robust flight mode change reconfiguration of aircraft control in case of drive fail-ures], Nauchnye chteniya po aviatsii, posvyashchennye pamyati N.E. Zhukovskogo [Scientific readings on aviation dedicated to the memory of N.E. Zhukovsky], 2014, No. 2, pp. 331-336.
19. Kul'chak A.M., Kos'yanchuk V.V., Zybin E.Yu. Reshenie zadachi optimal'noy rekonfiguratsii sistemy upravleniya letatel'nogo apparata pri otkaze neskol'kikh organov upravleniya [Solving the problem of optimal reconfiguration of the aircraft control system in case of failure of sev-eral control bodies], IV Yubileynaya Vserossiyskaya nauchno-tekhnicheskaya konferentsiya «Aviatsionnye sistemy v XXI veke», posvyashchennaya 70-letiyu so dnya sozdaniya FGUP «GosNIIAS»: Cb. dokladov, 26–27 maya 2016 g. [V anniversary all-Russian scientific and technical conference "Aviation systems in the XXI century", dedicated to the 70th anniversary of the creation of the Federal state unitary enterprise "GosNIIAS": Collection of reports, may 26-27, 2016-Moscow, 2017]. Moscow, 2017, pp. 46-54.
20. Kos'yanchuk V.V., Zybin E.Yu. Rekonfiguratsiya sistem upravleniya poletom letatel'nykh apparatov v usloviyakh strukturnoy i parametricheskoy neopredelennosti [Reconfiguration of flight control systems of aircraft in conditions of structural and parametric uncertainty], XII Mul'tikonferentsiya po problemam upravleniya MKPU-2019: Mater. XII mul'tikonferentsii, 23–28 sentyabrya 2019 g., s. Divnomorskoe, Gelendzhik, Rossiya [XII multi-Conference on icpu management problems-2019: Mater. XII multi-conference, September 23-28, 2019, Divnomorskoe village, Gelendzhik, Russia], in 4 vol., responsible ed. I.A. Kalyaev . Rostov-on-Don – Taganrog: Izd-vo YuFU. Vol. 3. Upravlenie v raspredelennykh i setevykh sistemakh» (URCS-2019), 2019 [Management in distributed and network systems" (URSS-2019), 2019], pp. 18-21.
Опубликован
2020-05-02
Выпуск
Раздел
РАЗДЕЛ IV. УПРАВЛЕНИЕ АЭРОКОСМИЧЕСКИМИ СИСТЕМАМИ