Забезпечення стійкості управління систем «пілот-літальний апарат»

Abstract

У статті досліджено принципи функціонування та методи підвищення характеристик керування пілотованих комплексів у системі «пілот–літальний апарат». В основу дослідження покладено методи, засновані на математичному аналізі динамічних систем, моделюванні процесів управління пілотованими об’єктами в програмному середовищі Matlab та Simulink. Актуальність роботи зумовлена тим, що навіть за прийнятних характеристик окремих ланок керування в реальних умовах експлуатації можуть виникати небажані коливальні режими, які погіршують якість пілотування, ускладнюють стабілізацію параметрів польоту та створюють передумови до порушення безпеки польотів. Приділено увагу аналізу систем керування зі складною структурою, в яких взаємодія параметрів літального апарата та дій пілота істотно впливає на характер перехідних процесів і стійкість системи в цілому. У роботі обґрунтовано доцільність використання математичних моделей пілота для оцінювання впливу адаптації оператора на динаміку пілотованого комплексу, забезпечення гарантованої безпеки та визначення безпечних режимів експлуатації. Показано, що моделювання в поздовжньому каналі керування дає змогу встановити основні параметри керуючої та керованої ланок, які визначають умови збереження стійкості та межі допустимої зміни характеристик системи. Отримані результати підтверджують важливість комплексного аналізу системи «пілот–літальний апарат» на етапах проєктування й експлуатації авіаційної техніки. Практичне значення роботи полягає у можливості використання запропонованого підходу під час розроблення пілотованих комплексів і тренажерних систем, а також у процесі підготовки, перепідготовки та навчання льотного складу. Запропонований підхід може бути корисним для оцінювання характеристик керування на ранніх етапах дослідження. Перспективи подальших досліджень пов’язані з удосконаленням математичних моделей операторів-пілотів та обґрунтуванням безпечних параметрів функціонування авіаційних комплексів. The article examines the operating principles and methods for improving the control characteristics of piloted systems within the “pilot-aircraft” system. The study is based on methods involving the mathematical analysis of dynamic systems and the simulation of piloted object control processes in the Matlab and Simulink software environment. The relevance of the study is determined by the fact that, even when individual control elements exhibit acceptable characteristics, undesirable oscillatory modes may arise under actual operating conditions, degrading piloting quality, complicating flight-parameter stabilization, and creating preconditions for flight safety violations. Particular attention is paid to the analysis of structurally complex control systems in which the interaction between aircraft parameters and pilot actions significantly affects the nature of transient processes and the stability of the system as a whole. The paper substantiates the expediency of using mathematical pilot models to assess the influence of operator adaptation on the dynamics of a piloted system, to support assured safety, and to determine safe operating modes. It is shown that simulation in the longitudinal control channel makes it possible to identify the most significant parameters of the controlling and controlled elements that determine the conditions for stability preservation and the admissible limits of variation in system characteristics. The obtained results confirm the importance of a comprehensive analysis of the “pilot-aircraft” system at the stages of aircraft design and operation. The practical significance of the study lies in the possibility of applying the proposed approach to the development of piloted systems and simulator systems, as well as to the training, retraining, and education of flight personnel. The proposed approach can also be useful for assessing control characteristics at the early stages of research. Further research should focus on improving mathematical models of pilot-operators and substantiating safe operating parameters for aviation systems.