<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.3 20210610//EN" "JATS-journalpublishing1-3.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="1.3" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xml:lang="ru"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">novtexmech</journal-id><journal-title-group><journal-title xml:lang="ru">Мехатроника, автоматизация, управление</journal-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie</trans-title></trans-title-group></journal-title-group><issn pub-type="ppub">1684-6427</issn><issn pub-type="epub">2619-1253</issn><publisher><publisher-name>Commercial Publisher «New Technologies»</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="doi">10.17587/mau.23.546-554</article-id><article-id custom-type="elpub" pub-id-type="custom">novtexmech-1258</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="heading"><subject>Research Article</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="ru"><subject>ДИНАМИКА, БАЛЛИСТИКА, УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЕМ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="en"><subject>DYNAMICS, BALLISTICS AND CONTROL OF AIRCRAFT</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title>Задача динамической имитации полета летательного аппарата на робототехническом стенде</article-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>To the Problem of Motion Cueing Simulation on a Robotic Stand for Aircraft Flight</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Лемак</surname><given-names>С. С.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Lemak</surname><given-names>S. S.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>д-р физ.-мат. наук</p></bio><bio xml:lang="en"><p> Moscow, 119192 </p></bio><email xlink:type="simple">lemaks2004@mail.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Белоусова</surname><given-names>М. Д.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Belousova</surname><given-names>M. D.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>мл. науч. сотр.</p></bio><bio xml:lang="en"><p>  Belousova M. D., Junior Researcher </p><p>Moscow, 119192 </p></bio><email xlink:type="simple">mb@vrmsu.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-2"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Альчиков</surname><given-names>В. В.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Alchikov</surname><given-names>V. V.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>студент</p></bio><bio xml:lang="en"><p> Moscow, 119192 </p></bio><email xlink:type="simple">bestvladi@mail.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-3"/></contrib></contrib-group><aff-alternatives id="aff-1"><aff xml:lang="ru"><institution>НОШ "Фундаментальные и прикладные исследования космоса", МГУ имени М. В. Ломоносова; НОШ "Мозг, когнитивные системы, искусственный интеллект" МГУ имени М. В. Ломоносова; МГУ имени М. В. Ломоносова</institution><country>Россия</country></aff><aff xml:lang="en"><institution>Educational School "Fundamental and Applied Space Research", Lomonosov Moscow State University</institution><country>Russian Federation</country></aff></aff-alternatives><aff-alternatives id="aff-2"><aff xml:lang="ru"><institution>НОШ "Фундаментальные и прикладные исследования космоса", МГУ имени М. В. Ломоносова; НОШ "Мозг, когнитивные системы, искусственный интеллект" МГУ имени М. В. Ломоносова; МГУ имени М. В. Ломоносова</institution><country>Россия</country></aff><aff xml:lang="en"><institution>Educational School "Brain, Cognitive Systems, Artifi cial Intelligence", Lomonosov Moscow State University</institution><country>Russian Federation</country></aff></aff-alternatives><aff-alternatives id="aff-3"><aff xml:lang="ru"><institution>НОШ "Фундаментальные и прикладные исследования космоса", МГУ имени М. В. Ломоносова; НОШ "Мозг, когнитивные системы, искусственный интеллект" МГУ имени М. В. Ломоносова; МГУ имени М. В. Ломоносова</institution><country>Россия</country></aff><aff xml:lang="en"><institution>Lomonosov Moscow State University</institution><country>Russian Federation</country></aff></aff-alternatives><pub-date pub-type="collection"><year>2022</year></pub-date><pub-date pub-type="epub"><day>09</day><month>10</month><year>2022</year></pub-date><volume>23</volume><issue>10</issue><fpage>546</fpage><lpage>554</lpage><permissions><copyright-statement>Copyright &amp;#x00A9; Commercial Publisher «New Technologies», 2022</copyright-statement><copyright-year>2022</copyright-year><copyright-holder xml:lang="ru">Commercial Publisher «New Technologies»</copyright-holder><copyright-holder xml:lang="en">Commercial Publisher «New Technologies»</copyright-holder><license xlink:href="https://mech.novtex.ru/jour/about/submissions#copyrightNotice" xlink:type="simple"><license-p>https://mech.novtex.ru/jour/about/submissions#copyrightNotice</license-p></license></permissions><self-uri xlink:href="https://mech.novtex.ru/jour/article/view/1258">https://mech.novtex.ru/jour/article/view/1258</self-uri><abstract><p>Для обучения пилотов управлению летательными аппаратами используются тренажерные комплексы, включающие в себя стенды для динамической имитации. Данные тренажеры должны создавать для оператора условия, наиболее приближенные к реальным, т. е. имитировать поведение летательного аппарата. В статье рассмотрена постановка задачи динамической имитации для стенда на базе промышленного робота-манипулятора. На концевом эффекторе робота устанавливается кабина с креслом для пилота. Алгоритмы динамической имитации включают в себя две фазы: фазу имитации движения для пилота и фазу возврата в центр рабочей области с допороговыми значениями перегрузки, когда стенд находится близко к границе рабочей области. При выполнении фазы имитации стенд должен реализовывать такое движение, чтобы угловые ускорения, действующие на человека, и вектор перегрузки, действующий на центр масс человека на стенде, полностью совпадали с реальными, либо, если нет возможности, то чтобы совпадало направление этих векторов. При реализации второй фазы концевая точка стенда должна выполнять возврат в центр рабочей области с допороговыми значениями ускорений, но наиболее быстрым образом. Таким образом мы получаем задачу о переводе стенда из одного положения в другое при наличии ограничений на развиваемые скорости, ускорения и моменты сил. Данная задача может быть представлена как обобщение классической задачи о брахистохроне. В статье рассмотрено решение задачи о движении материальной точки в однородном поле силы тяжести по кривой, расположенной в вертикальной плоскости, при наличии ограничений на кривизну траектории. Необходимо выбрать форму кривой таким образом, чтобы время спуска было минимальным. Решение этой задачи получено методами оптимального управления, рассмотрены случаи реализации регулярного и особого управлений, изучен вопрос их сопряжения, числа переключений между участками регулярного и особого управлений.</p></abstract><trans-abstract xml:lang="en"><p>Various simulators with motion cueing simulation stands, which make it possible to create an acceleration environment for the pilot that is close to a real flight, are used for training aircraft pilots. The article considers the formulation of the motion cueing simulation on a stand based on an industrial manipulator. Motion cueing simulation algorithms include two phases: motion cueing simulation phase and phase of return to the working area center. During simulation phase the stand must implement such a movement that the angular accelerations acting on the person and the overload vector acting on the center of mass of the operator completely coincide with the real ones. If it is not possible then just the directions of these vectors should coincide. During the second phase the stand end point must return to the working area center with acceleration values below the threshold, but in the fastest way. This task can be presented as a generalization of the brachistochrone problem. The article considers the problem of the material point motion in a uniform gravity field along a curve located in a vertical plane, in the presence of restrictions on the trajectory curvature. It is necessary to choose the curve shape in such a way that the descent time is minimal. The problem solution is obtained by optimal control methods, the cases of regular and singular control realization are considered, the question of its conjugation. Also, the switching number between sections of regular and singular control is studied.</p></trans-abstract><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>динамическая имитация</kwd><kwd>брахистохрона</kwd><kwd>оптимальное управление</kwd><kwd>принцип максимума Понтрягина</kwd><kwd>особое оптимальное управление</kwd></kwd-group><kwd-group xml:lang="en"><kwd>motion cueing imitation</kwd><kwd>brachistochrone</kwd><kwd>optimal control</kwd><kwd>Pontryagin’s Maximum Principle</kwd><kwd>singular optimal control</kwd></kwd-group></article-meta></front><back><ref-list><title>References</title><ref id="cit1"><label>1</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Alexandrov V. V., Lemak S. S. Algorithms of dynamic piloted flight simulator stand based on a centrifuge with a controlled cardan suspension // Journal of Mathematical Sciences. 2021. Vol. 253, N. 6. P. 768—777.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Alexandrov V. V., Lemak S. S. Algorithms of dynamic piloted flight simulator stand based on a centrifuge with a controlled cardan suspension, Journal of Mathematical Sciences, 2021, vol. 253, no. 6, pp. 768—777.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit2"><label>2</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Александров В. В., Воронин Л. И., Глазков Ю. Н., Ишлинский А. Ю., Садовничий В. А. Математические задачи динамической имитации аэрокосмических полетов. М.: Изд-во Московского университета, 1995.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Alexandrov V. V., Voronin L. I., Glazkov Yu. N., Ishlinskiy A. Yu., Sadovnichiy V. A. Mathematical problems of motion cueing simulation of aerospace flights, Moscow, Moscow University Press, 1995 (In Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit3"><label>3</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Сумбатов А. С. Задача о брахистохроне (классификация обобщений и некоторые последние результаты) // Труды Московского физико-технического института. 2017. Т. 35. С. 66—75.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Sumbatov A. S. The problem on a brachistochrone (classification of generalizations and some recent results), Proceedings of Moscow Institute of Physics and Technology, vol. 35, pp. 66—75(In Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit4"><label>4</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Gemmer J., Umble R., Nolan M. Generalizations of the Brachistochrone Problem // Pi Mu Epsilon Journal. 2011. Vol. 13, N. 4. P. 207—218.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Gemmer J., Umble R., Nolan M. Generalizations of the Brachistochrone Problem, Pi Mu Epsilon Journal, 2011, vol. 13, no. 4, pp. 207—218.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit5"><label>5</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Grimm C., Gemmer J. Weak and Strong Solutions to the Inverse-Square Brachistochrone Problem on Circular and Annular Domains // Involve, a Journal of Mathematics. 2016. Vol. 10, N. 05.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Grimm C., Gemmer J. Weak and Strong Solutions to the Inverse-Square Brachistochrone Problem on Circular and Annular Domains, Involve, a Journal of Mathematics, 2016, vol. 10, no. 05.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit6"><label>6</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Vratanar B., Saje Miran. On the analytical solution of the brachistochrone problem in a nonconservative field // International Journal of Non-Linear Mechanics. 1998. Vol. 33, N. 05. P. 489—505.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Vratanar B., Saje Miran. On the analytical solution of the brachistochrone problem in a nonconservative field, International Journal of Non-Linear Mechanics, 1998, vol. 33, no. 05, pp. 489—505.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit7"><label>7</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Гладков С., Богданова С. К теории движения тел с переменной массой // Вестник Томского Государственного Университета. 2020. Т. 6, № 65. С. 83—91.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Gladkov S., Bogdanova S. To the theory of motion of bodies with variable mass, Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta, 2020, vol. 6, no. 65, pp. 83—91 (In Russian), https://doi.org/10.17223/19988621/58/1.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit8"><label>8</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Mertens S., Mingramm S. Brachistochrones With Loose Ends // European Journal of Physics. 2008. Vol. 29, N. 11.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Mertens S., Mingramm S. Brachistochrones With Loose Ends, European Journal of Physics, 2008, vol. 29, no.11.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit9"><label>9</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Гладков С., Богданова С. К теории пространственной брахистохроны // Вестник Томского Государственного Университета. 2020. Т. 5, № 68. С. 53—60.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Gladkov S. O., Bogdanova S. B. To the theory of n-dimensional brachistochrone, Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta, Matematika i mekhanika, vol. 5, no. 68, pp. 53—60 (In Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit10"><label>10</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Cherkasov O. Y., Zarodnyuk A. V. Brachistochrone problem with linear and quadratic drag and accelerating force // Mathematics in Engineering, Science and Aerospace. Cambridge, 2015. Vol. 6, N. 1. P. 35—44.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Cherkasov O. Y., Zarodnyuk A. V. Brachistochrone problem with linear and quadratic drag and accelerating, Mathematics in Engineering, Science and Aerospace, Cambridge, 2015, vol. 6, no. 1, pp. 35—44.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit11"><label>11</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Вондрухов А. С., Голубев Ю. Ф. Оптимальные траектории в задаче о брахистохроне с сухим трением // Известия Российской Академии Наук. Теория и системы управления. 2016. С. 11.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Vondrukhov A. S., Golubev Y. F. Optimal trajectories in brachistochrone problem with Coulomb friction, Journal of Computer and Systems Sciences International, 2016, vol. 55, no. 3, pp. 341—348.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit12"><label>12</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Wensrich C. Evolutionary solutions to the brachistochrone problem with Coulomb friction // Mechanics Research Communications. 2004. Vol. 31, N. 03. P. 151—159.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Wensrich C. Evolutionary solutions to the brachistochrone problem with Coulomb friction, Mechanics Research Communications, 2004, vol. 31, no. 03, pp. 151—159.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit13"><label>13</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Зароднюк А. В., Черкасов О. Ю. О максимизации горизонтальной дальности и брахистохроне с разгоняющей силой и вязким трением // Известия Российской академии наук. Теория и системы управления. 2017. Т. 4. С. 3—10.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Zarodnyuk A. V., Cherkasov O. Yu. On maximization of the horizontal range and the brachistochrone problem with an accelerating force and viscous friction, Journal of Computer and Systems Sciences International, 2017, vol. 56, no. 4, pp. 553—560.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit14"><label>14</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Radulovich R., Obradovich A., Salinik S., Mitrovik Z. The brachistochronic motion of a wheeled vehicle // Nonlinear Dynamics. 2017. Vol. 87, N. 01.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Radulovich R., Obradovich A., Salinik S., Mitrovik Z. The brachistochronic motion of a wheeled vehicle, Nonlinear Dynamics, 2017, vol. 87, no. 01.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit15"><label>15</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Benham G. P., Cohen C., Brunet E., Clanet C. Brachistochrone on a velodrome // Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 2020. Vol. 476. N. 2238. P. 20200153. http://dx.doi.org/10.1098/rspa.2020.0153.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Benham G. P., Cohen C., Brunet E., Clanet C. Brachistochrone on a velodrome, Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 2020, vol. 476, no. 2238, pp. 20200153. http://dx.doi.org/10.1098/rspa.2020.0153.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit16"><label>16</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Габасов Р., Кириллова Ф. М. Особые оптимальные управления. Москва: Наука, 1973.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Gabasov R., Kirillova F. M. Singular optimal control, Moscow, Science Publishing, 1973 (In Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref></ref-list><fn-group><fn fn-type="conflict"><p>The authors declare that there are no conflicts of interest present.</p></fn></fn-group></back></article>
