Нечеткая модель ситуационного управления параметрами полета автономного беспилотного летательного аппарата в условиях неопределенности

Обозначены основные проблемы автоматического планирования поведения автономного беспилотного летательного аппарата в нестабильных условиях воздушной среды. Показано, что актуальность решаемой в ней задачи обусловлена тем, что автономный беспилотный летательный аппарат самостоятельно формирует и реализует маршрут своего полета без поддержки с наземной станции управления. В связи с этим возникает необходимость в разработке метода автоматического управления программными движениями, связанными с реализацией построенного в решателе задач маршрута воздушного движения. Для решения данной задачи предложен подход к регулированию параметров состояния динамических объектов на основе принципа ситуационного управления целенаправленным поведением сложных систем в изменяющихся условиях функционирования. Целесообразность выбора данного принципа управления связана с тем, что состояние автономного беспилотного летательного аппарата во время полета характеризуется большим числом параметров и действующих на них возмущающих факторов окружающей среды. В целях эффективной реализации данного принципа управления введено понятие полной проблемной ситуации на объекте управления, включающее в себя вектор отклонений параметров состояния автономного беспилотного летательного аппарата от требуемых значений во время полета и возмущающие факторы воздушной среды. На этой основе разработана нечеткая модель ситуационного управления параметрами состояния автономного беспилотного летательного аппарата во время полета в нестабильной воздушной среде, в которой в целях обобщенного представления эталонных проблемных ситуаций, а также описания входящих в их структуру отклонений параметров состояния и возмущающих факторов воздушной среды использованы лингвистические переменные и функции. Определены условия, при выполнении которых эталонные, нечетко представленные проблемные ситуации являются обобщением и поглощают аналогичные друг другу фактические проблемные ситуации, возникающие на объекте управления. Это позволяет существенным образом сократить число логико-трансформационных решающих правил в модели ситуационного управления и оперативным образом автоматически определять в проблемных ситуациях результативные управляющие воздействия, обеспечивающие эффективную реализацию программных движений автономного беспилотного летательного аппарата во время полета в условиях неопределенности. В заключение показано, что для реализации управляющих воздействий, выбранных на ситуационной основе, при повышенных требованиях к точности регулирования изменяющихся во времени параметров состояния объекта управления и значительном уровне возможных рассогласований между фактическими и заданными их значениями в условиях неопределенности целесообразно использовать нечетко реализованные пропорциональный, интегральный и дифференциальный законы регулирования.

1. Merino L., Martinez-de-dios JR., Ollero A. Cooperative Unmanned Aerial Systems for Fire Detection, Monitoring, and Extinguishing. Handbook of Unmanned Aerial Vehicles. Springer, 2014. P. 2693—2722.

2. Сергеев А. А., Филимонов А. Б., Филимонов Н. Б. Управление автономной посадкой БПЛА самолетного типа на статическую и динамическую посадочные площадки по "гибким" кинематическим траекториям // Мехатроника, автоматизация, управление. 2021. Т. 22, № 3. С. 156—167.

3. Мелехин В. Б., Хачумов М. В. Планирование маршрута целенаправленного полета автономного летательного аппарата на низкой высоте в условиях неопределенности // Авиакосмическое приборостроение. 2018. № 1. С. 18—27.

4. Мелехин В. Б., Хачумов М. В. Об одном подходе решения задачи коммивояжера для планирования автономным беспилотным летательным аппаратом маршрутов облета целей // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. 2021. № 1(48). С. 106—115.

5. Лебедев Г. Н., Ефимов А. В. Применение динамического программирования для маршрутизации облета мобильных объектов в контролируемом регионе // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. 2011. № 6. С. 234—241.

6. Лиго Тань, Фомичев А. В. Планирование пространственного маршрута беспилотных летательных аппаратов с использованием методов частичного целочисленного линейного программирования // Вестник МГТУ им Н. Э. Баумана. Сер. Приборостроение. 2016. № 2. С. 53—66.

7. Мелехин В. Б., Хачумов М. В. Планирование автономным беспилотным летательным аппаратом эффективных маршрутов облета целей // Авиакосмическое приборостроение. 2020. № 4. С. 3—14.

8. Черный М. А., Кораблин В. И. Воздушная навигация. М.: Транспорт, 1991. 432 с.

9. Моисеев В. С. Основы теории эффективного применения беспилотных летательных аппаратов. Казань: Школа, 2015. 444 с.

10. Rysdyk. R. Unmanned Aerial Vehicle path following for target observation in wind // Journal of Guidance, Control, and Dynamics. 2006. Vol. 29, N. 5. P. 1092—1100.

11. Веремеенко К. К., Желтов С. Ю., Ким Н. В. и др. Современные информационные технологии в задачах навигации и наведения беспилотных маневренных летательных аппаратов. М.: Физматлит, 2009. 554 с.

12. Поспелов Д. А. Ситуационное управление: теория и практика. М.: Наука, 1986. 288 с.

13. Филимонов А. Б., Филимонов Н. Б. Ситуационный подход в задачах автоматизации управления техническими объектами // Мехатроника, автоматизация, управление. 2018. Т.19, № 9. С. 562—578.

14. Мелехин В. Б., Хачумов В. М. Управление эффективной реализацией технологических процессов механической обработки деталей в машиностроении // Проблемы управления. 2020. № 1. С. 71—82.

15. Заде Л. Понятие лингвистической переменной и его применение для принятия приближенных решений. М.: Мир, 1976. 168 с.

16. Passino K. M., Yurkovich S. Fuzzy Control. Boston (USA): Addison Wesley Longman, 1998. 522 p.

17. Мелихов А. Н., Берштейн Л. С., Коровин С. Я. Ситуационные советующие системы с нечеткой логикой. М.: Наука, 1990. 272 с.

18. Абдурагимов Т. Т., Мелехин В. Б., Хачумов В. М. Информационно-аналитическая модель нечеткого ПИД регулятора // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. 2017. № 1 (44). С. 48—60.