Содержание к диссертации
Введение
1. Управление маневрированием БТС 12
1.1. Формализация постановки задачи 12
1.1.1. Принятые допущения и ограничения 12
1.1.2. Основные факторы, определяющие траекторию маневра БТС 13
1.1.3. Описание карты местности в районе выполнения маневра БТС 14
1.1.4. Интегральный критерий качества маневра 15
1.2. Имитационное моделирование движения БТС 18
1.2.1. Особенности моделирования движения БТС 18
1.2.2. Моделирование движения БТС с применением полной модели БТС 21
1.2.3. Моделирование движения БТС с применением упрощенной модели БТС. 27
1.2.4. Анализ быстродействия и точности моделирования 32
1.2.5. Обзор традиционных подходов к решению задач управления маневрированием БТС 36
1.2.6. Предлагаемый подход к определению траектории маневра БТС 40
Выводы по первой главе 44
2. Методика прогнозирования траекторного движения БТС 45
2.1. Постановка задачи прогнозирования траєкторного движения БТС 45
2.2. Использование базы знаний о динамике БТС 46
2.3. Имитационное моделирование эталонного набора маневров 49
2.4. Анализ множества начальных условий выполнения маневра 53
2.5. Определение решений задачи прогнозирования состояния БТС для выбранных нечетких значений лингвистических переменных 55
2.6. Определение решения задачи прогнозирования состояния БТС для заданного вектора состояния БТС 57
2.7. Анализ эффективности прогнозирования траєкторного движения БТС 61
2.8. Обоснование выбора метода прогнозирования БТС 63
Выводы по второй главе 66
3. Методика планирования программной траектории ведущего объекта БТС 67
3.1. Общий алгоритм решения задачи генерации и сравнения альтернативных траекторий маневра БТС . 67
3.2. Критерий спрямляемости маршрутных цепочек 68
3.3. Алгоритм определения узловых точек траектории 73
3.4. Способ учета состояния объекта управления и порядка обхода целевых областей 80
3.5. Оценка производительности метода волнового распространения 84
Выводы по третьей главе 89
4. Программное обеспечение поиска траектории маневра БТС 90
4.1. Пакет прикладных программ «Маневр». Состав, структура и взаимодействие программного обеспечения 90
4.2. Многослойная структура карты местности 94
4.3. Методика применения пакета прикладных программ «Маневр» для решения задачи определения маневра БТС 96
4.3.1. Предварительный этап 96
4.3.2. Подготовительный этап 97
4.3.3. Финальный этап 102
4.4. Примеры решения задачи поиска траектории маневра БТС 107
4.4.1. Проведение ведомого объекта БТС над заданной точкой карты местности 107
4.4.2. Перевод БТС на параллельный галс 112
4.4.3. Транспортировка груза на внешней подвеске вертолета при нескольких исходных пунктах 114
Выводы по четвертой главе 122
Заключение 123
Список использованных источников 126
- Интегральный критерий качества маневра
- Использование базы знаний о динамике БТС
- Критерий спрямляемости маршрутных цепочек
- Пакет прикладных программ «Маневр». Состав, структура и взаимодействие программного обеспечения
Введение к работе
Проблемной областью данной диссертационной работы являются вопросы управления маневрированием в среде буксируемых тросовых систем (БТС), состоящих из ведущего объекта (судно, ЛА и т.п.), ведомого объекта (исследовательский аппарат, груз и др.) и соединяющего их троса. Рассматривается подкласс БТС, у которых ведущий объект является активным, а ведомый - пассивным (не имеющим собственных органов управления).
Актуальность работы определяется многообразием, сложностью и практической значимостью задач траєкторного управления БТС. Подводные БТС применяются для исследования дна мирового океана (системы DSS-125, DEEPTOW, DIGITOW - США, RAIE I, RAIE II — Франция, IBAK — Германия и др.) [72,77], поиска и идентификации объектов (обломков самолетов, потерпевших крушение над океаном, затонувших кораблей, ракет, подводных лодок и др.), расположенных на больших глубинах (до нескольких километров) [13,14].
Областью применения аэродинамических БТС являются задачи транспортировки грузов на внешней подвеске ЛА, мониторинга объектов на заданном полигоне, разведывательные работы в горной местности и др. Важными достоинствами БТС по сравнению с автономными системами являются большая продолжительность непрерывной работы, сравнительно низкая стоимость производства и эксплуатации, а также отсутствие риска для экипажа [46,62].
Решению задач управления маневрированием БТС в среде посвящен целый ряд отечественных и зарубежных работ [3,4,20,22,29,45,47,65,73 и др.]. При этом решение этих задач ведется, как правило, в предположении об отсутствии рельефа местности, либо рассматривается только такой рельеф, при котором избежание столкновений ведомого объекта с препятствиями может быть достигнуто за счет
5 подбора троса при помощи лебедки. Однако даже в этом случае методы решения задачи существенно отличаются в зависимости от рассматриваемых режимов функционирования БТС. Несмотря на большое количество наработок в данной области, в большинстве случаев для решения задачи управления траекторным движением БТС требуется труд высококвалифицированных специалистов в области составления и решения дифференциальных уравнений динамики БТС.
Работы, посвященные разработке методов определения траекторий маневра БТС с учетом рельефа местности, на сегодняшний день очень немногочисленны, что свидетельствует о том, что данная проблема требует дальнейшего исследования.
Развитие информационных технологий и вычислительной техники позволяет ставить задачи в более общем виде, устраняя принципиальное различие между методами решения задач выбора траектории маневра БТС для различных режимов ее функционирования и позволяя учитывать более широкий спектр факторов, влияющих на выбор траектории маневра БТС.
Работа посвящена разработке методического, алгоритмического и программного обеспечения процесса нахождения оптимальной траектории маневра БТС, приводящего к единообразному решению характерных терминальных задач.
В качестве характерных задач рассматриваются:
вывод подводного буксируемого аппарата в заданный район полигона с соблюдением требуемого направления его прохода;
перевод БТС на новый галс (курс);
транспортировка груза на внешней привязи ЛА в заданный район;
мониторинг заданного множества участков местности исследовательским аппаратом на внешней привязи ЛА.
Для решения задачи выбора маневра БТС необходимо найти такую траекторию движения ее ведущего объекта, при которой обеспечивается допустимое дви-
жение БТС в целом, а оценка соответствующего маневра является наилучшей в смысле принятого критерия. В качестве критерия оптимальности рассматривается взвешенная сумма оценок экономичности и безопасности маневра БТС.
Эффективность решения задачи в значительной мере зависит от того, насколько точно модели БТС и окружающей среды отражают объективные условия выполнения маневра.
Задача определения текущего положения концевых объектов и конфигурации троса БТС также является важной, но она может быть решена независимо от выбора метода определения траектории маневра БТС. Методы решения этой задачи рассмотрены в [4]. В данной диссертационной работе исходное состояние БТС считается известным.
Движение БТС в целом определяется движением ее ведущего объекта, потоком внешней среды (течением, ветром) и характером рельефа местности в районе маневра. Проблемы при определении оптимальной траектории маневра БТС связаны с двумя основными факторами. Во-первых, динамика БТС, как объекта с распределенными параметрами, описывается нелинейными дифференциальными уравнениями с частными производными, граничные условия для которых задаются выбранным законом движения ведущего объекта и динамикой ведомого объекта. Поэтому прогнозирование управляемого траєкторного движения БТС является самостоятельной сложной задачей. Во-вторых, к маневру БТС предъявляются требования по обеспечению минимума продолжительности и максимума безопасности, что может быть достигнуто только с учетом карты местности в районе маневра.
Важным аспектом решаемой задачи маневрирования БТС является возможность практической реализации метода отыскания требуемого маневра БТС, т.е. возможность создания методического, математического и программного обеспече-
7 ния, необходимого для машинной реализации этого метода в допустимых временных пределах.
Таким образом, основными свойствами, которыми должен обладать метод решения рассматриваемой задачи оптимального управления, являются точность решения и его практическая реализуемость.
Цель работы заключается в разработке методического, математического и программного обеспечения решения задачи определения наилучшей в смысле принятого критерия траектории маневра БТС с учетом заданной карты местности и потоков внешней среды. В связи с этим основными задачами, решаемыми в данной диссертационной работе являются:
высокопроизводительная организация процесса прогнозирования управляемого траєкторного движения БТС на основе использования методов интеллектуального управления;
разработка метода нахождения траектории ведущего объекта БТС с учетом карты местности и специальных условий безопасности маневра;
разработка алгоритмов решения характерных задач управления БТС на основе предложенных методов и критериев;
-создание пакета прикладных программ, позволяющих реализовать работу указанных алгоритмов на ЭВМ.
Для решения задачи определения траектории маневра ведущего объекта БТС использованы методы оптимального управления, методы на основе теории нечетких множеств (НМ) и технологии экспертных систем (ЭС).
Научная новизна данной диссертационной работы состоит в использовании методов интеллектуального управления для единообразного решения комплекса задач поиска оптимальной траектории с учетом моделей местности и нелинейной ди-
8 намики траєкторного движения БТС в среде и определяется следующими результатами проведенных исследований:
- предложена структура системы управления (СУ) маневрированием БТС,
осуществляющей управление на основе использования базы знаний о динамике
БТС и учитывающей особенности рельефа местности и потоков среды в районе вы
полнения маневра;
-разработана методика прогнозирования управляемого траєкторного движения БТС на основе анализа ее движения при условии последующего прямолинейного движения ее ведущего объекта для различных исходных конфигураций троса;
-разработан метод построения искомой траектории движения ведущего объекта БТС на карте местности, позволяющий рассматривать множество исходных и целевых областей с заданными ограничениями на направление их прохода БТС;
- построена система эффективных алгоритмов, позволяющих осуществить
машинную реализацию процесса нахождения искомой траектории движения БТС.
Практическая ценность результатов работы заключается в том, что разработанный метод определения траектории маневра БТС позволяет учитывать не только сложную динамику БТС, но и рассматривать комплекс мер безопасности маневра, включающий в себя учет рельефа местности, потоков внешней среды и специальные условия сохранения целостности БТС. Созданные средства выбора траектории маневра БТС не требует высококвалифицированного труда для составления и решения уравнений динамики БТС для каждого из режимов ее функционирования. Разработанные в рамках данной диссертационной работы методы определения траектории маневра сложного динамического объекта реализованы и внедрены в ОАО «ОКБ Сухого» для использования в рамках создания интеллектуальных систем управления ЛА.
9 В первом разделе диссертационной работы формулируются общие принципы выбора траектории движения БТС с учетом особенностей ее динамики и характеристик ландшафта окружающей среды. Выделяются факторы, определяющие эффективность решения задачи выбора траектории маневра БТС. Формулируется интегральный критерий качества маневра, учитывающий наряду с продолжительностью маневра оценку его безопасности. При задании терминальных условий задачи предполагается возможность наличия одновременно целой группы исходных и конечных пунктов БТС. Рассматриваются особенности моделирования движения БТС с применением полной и упрощенной (стержневой) ее моделей и дается их сравнительная оценка с точки зрения точности и скорости моделирования. Приводится обзор традиционных методов решения задачи управления маневрированием БТС- Рассматриваются подходы, основанные на методах численного решения уравнений динамики БТС, методах ситуационного управления с использованием базы знаний об управлении маневрированием БТС, метод динамического программирования и подход, основанный на идее применения искусственных нейронных сетей для выбора наилучшего из нескольких эталонных решений.
Во втором разделе рассматривается задача прогнозирования (моделирования) траєкторного движения БТС. Рассматривается вариант применения ЭС для прогнозирования траектории маневра БТС, предполагающий использование информации, накопленной в базе знаний в процессе предварительного обучения. При заполнении базы знаний предлагается использовать подход, основанный на проведении тестового имитационного моделирования с последующим переходом к логико-лингвистическому описанию задачи управления- Дается сравнительная оценка эффективности применения различных математических моделей БТС.
Третий раздел посвящен изложению метода определения программной траектории движения ведущего объекта БТС. Предложенный метод предполагает по*
10 строение множества аппроксимированных траекторий движения ведущего объекта БТС, при которых обеспечивается допустимое движение БТС в целом. Рассматривается множество только таких траекторий, критериальная оценка которых не превышает оценку искомой траектории- Формулируется критерий, позволяющий классифицировать определенные последовательности ячеек карты местности как прямолинейные участки результирующей траектории маневра. Использование этого критерия позволяет повысить точность учета направления движения БТС, а также сократить продолжительность искомого маневра- При сравнении конкурирующих траекторий маневра учитываются параметры текущего состояния БТС.
В четвертом разделе приведено описание структуры разработанного в рамках данной диссертационной работы пакета прикладных программ «Маневр». Изложена методика использования этого пакета для решения задачи управления траекторным движением БТС, Выделяются три этапа решения задачи выбора траектории маневра БТС: предварительный, подготовительный и финальный.
Основные результаты диссертационной работы были доложены и обсуждены на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава, Москва, МТУСИ, 1998,1999 и 2002 гг. и отражены в восьми научных статьях [15-17,39-431 и четырех отчетах о НИР [31-34].
Основные положения диссертационной работы, выносимые на защиту:
Структура интеллектуальной системы выбора траектории движения БТС, обеспечивающей выполнение задачи управления с учетом динамики БТС, рельефа местности и заданных терминальных условий.
Методика прогнозирования управляемого траєкторного движения БТС на основе использования базы знаний о динамике БТС.
Метод построения и сравнения программных траекторий движения БТС с учетом параметров ее состояния и возможностью решения задач управления с множеством целевых областей.
Алгоритмическое и программное обеспечение интеллектуальной системы управления маневрированием БТС,
Интегральный критерий качества маневра
Математическая модель тросовой системы в общем случае представляет собой систему дифференциальных уравнений с частными производными, описывающих динамику гибкой связи (связей); обыкновенных дифференциальных уравнений, описывающих динамику концевых объемов БТС, и, возможно, алгебраических уравнений, задающих кинематические соотношения для точек соединения гибких связей с концевыми объектами. Принципы построения математической модели БТС и собственно уравнения динамики тросат образующие ее, подробно рассмотрены в [27,32,44,54,67].
Дифференциальные уравнения с частными производными являются главной частью математического описания динамики БТС, именно с ними связана сложность анализа динамического поведения тросовой системы. Решение этих уравнений «классическими» методами математической физики возможно только для небольшого числа частных случаев движения БТС, не имеющих практического значения.
Для анализа движения БТС используют те или иные численные методы решения дифференциальных уравнений с частными производными. Другим подходом к описанию динамики БТС является использование упрощенных математических моделей, которые либо строятся по определенным образом измененным (упрощенным) исходным уравнениям с частными производными, либо вообще исключают из рассмотрения частные производные, описывая динамику БТС набором обыкновенных дифференциальных уравнений. В [32] выбор «степени детализации» математической модели БТС производят с учетом следующих особенностей уравнений динамики гибкой связи: 1. Уравнения динамики троса содержат частные производные от двух независимых переменных: дуговой координаты а и времени і Метод разделения переменных в общем случае неприменим для решения этих уравнений. 2. Уравнения динамики троса содержат ярко выраженные нелинейности как квадратичного типа, так и типа Х/х. 3. Уравнения динамики троса относятся к классу уравнений с подвижными границами. Независимая переменная о изменяется в пределах, зависящих от независимой переменной t. 4. Скорости распространения продольных и поперечных возмущений вдоль троса различаются на несколько порядков. Это приводит к тому, что уравнения троса являются жесткими по независимой переменной t. 5. Демпфирование средой поперечных возмущений троса приводит к возникновению в системе дифференциальных уравнений краевых эффектов по независимой переменной а. Наиболее общим способом моделирования динамики БТС является численное решение полной системы дифференциальных уравнений БТС с частными производными [32,33,34]. Такое решение сводится к выбору схемы дискретизации исходных уравнений и выбору метода решения полученных краевых задач либо задач Коши. Для этого способа основным условием получения корректных результатов является правильный выбор используемых алгоритмов с учетом указанных выше особенностей исходных уравнений (жесткости получаемых задач Коши либо плохой обусловленности и наличия краевых эффектов получаемых краевых задач). Использование упрощенных моделей математического описания динамики БТС представляет собой более нетривиальную задачу. Главной проблемой в этом случае является обоснованность принимаемых упрощающих допущений и оценка достоверности получаемых результатов анализа и/или моделирования поведения БТС по таким моделям. Существует достаточно большое количество разных подходов к формированию упрощенных моделей динамики БТС. Наиболее тривиальным из них является «скрытие» пространственной распределенности гибкой связи путем разбиения ее на конечное число элементов с сосредоточенными параметрами, взаимодействующими между собой. Это может быть сделано различными способами. Например, «стержневая» модель гибкой связи предполагает введение «математической модели элемента» гибкой связи как объекта с сосредоточенными параметрами. Математическая модель связи представляет собой набор таких элементов. Другим способом является формальное преобразование исходных дифференциальных уравнений к системе обыкновенных дифференциальных уравнений, в которых частные производные по одной из независимых переменных, обычно дуговой координате о, заменяются конечными разностями (метод конечных элементов). Для некоторых режимов эксплуатации БТС, имеющих практическое значение, например, прямолинейное равномерное движение БТС (одного из ее концевых объ-ЄЕСТОВ), возможно построение упрощенной модели БТС путем линеаризации исходных уравнений ее движения относительно установившегося режима. В этом случае исходные уравнения гибкой связи заменяются системой линейных дифференциальных уравнений с частными производными. Эти уравнения в общем случае также требуют численного решения, однако, вычислительная сложность их решения оказывается меньше, чем для исходных уравнений. В результате линеаризации также оказывается возможным понизить порядок решаемой системы уравнений, разделив движение гибкой связи на продольное, поперечное и боковое, что также уменьшает затраты на их решение. Кроме того, линеаризация исходных уравнений гибкой свя 21 зи позволяет применить к ним некоторые методы анализа линейных систем, в частности, расчет и последующий анализ частотных характеристик гибкой связи.
Еще одним подходом к формированию упрощенных моделей движения БТС является упрощение (преобразование) исходных дифференциальных уравнений с частными производными с целью получить более удобные для численного решения (в плане вычислительных затрат) краевые задачи. Например, допущение о малости сил инерции в тросе позволяет исключить из уравнений инерциальную составляющую и получить так называемую «квазистатическую» модель, численное решение которой, как правило, оказывается проще решения исходной системы уравнений.
Использование упрощенных моделей динамики БТС, как правило, обусловлено одной из двух причин. Это, во-первых, недостаток располагаемой вычислительной мощности, не позволяющий осуществлять численное решение полных уравнений троса, и, во-вторых, возможность использовать для упрощенных моделей стандартные методы анализа и синтеза СУ, неприменимые к системе нелинейных дифференциальных уравнений с частными производными.
На сегодняшний день первая из этих причин уже не может считаться существенной- Как показывает практика, мощности современной вычислительной техники, даже персональных компьютеров, более чем достаточно для качественного моделирования динамики БТС с использованием ее полной модели.
Использование базы знаний о динамике БТС
Элементы функциональной схемы можно разделить на три группы в зависимости от того, на каком этапе решения задачи они используются. Всего выделено три этапа: предварительный, подготовительный и финальный.
На предварительном этапе заполняется база знаний нечеткой модели БТС. Правила прогнозирования траєкторного движения БТС формируются на основе результатов вычислительных экспериментов с ее имитационной моделью. Подготовительный этап предусматривает анализ исходных данных и постановку задачи управления маневрированием БТС. На финальном этапе происходит автоматическое решение поставленной задачи путем генерации и сравнения множества альтернативных программных траекторий маневра БТС. Подробное описание разработанных средств прогнозирования траєкторного движения БТС, метода выбора наилучшей программной траектории ее ведущего объекта и методики применения соответствующих им программных средств приведено в последующих главах данной диссертационной работы. 1 Выделены основные факторы, влияющие на выбор траектории маневра БТС. Сформулирован интегральный критерий качества маневра, учитывающий продолжительность и безопасность выполнения маневра БТС. 2. Рассмотрены полная и упрощенная (стержневая) математические модели динамики БТС. На основе проведения вычислительного эксперимента произведено сравнение точности и вычислительной эффективности данных моделей для различных значений их параметров- Результаты моделирования показали преимущество полной модели перед упрощенной в точности имитационного моделирования при одинаковой трудоемкости расчетов. 3. Анализ традиционных подходов к решению задач управления маневрированием БТС в среде позволил сделать вывод о разнородности применяемых методов решения задач управления траекторным движением БТС для различных режимов ее функционирования и учитываемых внешних факторов. Единообразное решение ха-рактерных задач управления маневрированием БТС с учетом ее динамики и рельефа местности в рамках традиционных подходов проблематично. 4. Предложен подход к построению СУ траекторией маневра БТС, основанный на использовании сочетания специального оптимального метода поиска траектории движения ведущего объекта БТС и базы знаний о динамике траєкторного движения БТС, Выделены три этапа решения задачи и определены функциональные связи между блоками СУ. Рассмотрим вариант решения задачи прогнозирования траєкторного движения БТС, соответствующего определенной траектории движения ее ведущего объекта, на основе использования ЭС.
В первой главе было принято, что траектория движения ведущего объекта БТС ищется в виде ломаной линии, звеньями которой являются отрезки прямой, соединяющие центры некоторых участков карты местности. В связи с этим траектория движения БТС может быть найдена путем последовательного решения задач прогнозирования для каждого звена заданной траектории ее ведущего объекта. Поэтому прогнозирование траєкторного движения БТС будем проводить при условии последующего исключительно прямолинейного движения ее ведущего объекта. Это, однако, не означает, что движение БТС можно считать близким к установившемуся, поскольку начальные условия могут соответствовать любым стадиям переходных процессов, протекающих в БТС.
Точность прогнозирования траєкторного движения БТС зависит от качества описания исходной конфигурации БТС. Как правило, в процессе маневрирования БТС доступны лишь координаты ее концевых объектов, а информация о конфигурации троса в явном виде отсутствует. Другим важным аспектом, влияющим на результат прогнозирования, является описание силы и направления течения в районе маневра БТС. В качестве допущения примем, что характер течения на интервале прогнозирования не изменяется.
Задача прогнозирующего модуля системы управления состоит в том, чтобы каждому возможному исходному состоянию БТС поставить в соответствие траекторию движения ведомого объекта при заданном движении ее ведущего объекта. Учитывая характер результирующей траектории {ломаная линия) достаточно рассматривать только последующее прямолинейное движение ведущего объекта в выбранном направлении.
Прогнозирование траєкторного движения БТС может осуществляться различными способами, такими как: моделирование движения с применением полной математической модели БТС, описываемой нелинейными дифференциальными уравнениями в частных производных; моделирование движения с применением упрощенной математической модели БТС; использование предварительно накопленной информации о результатах моделирования движения БТС.
Критерий спрямляемости маршрутных цепочек
Исследованы основные варианты решения задачи прогнозирования траєкторного движения БТС, соответствующего определенной траектории движения ее ведущего объекта. Определено, что прогнозирование траєкторного движения БТС целесообразно осуществлять на основе информации, накопленной в базе знаний в процессе предварительного обучения по результатам имитационного моделирования движения БТС на основе ее полной модели. В результате имитационного моделирования выявлено, что использование нечеткой модели БТС позволяет на несколько порядков повысить скорость прогнозирования траеісгорного движения БТС даже по сравнению со случаем применения упрощенных моделей БТС, 2. Разработана методика заполнения базы знаний о динамике траєкторного движения BTCf которая основывается на проведении экспериментов с имитационной моделью с последующим переходом к логико-лингвистическому описанию траекторий движения БТС. Данная методика позволяет достаточно равномерно заполнять пространство возможных исходных состояний параметров состояния БТСГ 3. В результате исследования множества характерных маневров БТС выделены три параметра ее состояния, определяющих с достаточной для решения характерных задач управления точностью траекторию движения БТС при условии последующего прямолинейного равномерного движения ее ведущего объекта. 4. Для обеспечения адекватности нечеткой модели БТС при различных параметрах внешней среды предложено использование набора баз знаний о динамике траєкторного движения БТС, 3. Методика планирования программной траектории ведущего объекта БТС 3.1. Общий алгоритм решения задачи генерации и сравнения альтернативных траекторий маневра БТС В основ/ предлагаемого метода генерации альтернатив в процессе выбора наилучшей траектории маневра БТС положена идея пошагового наращивания траекторий движения БТС во всех допустимых направлениях за счет присоединения ближайших ячеек матрицы М. При получении очередного варианта траектории происходит определение ее допустимости и целесообразности. Допустимость траектории определяется из одновременного выполнения следующих условий: -ведущий и ведомый объекты БТС находятся вне «запрещенных» областей карты местности; - концевые объекты БТС не сталкиваются с поверхностью земли; -изменение курса ведущего объекта БТС не превышает заданное ограничение; -вектор состояния БТС не соответствует критической ситуации базы знаний СУ (например, сила натяжения троса в точке крепления ведомого объекта выходит за пределы установленного диапазона).
Целесообразность рассматриваемой траектории обуславливается ее критериальной оценкой в сравнении с другими рассмотренными ранее траекториями. Если ранее была рассмотрена траектория, приводящая БТС в то же положение на местности с качественно тем же вектором ее состояния, но с лучшей критериальной оценкой, то продолжение построения текущей траектории считается нецелесообразным.
Ввиду того, что рассмотренная процедура анализа осуществляется на протяжении всего процесса построения траектории движения БТС, на каждом отдельном шаге анализу подвергается только текущая ситуация. Для допустимых и целесообразных траекторий рассчитываются новые векторы состояния БТС, а также уточненное направление движения ее ведущего объекта. Полученные траектории оцениваются при помощи принятого критерия оптимальности маневра БТС. Процесс построения траекторий заканчивается в случае достижения цели выполнения маневра.
Блок-схема предлагаемого в данной диссертационной работе порядка действий, выполняемых на каждом шаге построения траекторий движения БТСГ изображена на рисунке 8. Как было отмечено выше, в основе предлагаемого метода направленного поиска траектории лежит идея параллельного «поячеечного» наращивания множества рассматриваемых траекторий. Подобная организация поиска позволяет исключить из рассмотрения маршруты, критериальные оценки которых уступают оценке искомого маршрута, а также маршруты, проходящие через непреодолимые препятствия [59].
Традиционным недостатком данного подхода является то, что оптимальность искомого маршрута достигается только в виде минимального количества составляющих его ячеек, что может приводить к заметной неоптимальности длины соответствующего ему реального маршрута. Иллюстрацией этого может служить пример, показанный на рис.9.
Пакет прикладных программ «Маневр». Состав, структура и взаимодействие программного обеспечения
При описании условий выполнения маневра в данной диссертационной работе предлагается многослойная структура карт местности, каждый слой которых содержит описание того или иного фактора, влияющего на оценку траектории маневра БТС, Так один слой карты местности определяет высоту рельефа, другой характеризует потоки среды и т.д. Отдельный слой служит для задания исходных и целевых областей. Структура предлагаемой многослойной карты местности приведена на рисунке 18.
В пакете прикладных программ «Маневр» каждый слой карты представлен двумерным рисунком, оттенок точек которого определяет оценку влияния соответствующего этому слога фактора. Размер изображения соответствует степени разбиения карты местности на участки (одна точка несет информацию об одном участке).
Для описания рельефа составляется рельефный слой карты местности, представляющий собой растровое изображение, на котором эти зоны выделены градацией серого цвета. Более темные зоны соответствуют большей высоте рельефа. Данный слой сопровождается информацией о диапазоне изменения высоты рельефа, что необходимо для калибровки используемых оттенков.
Подобная организация информации позволяет определять факты столкновения с поверхностью земли как для ведомого, так и для ведущего объектов, а также рассчитывать степень близости прохомедения этих объектов от препятствий. Влияние потоков внешней среды на траекторное движение БТС характеризуется силой и направлением движения этих потоков. При составлении карты Методика применения пакета прикладных программ «Маневр» для решения задачи определения маневра БТС В данном подразделе рассматривается методика применения пакета прикладных программ «Маневр» при решении задачи, общая постановка которой может быть выражена следующим образом: БТС с заданным вектором состояния и заданным положением на местности должна быть переведена в требуемое состояние и требуемое положение на местности. Пакет программ «Маневр» предоставляет оператору необходимые средства решения указанной задачи управления. В работе пакета выделяются три основных этапа: предварительный, подготовительный и финальный. Ниже дается подробное описание действий оператора на каждом из этих этапов при решении рассматриваемой задачи определения искомой траектории маневра БТС. Настройка параметров БТС и среды Первым шагом при решении задачи управления является настройка параметров БТС. В силу того, что траектория маневра БТС ищется в аппроксимированном виде (в виде последовательности прямолинейных участков), динамические характеристики ведущего объекта (такие как минимальный радиус разворота и т.п.) не участвуют в решении задачи. В качестве ведомого объекта в программе «Маневр» выступает буксируемый аппарат сферической формы. В связи с этим его параметрами выступают радиус и масса, а также коэффициент гидродинамического сопротивления. Для определения параметров троса необходимо задать его диаметр, погонную массу, жесткость и коэффициенты нормального и тангенциального сопротивления. Кроме того, полагается, что в процессе маневра длина вытравленной части троса остается неизменной, что позволяет заранее задать еще один параметр БТС -длину троса. Динамика БТС зависит также от плотности среды, в которой происходит ее движение. Для задания значений перечисленных параметров необходимо заполнить форму, изображенную на рис. 19. Данная информация будет использована на подготовительном этапе решения задачи управления. Выбор базовых весовых коэффициентов критериев В соответствии со спецификой решаемой задачи выбираются базовые весовые коэффициенты используемых критериев оценки маневра: протяженности и безопасности. Впоследствии предполагается варьирование этих коэффициентов в окрестности установленных на данном этапе значений.
Определение условий завершения переходных процессов в БТС На подготовительном этапе осуществляется моделирование движения БТС, соответствующего различным вариантам траекторий ее ведущего объекта. Каждый из моделируемых маневров продолжается до тех пор, пока движение БТС не станет установившимся. Строго говоря, этот процесс имеет неограниченную длительность, поэтому условием завершения переходных процессов в БТС принимается попадание контролируемых величин в заданную окрестность установившихся значений. Контролируемыми параметрами выступают опционально разность курсов и скорость изменения разности высот концевых объектов БТС, сила натяжения троса в точке крепления ведомого объекта и максимальная продолжительность выполнения маневра.
![Рациональное управление системой психологической помощи на основе медицинского мониторинга и организации психопрофилактического процесса [Электронный ресурс]](/i/i/4409/168295.png "Рациональное управление системой психологической помощи на основе медицинского мониторинга и организации психопрофилактического процесса [Электронный ресурс] Склярова Татьяна Петровна")
