автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Создание информационно-измерительных систем тренажеров, динамически подобных подвижным наземным объектам

На правах рукописи

ТКАЧ Виктор Павлович

СОЗДАНИЕ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ ТРЕНАЖЕРОВ, ДИНАМИЧЕСКИ ПОДОБНЫХ ПОДВИЖНЫМ НАЗЕМНЫМ ОБЪЕКТАМ

Специальность: 05.11.16 - Информационно-измерительные и управляющие системы (в промышленности)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тула 2006

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Тульский государственный университет» на кафедре «Робототехника и автоматизация производства»

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор ЛАРКИН Евгений Васильевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, доцент МАКАРОВ Николай Николаевич.

Ведущее предприятие:

кандидат технических наук ФИМУШКИН Валерий Сергеевич

ОАО «Муромское специальное конструкторское бюро»

Защита состоится ОМуЬ & 2006 г. в 1400 часов на заседании

диссертационного совета Д 212.271.b7 при ГОУ ВПО «Тульский государственный университет» (300600, Тула, проспект им. Ленина, 92) в аудитории 9-103.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Тульский государственный университет» (300600, Тула, проспект им. Ленина, 92).

Автореферат разослан « 0£>» АХ&^ПЛЛОу- 2006 ]

Ученый секретарь —

диссертационного совета —.—— Данилкин Ф.А.

7Г74Т

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Одним из важных факторов, определяющих эффективность эксплуатации подвижных наземных объектов, является степень подготовленности операторов, управляющих ими. Относительно высокая сложность и стоимость современных транспортных средств, дороговизна углеводородных источников энергии делает проблематичным обучение водителей, основанное на управлении реальными объектами в естественных условиях. Сокращение сроков и повышение качества подготовки операторов возможно при их обучении с применением современных тренажерных комплексов, обеспечивающих имитацию различных штатных и нештатных ситуаций, возникающих в процессе эксплуатации реальной техники. Указанная методика обучения является общепринятой практикой любой из индустриально развитых стран, где разработка и производство тренажеров в промышленности проходит параллельно с созданием имитируемых ими объектов.

Любой тренажер представляет собой физическую модель, подобную реальному объекту в некоторых релевантных аспектах. В частности, основными параметрами транспортных средств, оказывающими существенное психофизиологическое воздействие на человека, являются параметры движения, которое возникает как результат манипуляции водителя органами управления подвижным наземным объектом, а также возмущающих воздействий на объект со стороны дороги с ее неровностями.

С другой стороны, динамический тренажер, как объект инженерной разработки и последующего промышленного производства, представляет собой сложную информационно-измерительную систему, включающую подвижную платформу, имитаторы органов управления, сопряженные с датчиками сенсорной подсистемы, и технические средства, осуществляющие управляемое движение платформы. Проблемы целенаправленного проектирования подобных систем решены далеко не полностью. В частности не решена проблема достижения необходимой степени динамического подобия тренажера реальному объекту Все это объясняет необходимость и актуальность исследований, проведенных в диссертации.

Объектом исследования диссертационной работы являются измерительно-информационная система тренажера с подвижным макетом рабочего места обучаемого оператора, обеспечивающая его динамическое подобие реальному подвижному наземному объекту. Методы достижения подобия, разработанные в диссертации для наземных объектов, могут быть применены для разработки тренажеров летательных аппаратов, железнодорожного или морского транспорта, что расширяет область применения исследований до класса объектов

Предметом исследования диссертации работы являются технические характеристики тренажеров как физических моделей, обеспечивающие динамическое подобие реальным объектам при воспроизведении движения макета рабочего места с оператором

Общие вопросы теории подоб

В Б Геронимуса, В А Веникова, М В

М.А.Мамонтова и др. Вопросы обеспечения подобия в тренажерных комплексах, как технических системах, исследовали А.С.Бабенко, В.А.Боднер, Р.А.Закиров, В.С.Шукшунов, и др. Из зарубежных специалистов подобные исследования проводили Д.А.Браун, И.Голдстейн, Ж.Кристенсен, Дж.О'Брайен, Г.Савледи, Д.Холдинг, Р.Эбертс и др.

Из всех существующих подходов к разработке тренажеров наиболее продуктивным представляется подход, основанный на аналитических методах математического моделирования процессов в них, что позволяет целенаправленно планировать будущие свойства разрабатываемой динамической системы. Для этого в диссертации использованы: теория подобия, теоретическая механика, теория управления, теория случайных процессов.

Цель диссертационной работы состоит в разработке методов обеспечения динамического подобия при проектировании измерительно-информационной и управляющей системы тренажера с подвижной платформой как физической модели реального подвижного наземного объекта (ПНО).

Задачи исследований.

1. Введение ограничений на состав параметров физической модели, создающих эффект динамического подобия объекта с заданной структурой, и формирование пространства релевантных параметров.

2. Построение аналитической математической модели управления параметрами движения ПНО, его положением в пространстве в земной системе координат, включая продольное движение и маневры по углу курса.

3. Проведение анализа воздействия дороги, как возмущающего фактора, вызывающего собственные колебания кабины ПНО относительно движителя, получение передаточных функций для линейных вертикальных, угловых продольных и угловых поперечных движений кабины ПНО относительно движителей, а также спектров механических колебаний кабины при движении по пересеченной местности.

4. Разработка физической и математической модели динамической платформы тренажера для воспроизведения колебаний кабины с обучаемым оператором при имитации воздействия дороги на движители, позволяющей решать задачу обеспечения движения подвижной платформы тренажера по вертикали, углам тангажа и крена, подобного движению реального объекта.

5. Решение задач расчета идеальных корректирующих блоков информационно-измерительной системы при отсутствии ограничений на управление для различных типов структур систем управления.

6. Решение задачи синтеза реальных корректирующих блоков с ограниченным числом нулей и полюсов аппроксимирующей передаточной функции с минимизацией критерия подобия.

7. Построение моделей наиболее часто применяемых датчиков сенсорной подсистемы тренажера для учета их характеристик и погрешностей при создании эффекта подобия в процессе проектирования его информационно-измерительной и управляющей систем.

8. Исследование влияние на изменение критерия динамического подобия реальных технических средств преобразования сигналов в информационно-из-

мерительной системе.

9. Разработка методики оптимального проектирования тренажеров с целевой функцией в виде критерия подобия.

10. Апробация предложенных методов на задачах практического проектирования тренажеров ПНО.

Научная новизна диссертации заключается в следующем.

1. Введено понятие пространства релевантных параметров, степень бли-1 зости виртуального и реального годографов в котором определяет степень подобия реального подвижного наземного объекта и его физической модели.

2. Предложена физическая модель ПНО для воспроизведения движения кабины с оператором при имитации воздействия дорожного полотна на движители, позволяющая решать задачу перемещений макета кабины в тренажере по вертикали, углам тангажа и крена, подобных движениям кабины с оператором реального объекта.

3. Решены задачи определения параметров корректирующих блоков информационно-измерительной системы тренажера при отсутствии ограничений на релевантные переменные, что позволяет обеспечить динамическое подобие при прямом воздействии на подвижную платформу и воздействии с обратными связями, а также получены зависимости для оценки значений критериев подобия для указанных случаев.

4. Проведена оценка влияния на критерий динамического подобия наиболее часто применяемых типов датчиков сенсорной подсистемы, а также таких компонентов информационно-измерительных систем, как аналого-цифровые преобразователи, цифро-аналоговые преобразователи и управляющая ЭВМ.

5. Разработан метод поэтапного оптимального проектирования тренажеров как физических моделей, показано, что указанное проектирование должно быть иерархическим структурно-параметрическим, причем целевой функцией задачи оптимизации на каждом уровне должен служить критерий подобия, или функции приращения критерия подобия.

Практическая ценность работы заключается в том, что разработанные в диссертации методы ориентированы на использование при проектировании измерительно-информационных и управляющих систем как вновь разрабатываемых, так и модернизируемых тренажеров с подвижными платформами, что позволяет повысить уровень их динамического подобия при воспроизведении релевантных характеристик реального объекта и сократить сроки разработки.

Достоверность полученных теоретических результатов подтверждается результатами апробации разработанных методов при решении практических задач создания информационно-измерительных и управляющих систем ряда тренажеров подвижных наземных объектов.

Положения, выносимые на защиту.

1. Понятие пространства релевантных параметров с виртуальным и реальным годографами и критерий подобия реального объекта и его физической модели, как интегральное расстояние между виртуальным и реальным годографами в указанном пространстве.

2. Физическая и математическая модели подвижной платформы тренажера для воспроизведения движения кабины с обучаемым оператором при имитации воздействия дорожного полотна на движители, позволяющая решать задачу обеспечения движения подвижной платформы тренажера по вертикали, углам тангажа и крена, подобного движению кабины с оператором реального объекта

3. Метод синтеза линейных корректирующих блоков информационно-измерительной системы при отсутствии ограничений на переменные, который позволяет обеспечить высокий уровень подобия при имитации воздействий на подвижную платформу в системах без обратной связи и системах с обратными связями.

4. Зависимости для оценки влияния на критерий динамического подобия типовых этапов прохождения сигналов в информационно-измерительных системах: в датчиках сенсорной подсистемы, при аналого-цифровом и цифро-аналоговом преобразованиях, а также при цифровой обработке данных

5. Метод поэтапного оптимального проектирования тренажеров как физических моделей с использованием в качестве целевой функцией критерия подобия, или функции приращения критерия подобия.

Реализация и внедрение результатов.

Предложенные в диссертации методы и технические средства реализова-'ны автором в процессе выполнения научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ ОАО «Центральное конструкторское бюро аппаратострое-ния».

Результаты, внедрены в информационно-измерительных и управляющих системах следующих изделий, в настоящее время выпускаемых промышленностью: ДТЭ-188, ДТЭ-219К, ДТЭ-219Б, ДТЭ-172, ДТЭ-675.

Ряд теоретический положений внедрен в учебный процесс Тульского государственного университета на кафедре «Робототехника и автоматизация производства» в лекционных курсах по дисциплинам: «Теория автоматического управления», «Основы информационных устройств роботов», «Математические основы теории систем».

Апробация работы.

Основные положения диссертации докладывались на следующих конференциях и семинарах.

1. 8-я научно-техническая конференция «Проблемы специального машиностроения». - Тула, Тульский государственный университет, 2005.

2. Межрегиональная научно-техническая конференция «Интеллектуальные и информационные системы». - Тула, Тульский государственный университет, 2005.

3. Научно-технические конференции профессорско-преподавательского состава Тульского государственного университета 2004, 2005, 2006 гг.

По теме диссертации опубликовано 15 работ, включенных в список литературы, в том числе: 2 статьи, представляющие собой материалы межрегиональных научно-технических конференций, 7 статей в межвузовских сборниках, 6 патентов на полезную модель.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, изложенных на 158 страницах машинописного текста и включающих 61 рисунок и 2 таблицы, заключения, приложения на трех страницах, содержащего акты внедрения результатов исследований в учебный процесс и промышленность, и списка использованной литературы из 125 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении к диссертации отражена актуальность темы, определены объект, предмет, методы и задачи исследования, дана общая характеристика работы, обозначены основные положения, выносимые на защиту, а также приведены краткие аннотации разделов диссертации.

В первом разделе исследуются существующие методы обеспечения подобия в тренажерах подвижных наземных объектов.

Отмечено, что любой тренажер представляет собой физическую модель объекта, предназначенную для обучения технике управления им. Потенциальные возможности физической модели по воспроизведению соответствующих параметров и характеристик реального объекта должны планироваться целенаправленно на этапе ее разработки и промышленного производства.

В состав типового тренажера входит рабочее место инструктора, рабочее место обучаемого оператора (РМО) и управляющие ЭВМ, соответственно инструктора и оператора. Задачей тренажера является осуществление такого виртуального психофизиологического воздействия на обучаемого оператора, которое было бы адекватно реальному психофизиологическому воздействию ПНО при схожих реальных и виртуальных внешних факторах. РМО представляет собой выполненный в натуральную величину с воссозданием деталей макет функциональной зоны кабины реального ПНО. Имитаторы органов управления связаны через датчики сенсорной системы и управляющую ЭВМ с исполнительными органами (приводами подвижной платформы, средствами отображения и т.п.).

Отмечается, что любой ПНО описывается некоторым вектором изменяющихся во времени континуальных, дискретных или булевых переменных X' = (дг[, ..., х„, ..., хи), которые определяют его состояние и взаимодействие с окружающей средой и оператором (обобщенных реальных переменных, или реальных параметров). Связь между ними устанавливается в виде математической модели

?\(Х-) \(Х') = /?',;£\{Х') > й'; 1 < / < /,

где £■',{.••) - некоторая континуальная, дискретная, логическая или иная функция векторного аргумента; И \ - скалярный параметр.

Тренажер, как физическая модель системы, описывается параметрами Е' - (£ь •••> <£> -■•> £*./) (обобщенными виртуальными переменными, или виртуальными параметрами). Связи между виртуальными переменными устанавливается искусственно, либо через физические связи в материальной части тренажера, либо в виде математических выражений, вычисляемых с помощью программного обеспечения управляющей ЭВМ. Они имеют вид у\{Е) < 7/•,(=•') = Г!у(Е) > 771 < / < У,

где /,(...) - некоторая континуальная, дискретная, логическая или иная функция; т]\ - параметр.

Искусственно сформированные связи формируют математическую модель тренажера как физической модели объекта. Благодаря указанным связям тренажер из универсальной системы преобразуется в специфическую систему со свойствами и параметрами, приближенными к свойствам и параметрам моделируемого ПНО.

Показано, что в общем случае составы векторов X' и Е' совпадают лишь частично. По аналогии с понятием релевантных свойств в диссертации введено понятие релевантных параметров, или переменных, т.е. параметров, описывающих количественно и качественно релевантные свойства объекта, воспроизводимые в тренажере в рамках решаемой учебно-тренировочной задачи, и формирующих К-мерное пространство релевантных параметров. Отмечается, что указанное пространство определено для параметров, искусственно отобранных из соответствующих множеств X' и Е\ Состояния объекта и тренажера в пространстве релевантных параметров определяется векторами X -

(хь .», хк,..., **) и Е= ..., 4к.....Под подобием реального

объекта и тренажера как его физической модели в диссертации понимается совпадение векторов релевантных реальных X и виртуальных Е параметров. При несовпадении векторов расстояние между ними г{Х, Е) названо критерием подобия, который должен быть минимизирован при проектировании тренажера.

Определены типы подобия в соответствии с целью физического моделирования и составом релевантных параметров: геометрическое или статическое, аффинное, физическое, абсолютное, полное и приближенное практическое, динамическое, информационное.

Отмечено, что критерий динамического подобия определяется для векторов Х(() и Д/), представленных в сигнальной области по зависимости

Ы о

где Д...) - некоторая мера расстояния; С* - коэффициент, характеризующий "вес" соответствующего параметра в создании эффекта подобия.

Для спектров Фурье векторов Х(/) и Д/) критерий динамического подобия определяется в виде

* = ]//[*, (а) - & ,

/Ы о

где со - круговая частота; х^а) и спектры функций по времени соответствующих параметров.

В качестве меры рекомендовано принять среднеквадратичное отклонение (х„(г)-£„(г))2 (хп(а) - %„{б)))(хп(а)) - £„(&>)) или абсолютную величину отклонения |х„(г)-£Дт)|, ¡х„(со)-£,(©)|.

В зависимости от элементной базы конструкции все тренажеры разделены на четыре поколения.

Тренажеры первого поколения характеризуются применением неподвижных рабочих мест обучаемого оператора, кинопроекционных и оптико-механических систем для создания эффекта информационного подобия, аналоговых вычислительных устройств для управления.

Для тренажеров второго поколения характерным является наличие подвижных платформ с РМО, телевизионных систем с оптико-коллимационными устройствами для отображения внешней обстановки и аналого-цифровых вычислительных систем.

В тренажерах третьего поколения используются в основном подвижные платформы с РМО и микропроцессорные контроллеры, как основное средство информационного взаимодействия с оператором и управления подсистемами, решающими функциональные задачи.

В настоящее время в промышленности разрабатываются и начинают производиться динамические тренажеры четвертого поколения с использованием для создания эффекта динамического подобия сетей ЭВМ, работающих в мультипрограммном режиме. В тренажерах макет РМО, исполнительные устройства, сенсорная система и программные средства обработки информации определяет его специфику и назначение. Такие устройства, как управляющая ЭВМ, средства связи с инструктором и т.п. для различных тренажерных систем являются идентичными, что позволяет реализовать аппаратную часть указанных тренажеров по блочному принципу. Однажды созданная аппаратная часть тренажерного комплекса может постоянно развиваться, адаптируясь к новым типам, свойствам и параметрам объектов за счет наращивания и модернизации программного обеспечения, в частности программных средств обработки сигналов сенсорной подсистемы и цифрового управления движением подвижной платформы.

Во втором разделе исследуются физические и математические модели подвижного наземного объекта и тренажера с подвижной платформой.

Для построения подвижной платформы тренажера с заданным количеством степеней свободы построена модель движения реального ПНО

п

Р; = 1(Р„Л* + А>Л,) + /V» + Рг,уры + + РгсуК -

- Т.(Рг,Л,у + Р,Л,у) + Ргг^гу + РяЛ + + РгаРсу<

Му = 1(Рг,Ла + Л,Л,,) + pFr-.Fr, + РйЛ + РяЛ + Ррс-А, -

п

- КрЛ + РА ) + РггхРп + Рг,А, + Рлх^« + РрсЛсг

1=1

п

А, = 1(Рг*Л„ + Р>.Ау) + РГ^ГУ + РрЛу + + РеС^Су ~

/=!

п

- Т(Рг,уК,х + РиуКх) + РргуРгс + Рр,уРЫ + Р^К.г +

Ррсу^сх

1~1

t(Rru + Ю + F~„+F¡x + FB + Fcx = mx-,

' Hx= JXV + <,Jy-Jг)уё jiz = jty + {jy-jxWé

/*1

+K) + Fn+Fb-M + FK+Fa= mz;

где m - масса ПНО; x, y, z - перемещение центра масс по осям х, у, z, соответственно; М - вес ПНО, приложенный к центру масс; Rm, Rny, Rr¡z и R¡a, Ruy, Ría -проекции воздействия земной поверхности на i'-й каток правого и левого движителей, 1 <, i йп; F„, Fry, Fn и Fu, F¡y, F¡¡ - проекции движущих сил правого и левого движителей; F„, F^, Fsz - проекции реакции отдачи на оси земной системы координат; Fcx, F^, F„ - проекции суммарных сил сопротивления, включающий силу сухого и вязкого трения; Jx, Jy, Jz - моменты инерции ПНО относительно соответствующих осей; pra, priy, p„„ и p¡m, piv, pt¡¡ - проекции нормалей, проведенных из начала координат, к векторам сил воздействия земной поверхности на /-й каток правого и левого движителей на оси х, у, z, \ < i < п; р^, Pry, Рп и A« piy, Piz - проекции нормалей к векторам движущих сил правого и левого движителей; ра, р,у, р„ - проекции нормали к вектору реакции отдачи; ра, Рсу, Ра - проекции нормали к вектору суммарных сил сопротивления.

Сформированы математические модели воздействий на ПНО, влияющие на его положение в пространстве: дороги с микронеровностями, двигателя, трансмиссии, движителей. Воздействие дороги представлено в виде случайного сигнала с заданной величиной среднеквадратичного отклонения неровностей относительно среднего уровня. Выполнена классификация воздействий по среднеквадратичному отклонению неровностей, а также разработаны методики формирования квазислучайного сигнала с заданной корреляционной функцией, основанная на изменении спектральной характеристики «белого шума».

Разработана кинематическая схема для определения собственных колебаний кабины с оператором относительно движителя. Показано, что подрессоренный кузов машины при движении колеблется в вертикальном линейном, продольно-угловом (тангаж) и поперечно-угловом (крен) направлениях. В случае симметричной подрессоренной системы вертикальные, продольно-угловые и поперечно-угловые колебания не зависят друг от друга, поэтому колебания исследованы отдельно в продольной и поперечной плоскостях. Показано также, что частотные характеристики многоопорной машины, к которой относится типовой ПНО, имеют максимумы, возникающие вследствие явления резонанса, поддерживаемого попеременным воздействиями катков на подрессоренную массу.

Для воспроизведения колебаний кабины ПНО разработана подвижная платформа, опирающаяся на пружинную подвеску и приводимая в движение тремя приводами. Макет РМО поставлен на платформу и совершает в пространстве линейные вертикальные z0 и угловые перемещения по тангажу 0о и крену ц/0, определяемые по зависимостям

а _ 2а . 2в_ + £с . 2 _2л(с *о) , , гсхо

га га* ° с ' 2с 2с' 0 с 2с 2с

где гл, 2С - координаты гаек винтовых пар, преобразующих вращательное движение вала электродвигателей постоянного тока в поступательное движение точек подвеса платформы; а, Ь,схо- геометрические параметры.

Разработана динамическая модель подвижной платформы: т0г0 + т}0Рг0 + к0г0 = НА + Яв + Дс;

^уо&о + Лом^о = (Кв + Яс)(с - х0) - ЯАх0;

¿юУо + ПомУо = (Кв ~ где то - масса платформы с оператором; г\ - соответствующие коэффициенты вязкого трения; к0 - жесткость пружины; - воздействия на платформу со стороны привода; J - моменты инерции относительно соответствующих осей.

В свою очередь,

ЯА(.В,С) = (^Л(В.С) ~ №л<,В,С)тУт > 2Л(В.С) ~<Ра{В.С)Ь>

где Ца, № - моменты на валах электродвигателей А, В, С; /ллт, Цвт, Мст - моменты сопротивления типа сухого трения; /> - коэффициент передачи редуктора вместе с винтовыми парами; (рм <рв, <рс - углы поворота соответствующих валов электродвигателей;

■ Ма(В,С)Т =кЛ3Т+\КА(В,С)

кт - коэффициенты сухого трения; $т - приведенная постоянная составляющая сил сухого трения.

Показано, что при проектировании привода подвижной платформы целесообразно выбирать двигатель с малой электрической постоянной времени. При этом дифференциальное уравнение, описывающее привод, принимает вид

Тм

ТмФл{В,С) + Фл(В.С) + ~ГМА1.В,0 = ^д^лЦВ.С) ' *

где Тм - механическая постоянная времени; Уя - приведенный момент инерции якоря; кд - коэффициент передачи двигателя; V, - управляющее напряжение.

Отмечается, что сенсорная система в физической модели ПНО выполняет функции измерения положения подвижной платформы с макетом РМО в пространстве, а также воздействия обучаемого оператора на имитаторы органов управления движением. Независимо от типов датчиков их погрешности оказывают существенное влияние на величину критерия подобия, достигаемого в динамическом тренажере. Оценен прирост критерия для контактных и резистив-ных преобразователей.

Прирост критерия подобия для контактных датчиков определяется временем задержки срабатывания контактов еК = кт, где к - коэффициент пропорциональности; т - суммарное время задержки, определяемое временем задержки в макете органа управления и в схеме подавления дребезга.

Резистивные преобразователи дают приращение критерия подобия

Еа(т)---* Кт)

сЫ1т,

где * - обозначение операции свертки; a(t) - положение движка потенциометра; hit) - импульсный отклик преобразовательной схемы; R - общее сопротивление датчика; /?„ - сопротивление нагрузки.

В третьем разделе исследуются методы обработки измерительной информации, обеспечивающие динамическое подобие тренажера и ПНО в пространстве релевантных параметров, к которым относятся продольные угловые, поперечные линейные и угловые перемещения, а также их производные.

Объект и тренажер описаны линейными уравнениями

X = A0X + B0U и Ê = A,E + B1v (1)

где U - вектор воздействия на объект, равный вектору воздействия на тренажер и ; А0, As, В0 и Bs - квадратные матрицы с элементами ат„, атп и Ьт„, Д,„, соответственно размерами КхК.

Доказано, что для обеспечения подобия движения кабины реального объекта и макета кабины тренажера при совпадении реальных и виртуальных релевантных переменных необходимо выполнение равенства

А\{А'0у]Во = В„ (2)

где А о и А » - матрицы, получающиеся из А0 и As суммированием элементов главной диагонали с оператором дифференцирования jar.

А' =

-ja

-ja)

ап-ja

1АГ

а

АЛ

aKK-ja)

Показано, что при несовпадении количества элементов у векторов управления Uhu при выборе значений коэффициентов ßmn матрицы Bs следует решать задачу оптимизации критерия подобия

£ = {1[*кО'<*>) - 4 (У®)1** О'©) - 4к ОЖ®,

где х$а), £к(/а) - к-я реальная и виртуальная релевантные переменные; [...] -комплексно сопряженное число.

Переменными оптимизации являются элементы Д,„ матрицы В3 ограничениями система дифференциальных уравнений (1).

Если объект и тренажер описаны системой передаточных функций ХЦа) = Що) £/(/©); и Ц/а) = У(/а) и(/а),

где

W(jco) =

Wu{jœ) ... WiK(ja)\

\WKXUa) ... WKK(ja)

; vu*>) =

VuUco)

V,K{ja)

VKi{j(o) ... VKK{ja\

то для управления воздействием на тренажер без обратной связи требуются корректирующие звенья вида:

при воздействии на уровне функциональных блоков

KrnijO)

(3)

при отсутствии доступа к функциональным блокам

где

40'®) =

ММ

... ^,0'®)

4а. С/0) =

ад®) ... О'®) ВД®) - ^,,0'®) -

У]т{}®) - У^ф) ...

КАМ) ^«С/®) »и. С/®) »■ г,

Для управления воздействием на тренажер с обратной связью требуются корректирующие звенья вида:

при воздействии на уровне функциональных блоков

при отсутствий доступа к функциональным блокам

вОа) = и со) -у'Х О'®).

(5)

(6)

где

Ч'О'®) .» 4^0'®)

...

; К-1

\wuoi '

у^О'ю) ... у-^О'й))

ш.

и [К(у®)| - главные определители матриц и К(/й>), соответст-

венно; и - определители матриц, получающихся из 7Г(/<у) и

путем вычеркивания т-й строки и «-го столбца и умножения на (-1)т+". Показано, что корректирующие звенья имеют высокий порядок, поэтому предложено аппроксимировать их частотные характеристики фильтрами невысокого порядка:

для систем без обратной связи

и со) - сос1

и СО) - ал

(7)

где ^(/¿у) - передаточная функция аппроксимирующего корректирующего устройства, имеющего первый порядок; К\ - статический коэффициент передачи аппроксимирующего корректирующего устройства первого порядка; и - соответственно нуль и полюс аппроксимирующего корректирующего устрой-

ства первого порядка; - передаточная функция аппроксимирующего

корректирующего устройства, имеющего второй порядок; К2 - статический коэффициент передачи аппроксимирующего корректирующего устройства второго порядка; сося и юсп - нули аппроксимирующего корректирующего устройства первого порядка; «¡¡¡р\ и соЛп • полюса аппроксимирующего корректирующего устройства второго порядка; для систем с обратной связью

I I

где ПК;^)-^] " полюса в области высших частот как правило, присут-

I

ствующих в реальных фильтрах. Критерий подобия имеет вид: для систем без обратной связи

= \[G{jco) - F(Jo))JG(J<o) - F{jco)Vco;

-да

для систем с обратной связью

eGF = ¡IG(ja) - F(jo})lG(j0) - ,

-00

где Gijco) - одна из корректирующих функции вида (2), (3) или (4), (5); F(Jw) -одна из аппроксимирующих функций (6) или (7); v - верхний предел интегрирования, в качестве которого предложено принять либо наименьшую из частот 0RFl, либо частоту, равную v «10max©¿„J.

Исследован вопрос использования регуляторов с переменной структурой для реализации принципов подобия. Показано, что при выходе на скользящий режим достижение высокой степени подобия проблематично, а скользящие режимы приводят к дополнительным вибрационным нагрузкам на обучаемого оператора.

Четвертый раздел посвящен практическим методикам проектирования информационно-измерительной и управляющей систем тренажера.

Отмечается, что проектирование современных информационно-измерительных и управляющих систем предполагает использование цифровых ЭВМ в качестве средства для обработки сигналов сенсорной подсистемы и выработки воздействий на управляющую платформу. Общая функциональная схема включения ЭВМ в системах исследуемого класса является типовой и приведена на рис. 1, где приняты следующие обозначения: BUS - внутренняя шина управляющей ЭВМ; CPU - центральный процессор; RAM и ROM - оперативное и постоянное запоминающие устройства; CPU - центральный процессор; INT - контроллер прерываний; ADC - аналого-цифровые преобразователи; DAC - цифро-аналоговые преобразователи; R - резистивные преобразователи; S - контактные преобразователи; М - приводы исполнительных устройств; Р - подвижная платформа тренажера с РМО.

Рис. 1. Включение цифровой ЭВМ в информационно-измерительную систему

Показано, что для реализации цифрового управления подвижной платформой выражения (7) или (8) приводятся к разностной форме, и в дальнейшем корректировка воздействия на подвижную платформу с целью обеспечения подобия осуществляется путем программной обработки сигналов сенсорной подсистемы на управляющей ЭВМ.

Преобразование вектора сигналов датчиков сенсорной подсистемы в цифровую форму требует выполнения для каждой составляющей условий теоремы Котельникова. При невыполнении указанных условий приращение критерия подобия

для случая идеального восстанавливающего фильтра

Я оО "О __» _

4=1Е \ 8Хо}-ка,)БХо)-ЩУ1со+

(-1 к=1 о а(()

где - ¡-и преобразуемый сигнал; Д - частота дискретизации /-го сигнала; сумма интегралов, стоящая на первом месте, представляет собой часть энергетического амплитудного спектра от смещенных по оси частот составляющих пропускаемых фильтром, а интеграл, стоящий на втором месте, представляет собой часть энергетического спектра несмещенной амплитудно-частотной характеристики, фильтруемой указанным фильтром; п - количество обрабатываемых сигналов;

для случая реального восстанавливающего фильтра

4=11

г*1 о

ад - ксмхь«» - .

м J

где IV,г - передаточная функция ¡'-го реального восстанавливающего фильтра.

Для мультипликативных дискретизаторов с реальными характеристиками увеличение критерия подобия определяется для реального восстанавливающего фильтра зависимостью

'=1 о

где Е[г {]а) - частотный спектр реального сигнала дискретизации.

При квантовании по уровню увеличение критерия подобия определяется зависимостью

л -V, 1 ^Ь—С)-*«—(01

м 12/=! л (г; где Дг) - количество уровней квантования сигнала < у, (?) < 51тах(0.

Приводится структура программного обеспечения. Показано, что программная обработка данных приводит к появлению в информационно-измерительной и управляющей системе задержке распространения данных. Время задержки г зависит от особенностей реализации программного обеспечения и определяется по формуле

Г£. = ТЛОС + + ТСРи + ГОАС>

где тс - время, затрачиваемое на обмен данными по интерфейсу; тАОС - время, затрачиваемое на аналого-цифровое преобразование сигнала (апертурное время аналого-цифрового преобразователя); тСАС - время, затрачиваемое на цифро-аналоговое преобразование данных; тсри - время, затрачиваемое на процессорную обработку данных.

Увеличение критерия подобия вследствие наличия звена с чистым запаздыванием определяется по зависимости

4* =1 К(;®)^0'®)[1-ехр(-;гэтЛ,)][1-ехр(~}тиУро.

За счет наличия передаточной функции ШЦсо), убывающей с ростом частоты, данный прирост стремится к конечной величине, являющейся функцией параметров передаточных функций и постоянных времени запаздывания ти.

Разработана общий метод проектирования тренажера как физической модели, в которой можно выделить следующие этапы: определение цели, типа тренажера и состава релевантных переменных; принятие решения о конструкции механической части тренажера, датчиках сенсорной подсистемы типе системы управления тренажера, средствах сопряжения сенсорной подсистемы и управляющей ЭВМ; построение абстрактной модели процесса функционирования объекта-оригинала и комплекса математических моделей самого тренажера как физической модели, определение технических решений, обеспечивающих подобие математической модели объекта-оригинала и его физической модели; разработка и реализация конструкции механической части тренажера, сенсорной подсистемы, исполнительных приводов, средств управления, средств обеспечивающих статическое и информационное подобие; создание и апробация методик обучения на тренажере; промышленное использование тренажерного комплекса для обучения личного состава.

Оптимизацию критерия подобия предложено проводить поэтапно. На первом этапе предложено решить общую задачу его минимизации при контурном проектировании и далее минимизировать приращение критерия при принятии конкретных технических решений.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

В диссертации решена научно-техническая задача, имеющая важное народно-хозяйственное значение, и заключающаяся в разработке методов проектирования информационно-измерительной системы тренажеров с подвижной платформой.

В целом по работе можно сделать следующие выводы.

1. На основании введенных понятий обобщенных реальных, обобщенных виртуальных и релевантных переменных, а также пространства релевантных параметров формализовано понятие подобия и сформулирован критерий динамического подобия реального ПНО и тренажера.

2. Проведен анализ методов проектирования тренажеров различных поколений и сделан вывод о том, что проектирование тренажеров четвертого поколения сводится к разработке программного обеспечения, удовлетворяющего требованиям по точности и быстродействию.

3. На основании анализа сил, воздействующих на ПНО как на механическую систему, построена аналитическая математическая модели управления параметрами движения ПНО, его положением в пространстве в земной системе координат, включая продольное движение и маневры по углу курса.

4. Проведен анализ дороги как возмущающего фактора, вызывающего собственные движения кабины ПНО относительно движителя, получены передаточные функции для линейных вертикальных, угловых продольных и угловых поперечных колебаний в сигнальной и спектральной областях при движении ПНО по пересеченной местности.

5. Предложена модель подвижной платформы тренажера для воспроизведения движения кабины с обучаемым оператором при имитации воздействия дорожного полотна на движители, позволяющая решать задачу обеспечения движения подвижной платформы тренажера по вертикали, углам тангажа и крена, подобного движению кабины с оператором реального объекта.

6. Решены задачи расчета корректирующих звеньев информационно-измерительной системы при отсутствии ограничений, которые позволяют обеспечить высокий уровень подобия в следующих случаях:

при прямом воздействии на подвижную платформу, когда объект и тренажер описаны системами дифференциальных уравнений;

при прямом воздействии на подвижную платформу, когда объект и тренажер описаны передаточными функциями;

при воздействии на подвижную платформу с обратными связями, когда объект и тренажер описаны передаточными функциями.

7. Решена задача синтеза реальных корректирующих блоков с применением понятия асимптотических логарифмических амплитудно-частотных ха-

рактеристик для систем без обратной связи и систем с обратными связями, а также оценено значение критерия подобия в этих случаях.

8. Разработана система управления тренажера с использованием регулятора с переменной структурой, показана ограниченность применения подобного рода регуляторов в практических конструкциях.

9. Разработана структурная схема цифрового управления реальной подвижной платформой тренажера, на которой выделены компоненты, оказывающие влияние на критерий информационного подобия: счетно-решающий прибор (ЭВМ), источники сигнала (датчики сенсорной подсистемы), потребители информации (приводы подвижной платформы), средства преобразования сигнала (аналого-цифровой и цифро-аналоговый преобразователь), интерфейс.

10. Построены модели наиболее часто применяемых датчиков сенсорной подсистемы для учета их характеристик и погрешностей при создании эффекта подобия в процессе проектирования его информационно-измерительной и управляющей систем.

11. Построена модель преобразования сигнала, в информационно-измерительной системе: дискретизации и квантования по уровню и определены приращения критерия подобия при проведении указанных операций, а также общая зависимость для приращения коэффициента подобия при оцифровке сигнала.

12. На основании исследования циклограммы обработки данных в информационно-измерительных системах с ЭВМ получена зависимость для определения приращения коэффициента подобия.

13. Решена задача поэтапного оптимального проектирования тренажеров как физических моделей, показано, что указанное проектирование должно быть иерархическим структурно-параметрическим, причем целевой функцией задачи оптимизации на каждом уровне должен служить критерий подобия, или функции приращения критерия подобия.

14. Результаты апробированы на проектировании тренажерных комплексов ДТЭ-188, ДТЭ-219К, ДТЭ-219Б, ДТЭ-172, ДТЭ-675.

Публикации по теме диссертации

1. Патент на полезную модель № 31669 (РФ). Тренажер для подготовки операторов танка / Ткач В.П. и др. - МКИ7 в 09 В 9/08. - Опубл. 20.08.2003. -БИ№ 23.

2. Патент на полезную модель № 31670 (РФ). Приборный комплекс боевого отделения динамического танкового тренажера / Ткач В.П. и др. - МКИ7 в 09 В 9/08. - Опубл. 20.08.2003. - БИ № 23.

3. Патент на полезную модель № 36540 (РФ). Аппаратно-программный комплекс тренажера для подготовки операторов / Ткач В.П. и др. - МКИ7 О 06 Р 17/ 00, в 09 В 9/00. - Опубл. 10.03.2004. - БИ № 7.

4. Патент на полезную модель № 36549 (РФ). Тренажер для подготовки операторов управляемого вооружения / Ткач В.П. и др. - МКИ7 О 09 В 9/08. -Опубл. 10.03.2004. - БИ № 7.

5. Патент на полезную модель № 43061 (РФ). Тренажер для обучения артиллерийских расчетов / Ткач В.П. и др. - МКИ7 в 09 В 9/08. - Опубл.

27.12.2004. -БИ№ 36.

6. Патент на полезную модель № 48663 (РФ). Тренажер для подготовки операторов комплекса вооружения, расположенного на подвижном носителе / Ткач В.П. и др. - МКИ7 G 09 В 9/08. - Опубл. 27.10.2005. - БИ № 30.

7. Ильин А.М., Курочкин С. А., Ткач В.П. О базовой концепции тренажеростроения // «Известия ТулГУ. Серия: Вычислительная техника. Информационные технологии. Системы управления. Том 1. Вып. 2. Системы управления. -Тула: ТулГУ, 2005. - С. 83 - 85.

8. Курочкин С.А., Ткач В.П. Использование тренажерных систем для обучения личного состава // Проблемы специального машиностроения. Вып. 8. - Тула: ТулГУ, 2005. - С. 292 - 297.

9. Курочкин С.А., Ларкин Е.В., Ткач В.П. Моделирование программного обеспечения тренажерных комплексов // «Известия ТулГУ. Серия: Вычислительная техника. Информационные технологии. Системы управления. Том 1. Вып. 2. Системы управления. - Тула: ТулГУ, 2005. - С. 110 -118.

Ю.Курочкин С.А., Ларкин Е.В., Ткач В.П. Проблема защищенности информации в тренажерных комплексах // Интеллектуальные и информационные системы: Материалы межрегиональной научно-технической конференции. -Тула ТулГУ, 2005. - С. 37 - 40

11.Курочкин С.А., Пушкин A.B., Ткач В.П. Моделирование в тренажерах движения подвижных наземных объектов в трехмерном пространстве // «Известия ТулГУ. Серия: Вычислительная техника. Информационные технологии. Системы управления. Том 1. Вып. 2. Системы управления. - Тула: ТулГУ, 2005. -С. 118-121.

12.Пушкин A.B., Ткач В.П. Обучение операторов работе на подвижном наземном объекте с помощью тренажера // Приборы и управление. Вып. 3. -Тула: ТулГУ, 2005. - С. 109 -115.

13.Ткач В.П. Классификация тренажеров подвижных наземных объектов // Приборы и управление. Вып. 3. - Тула: ТулГУ, 2005. - С. 173 - 177.

14.Ткач В.П. Реализация механических движений в тренажере подвижного наземного объекта // Приборы и управление. Вып. 3. - Тула: ТулГУ, 2005. -С. 170- 173.

15.Ткач В.П., Чугреев A.A. Моделирование шумов двигателя и трансмиссии в тренажерах подвижных объектов // «Известия ТулГУ. Серия: Вычислительная техника. Информационные технологии. Системы управления. Том 1. Вып. 2. Системы управления. - Тула: ТулГУ, 2005. - С. 196 - 201.

Им лиц ЛР№020300от 12 02 97 Подписано в печать t.OiОб, Формат бумаги 60x84 А. Бумап офсстиад Усл-леч л / / Уч -и1 т л V Тираж /с с 1« Заказ ■уд.

Тульский государственный университет 300600. г Тула, просп Ленина, 92

Отпечатано а редакционно-издательском центре Тульского государственного университета 300600. гТула. ул Еоллина 151

Д,006Д ц-4 jiiHva

\

ВВЕДЕНИЕ

1. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПОДОБИЯ В ТРЕНАЖЕРАХ ПОДВИЖНЫХ НАЗЕМНЫХ ОБЪЕКТОВ

1.0. Введение

1.1. Тренажер как физическая модель объекта

1.1.1. Структура тренажера

1.1.2. Пространство релевантных параметров

1.2. Реализация принципа подобия в тренажерах как физических моделях объектов

1.2.1. Общие типы подобия тренажеров и ПНО

1.2.2. Геометрическое (статическое) подобие

1.2.3. Динамическое подобие

1.2.4. Информационное подобие

1.3. Классификация тренажеров

1.3.1. Классификация по моделированию механических перемещений

1.3.2. Классификация по объему моделируемых систем

1.3.3. Классификация по способу выполнения

1.3.4. Классификация по типу аппаратных средств

1.4. Поколения тренажеров и методы их проектирования

1.4.1. Первое поколение

1.4.2. Второе поколение

1.4.3. Третье поколение

1.4.4. Четвертое поколение тренажеров и проблема их проектирования

1.5. Выводы

2. ФИЗИЧЕСКИЕ И МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ

ПОДВИЖНОГО НАЗЕМНОГО ОБЪЕКТА И ТРЕНАЖЕРА

2.0. Введение

2.1. Модель управления движением ПНО

2.1.1. Модель управления положением ПНО в пространстве

2.1.2. Моделирование манипуляции органами управления

2.1.3. Моделирование двигательной установки и трансмиссии

2.2. Моделирование воздействия дороги

2.2.1. Определение основных числовых характеристик случайного 58 воздействия на ПНО

2.2.2. Имитация воздействия дороги в УТЗ

2.3. Механические движения кабины ПНО относительно движителей

2.3.1. Общая кинематическая схема движений РМО относительно движителя

2.3.2. Продольно угловые и линейные вертикальные перемещения

2.3.3. Поперечно угловые перемещения

2.3.4. Продольные угловые перемещения при продольных ускорениях ПНО

2.3.5. Управление углом курса

2.3.6. Качественный анализ движения ПНО

2.4. Физическая модель, воспроизводящая движение кабины ПНО

2.4.1. Математическая модель динамической платформы

2.4.2. Математическая модель привода

2.5. Моделирование сенсорной подсистемы

2.5.1. Измерительные преобразователи

2.5.2. Контактные преобразователи

2.5.3. Потенциометрические (резистивные) преобразователи

2.5.4. Оптронные преобразователи

2.5.5. Определение величины критерия подобия датчиков

2.6. Выводы

3. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКОГО ПОДОБИЯ ДВИЖЕНИЙ КАБИНЫ ПНО И ПЛАТФОРМЫ ТРЕНАЖЕРА

3.0. Введение

3.1. Синтез параметров управления в информационно-измерительной и управляющей системах тренажера

3.1.1. Общий случай синтеза управляющей системы тренажера по линейной модели с совпадающими векторами воздействия

3.1.2. Синтез управляющей системы тренажера по линейной модели с несовпадающими векторами управления

3.2. Синтез управляющей системы динамической платформы тренажера по передаточным функциям

3.2.1. Обеспечение подобия при наличии доступа к функциональным блокам, описываемым структурными единицами

3.2.2. Обеспечение подобия при отсутствии доступа к функциональным блокам, описываемым структурными единицами

3.2.3. Приближенный синтез корректирующих передаточных функций

3.3. Обеспечение подобия за счет встречно-параллельного включения корректирующих устройств

3.3.1. Обеспечение подобия при наличии доступа к функциональным блокам, описываемым структурными единицами

3.3.2. Обеспечение подобия при ограниченном доступе к функциональным блокам, описываемым структурными единицами

3.3.3. Обеспечение подобия при отсутствии доступа к функциональным блокам, описываемым структурными единицами

3.3.4. Формирование аппроксимирующего корректирующего устройства с дифференцирующими свойствами

3.4. Обеспечение подобия с помощью регуляторов с переменной структурой

3.5. Выводы

4. АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС УПРАВЛЕНИЯ ПОДВИЖНОЙ ПЛАТФОРМОЙ ТРЕНАЖЕРА

4.0. Введение

4.1. Обеспечение условий обработки сигналов в тренажере

4.1.1. Увеличение критерия подобия, вызываемое низкой частотой дискретизации

4.1.2. Увеличение критерия подобия, вызываемое реальным восстанавливающим фильтром

4.1.3. Увеличение критерия подобия от мультипликативного дискретизатора с реальной дискретизирующей функцией

4.1.4. Увеличение критерия подобия, вызванное квантованием сигналов сенсорной системы

4.2. Программная обработка данных в информационно-измерительной системе тренажера

4.2.1. Общие принципы разработки программного обеспечения тренажеров

4.2.2. Организация обработки данных в тренажерах

4.3. Общие методики проектирования информационно-измерительной и управляющей системы тренажера с минимизацией критерия подобия 156 4.3.1. Этапы формирования тренажера как физической модели объекта

4.3.2. Оптимизация критерия подобия

4.3.3. Структурно-параметрический метод оптимального проектирования

4.4. Реализация проектного решения

4.5. Выводы

Актуальность темы. Развитие рыночных отношений предопределяет жесткую конкуренцию на рынке обычных вооружений, а, следовательно, требует постоянной модернизации материальной части эксплуатируемой техники, в связи, с чем в настоящее время остро стоит проблема подготовки и переподготовки кадров. Относительно высокая сложность и стоимость систем обычных вооружений и боеприпасов, дороговизна углеводородных источников энергии делает проблематичным обучение, основанное на применении реальной техники в полигонных условиях. Поэтому определяющим фактором технического переоснащения войск РФ необходимо признать переход на качественно новый уровень обучения личного состава с опорой на современные тренажерные комплексы. Обучение личного состава с применением тренажерной техники, обеспечивающей имитацию различных штатных и нештатных ситуаций при моделировании реальных технических средств и боевой обстановки, является общепринятой практикой для оборонно-промышленных комплексов любой из индустриально развитых стран, где разработка и производство тренажеров проходит параллельно с созданием имитируемых ими боевых систем [1, 9, 52, 99, 111, 124].

Указанные обстоятельства привели к тому, что тренажер, как устройство, представляющее физическую модель реального объекта, стал важнейшим звеном в системе подготовки операторов, от степени статического, динамического и информационного подобия которого зависит эффективность их применения как технического средства обучения.

С другой стороны, любой тренажер, как объект инженерной разработки, представляют собой достаточно сложную измерительно-информационную и управляющую систему, проблемы целенаправленного проектирования которой решены далеко не полностью. В частности не решена проблема оптимизации степени динамического подобия тренажера реальному объекту при воздействии на тренажер человека-оператора через информационно-измерительную систему и имитаторы органов управления, а также окружающей среды через микронеровности дороги. Все это объясняет необходимость и актуальность исследований, проведенных в диссертации.

Объектом исследования диссертационной работы являются измерительно-информационная система тренажера с подвижным макетом рабочего места обучаемого оператора, обеспечивающая его динамическое подобие реальному подвижному наземному объекту [1, 36, 51, 66, 88]. Методы достижения подобия, разработанные в диссертации для наземных объектов, могут быть применены для разработки тренажеров летательных аппаратов [2, 9, 28, 35, 112, 113, 116, 117, 118, 124], железнодорожного или морского транспорта [19, 100, 102, 111], других систем [32, 38, 70], что расширяет область применения исследований до класса объектов.

Предметом исследования диссертации работы являются технические характеристики тренажеров как физических моделей, обеспечивающие динамическое подобие реальным объектам при воспроизведении движения макета рабочего места с оператором.

Общие вопросы теории подобия развиты в работах П.М.Алабужева, В.Б.Геронимуса, В.А.Веникова, М.В.Кирпичева, Ю.Б.Подчуфарова, М.А.Мамонтова и др. Вопросы обеспечения подобия в тренажерных комплексах, как технических системах, исследовали А.С.Бабенко, В.А.Боднер, Р.А.Закиров, В.С.Шукшунов, и др. Из зарубежных специалистов подобные исследования проводили Д.А.Браун, И.Голдстейн, Ж.Кристенсен, Дж.О'Брайен, Г.Савледи, Д.Холдинг, Р.Эбертс и др.

Из всех существующих подходов к разработке тренажеров наиболее продуктивным представляется подход, основанный на аналитических методах математического моделирования процессов в них, что позволяет целенаправленно планировать будущие свойства разрабатываемой динамической системы. Для этого в диссертации использованы: теория подобия, теоретическая механика, теория управления, теория случайных процессов.

Цель диссертационной работы состоит в разработке методов обеспечения динамического подобия при проектировании измерительно-информационной и управляющей системы тренажера с подвижной платформой как физической модели реального подвижного наземного объекта (ПНО).

Задачи исследований.

1. Введение ограничений на состав параметров физической модели, создающих эффект динамического подобия объекта с заданной структурой.

2. Построение моделей наиболее часто применяемых датчиков сенсорной подсистемы тренажера для учета их характеристик и погрешностей при создании эффекта подобия в процессе проектирования его информационно-измерительной и управляющей систем.

3. Построение аналитической математической модели управления параметрами движения ПНО, его положением в пространстве в земной системе координат, включая продольное движение и маневры по углу курса.

4. Проведение анализа воздействия дороги, как возмущающего фактора, вызывающего собственные колебания кабины ПНО, как подрессоренной массы, относительно движителя; получение передаточных функций для линейных вертикальных, угловых продольных и угловых поперечных движений кабины ПНО относительно движителей, а также спектров механических колебаний кабины при движении по пересеченной местности.

5. Разработка физической и математической моделей динамической платформы тренажера для воспроизведения колебаний кабины с обучаемым оператором при имитации воздействия дороги на движители, и позволяющей решать задачу обеспечения движения подвижной платформы тренажера по вертикали, углам тангажа и крена, подобного движению реального объекта.

6. Решение задач расчета идеальных корректирующих блоков информационно-измерительной системы при отсутствии ограничений на управление для различных типов структур систем управления.

7. Решение задачи синтеза реальных корректирующих блоков с ограниченным числом нулей и полюсов аппроксимирующей передаточной функции с минимизацией критерия подобия.

8. Исследование влияние на изменение критерия динамического подобия реальных технических средств преобразования сигналов в информационно-измерительной системе.

9. Разработка методики оптимального проектирования тренажеров с целевой функцией в виде критерия подобия.

10. Апробация предложенных методов на задачах практического проектирования тренажеров ПНО.

Научная новизна диссертации заключается в следующем.

1. Введено понятие пространства релевантных параметров, степень близости виртуального и реального годографов в котором определяет степень подобия реального подвижного наземного объекта и его физической модели.

2. Предложена физическая модель ПНО для воспроизведения движения кабины с оператором при имитации воздействия дорожного полотна на движители, позволяющая решать задачу перемещений макета кабины в тренажере по вертикали, углам тангажа и крена, подобных движениям кабины с оператором реального объекта.

3. Решены задачи определения параметров корректирующих блоков информационно-измерительной системы тренажера при отсутствии ограничений на релевантные переменные, что позволяет обеспечить динамическое подобие при прямом воздействии на подвижную платформу и воздействии с обратными связями, а также получены зависимости для оценки значений критериев подобия для указанных случаев.

4. Проведена оценка влияния на: критерий динамического подобия наиболее часто применяемых типов датчиков сенсорной подсистемы, а также таких компонентов информационно-измерительных систем, как аналого-цифровые преобразователи, цифро-аналоговые преобразователи и управляющая ЭВМ.

5. Разработан метод поэтапного оптимального проектирования тренажеров как физических моделей, показано, что указанное проектирование должно быть иерархическим структурно-параметрическим, причем целевой функцией задачи оптимизации на каждом уровне должен служить критерий подобия, или функции приращения критерия подобия.

Практическая ценность работы заключается в том, что разработанные в диссертации методы ориентированы на использование при проектировании измерительно-информационных и управляющих систем как вновь разрабатываемых, так и модернизируемых тренажеров с подвижными платформами, что позволяет повысить уровень их динамического подобия при воспроизведении релевантных характеристик реального объекта и сократить сроки разработки.

Достоверность полученных теоретических результатов подтверждается результатами апробации разработанных методов при решении практических задач создания информационно-измерительных и управляющих систем ряда тренажеров подвижных наземных объектов.

Положения, выносимые на защиту.

1. Понятие пространства релевантных параметров с виртуальным и реальным годографами и критерий подобия реального объекта и его физической модели, как интегральное расстояние между виртуальным и реальным годографами в указанном пространстве.

2. Физическая и математическая модели подвижной платформы тренажера для воспроизведения движения кабины с обучаемым оператором при имитации воздействия дорожного полотна на движители, позволяющая решать задачу обеспечения движения подвижной платформы тренажера по вертикали, углам тангажа и крена, подобного движению кабины с оператором реального объекта.

3. Метод и зависимости для синтеза корректирующих блоков информационно-измерительной системы при отсутствии ограничений, которые позволяют обеспечить высокий уровень подобия при имитации воздействий на подвижную платформу в системах без обратной связи и системах с обратными связями.

4. Зависимости для оценки влияния на критерий динамического подобия типовых этапов прохождения сигналов в информационно-измерительных системах: в датчиках сенсорной подсистемы, при аналого-цифровом и цифро-аналоговом преобразованиях, а также при цифровой обработке данных.

5. Метод поэтапного оптимального проектирования тренажеров как физических моделей с использованием в качестве целевой функцией критерия подобия, или функции приращения критерия подобия.

Реализация и внедрение результатов. Предложенные в диссертации методы и методики реализованы автором в процессе выполнения нижеследующих научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ ОАО "ЦКБА", ОАО "Муромское СКБ", ОАО "Муроммашзавод":

Разработка динамического тренажера экипажа танка Т-72Б»;

Разработка динамических тренажеров экипажей танков Т-80Б, Т-80У»;

Разработка динамического тренажера экипажа танка Т-90»;

Разработка динамического тренажера экипажа БМП-2».

Результаты, внедрены в ОАО "ЦКБА", ОАО "Муромское СКБ", ОАО "Муроммашзавод" в следующих технических системах: ДТЭ-188, ДТЭ-219К, ДТЭ-219Б, ДТЭ-172, ДТЭ-675.

Ряд теоретический положений внедрен в учебный процесс Тульского государственного университета на кафедре «Робототехника и автоматизация производства» в лекционных курсах по дисциплинам: «Теория автоматического управления», «Основы информационных устройств роботов», «Математические основы теории систем».

Апробация работы. Основные ' положения диссертации докладывались на следующих конференциях и семинарах.

1. 8-я научно-техническая конференция «Проблемы специального машиностроения». - Тула, Тульский государственный университет, 2005.

2. Межрегиональная научно-техническая конференция «Интеллектуальные и информационные системы». -Тула, Тульский государсгвенньш университет, 2005.

3. Научно-технические конференции профессорско-преподавательского состава Тульского государственного университета 2004, 2005, 2006 гг.

По теме диссертации опубликовано 15 работ, включенных в список литературы, в том числе: 2 статьи, представляющие собой материалы межрегиональных научно-технических конференций [52, 54], 7 статей в межвузовских сборниках [36, 53, 55, 88, 95, 96, 97], 6 патентов на полезную модель [76, 77, 78, 79, 80, 81].

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, изложенных на 158 страницах машинописного текста и включающих 61 рисунок и 2 таблицы, заключения, приложения на трех страницах и списка использованной литературы из 125 наименований.

4.5. Выводы

1. Разработана структурная схема цифрового управления реальной подвижной платформой тренажера, на которой выделены компоненты, оказывающие влияние на критерий информационного подобия: счетно-решающий прибор (ЭВМ), источники сигнала (датчики сенсорной подсистемы), потребители информации (приводы подвижной платформы), средства преобразования сигнала (аналого-цифровой и цифро-аналоговый преобразователь), интерфейс.

2. Построена модель преобразования сигнала, в информационно-измерительной системе: дискретизации и квантования по уровню.

3. Определены условия безошибочной дискретизации сигнала, а также зависимость, описывающая приращение коэффициента подобия для случаев: реального сигнала (с бесконечной шириной спектра), идеального мультипликативного дискретизатора и идеального восстанавливающего фильтра; реального сигнала, идеального мультипликативного дискретизатора и реального восстанавливающего фильтра (например, передаточной функции подвижной платформы); реального сигнала, реального мультипликативного дискретизатора и реального восстанавливающего фильтра.

4. Получена зависимость для приращения коэффициента подобия в результате квантования сигнала по уровню, а также общая зависимость для приращения коэффициента подобия при оцифровке сигнала.

5. Приведена циклограмма обработки данных от датчика сенсорной подсистемы до исполнительного привода подвижной платформы, показано что наличие канала цифровой обработки данных приводит к появлению в систем звена с чистым запаздыванием, которое зависит от времени обмена данными на интерфейсе, времени прямого и обратного преобразования из аналоговой в цифровую форму и времени собственно цифровой обработки данных.

6. Определена зависимость для приращения коэффициента подобия, вызываемого наличием в системе звена с чистым запаздыванием и известной передаточной функцией.

7. Сформулирована задача проектирования тренажера как физической модели реального объекта-оригинала, определены общие этапы проектирования и содержание каждого из них, показано, что на каждом этапе возможно принятие оптимального решения, причем критерием оптимизации должен являться суммарный критерий подобия, в который входят релевантные переменные.

8. Предложена методика проектирования тренажеров, включающая точное решение задачи обеспечения динамического подобия физической модели объекту-оригиналу и последующую минимизацию приращения критерия подобия на уровне принятия решения по отдельным узлам и блокам тренажера.

9. Показано, что задача оптимального проектирования тренажера является структурно-параметрической, предложен метод поэтапного ее решения, когда объект разделяется на иерархические уровни, и в рамках определенной иерархической структуры ищется параметрически оптимальный вариант на всех уровнях иерархии.

10. Приводится результат промышленного проектирования тренажера танка Т-90 с динамической платформой.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации решена научно-техническая задача, имеющая важное народно-хозяйственное значение, и заключающаяся в разработке методов проектирования информационно-измерительной и управляющей систем тренажеров с подвижной платформой.

В целом по работе можно сделать следующие выводы.

1. На основании введенных понятий обобщенных реальных, обобщенных виртуальных и релевантных переменных, а также пространства релевантных параметров формализовано понятие подобия и сформулирован критерий динамического подобия реального ПНО и тренажера.

2. Проведен анализ методов проектирования тренажеров различных поколений и сделан вывод о том, что проектирование тренажеров четвертого поколения сводится к разработке программного обеспечения, удовлетворяющего требованиям по точности и быстродействию.

3. На основании анализа сил, воздействующих на ПНО как на механическую систему, построена аналитическая математическая модели управления параметрами движения ПНО, его положением в пространстве в земной системе координат, включая продольное движение и маневры по углу курса.

4. Проведен анализ дороги как возмущающего фактора, вызывающего собственные движения кабины ПНО относительно движителя, получены передаточные функции для линейных вертикальных, угловых продольных и угловых поперечных колебаний в сигнальной и спектральной областях при движении ПНО по пересеченной местности.

5. Предложена модель подвижной платформы тренажера для воспроизведения движения кабины с обучаемым оператором при имитации воздействия дорожного полотна на движители, позволяющая решать задачу обеспечения движения подвижной платформы тренажера по вертикали, углам тангажа и крена, подобного движению кабины с оператором реального объекта.

6. Решены задачи расчета корректирующих звеньев информационно-измерительной системы при отсутствии ограничений, которые позволяют обеспечить высокий уровень подобия в следующих случаях: при прямом воздействии на подвижную платформу, когда объект и тренажер описаны системами дифференциальных уравнений; при прямом воздействии на подвижную платформу, когда объект и тренажер описаны передаточными функциями; при воздействии на подвижную платформу с обратными связями, когда объект и тренажер описаны передаточными функциями.

7. Решена задача синтеза реальных корректирующих блоков с применением понятия асимптотических логарифмических амплитудно-частотных характеристик для систем без обратной связи и систем с обратными связями, а также оценено значение критерия подобия в этих случаях.

8. Разработана система управления тренажера с использованием регулятора с переменной структурой, показана ограниченность применения подобного рода регуляторов в практических конструкциях.

9. Разработана структурная схема цифрового управления реальной подвижной платформой тренажера, на которой выделены компоненты, оказывающие влияние на критерий информационного подобия: счетно-решающий прибор (ЭВМ), источники сигнала (датчики сенсорной подсистемы), потребители информации (приводы подвижной платформы), средства преобразования сигнала (аналого-цифровой и цифро-аналоговый преобразователь), интерфейс.

10. Построены модели наиболее часто применяемых датчиков сенсорной подсистемы для учета их характеристик и погрешностей при создании эффекта подобия в процессе проектирования его информационно-измерительной и управляющей систем.

11. Построена модель преобразования сигнала, в информационно-измерительной системе: дискретизации и квантования по уровню и определены приращения критерия подобия при проведении указанных операций, а также общая зависимость для приращения коэффициента подобия при оцифровке сигнала.

12. На основании исследования циклограммы обработки данных в информационно-измерительных системах с ЭВМ получена зависимость для определения приращения коэффициента подобия.

13. Решена задача поэтапного оптимального проектирования тренажеров как физических моделей, показано, что указанное проектирование должно быть иерархическим структурно-параметрическим, причем целевой функцией задачи оптимизации на каждом уровне должен служить критерий подобия, или функции приращения критерия подобия.

14. Результаты апробированы на проектировании тренажерных комплексов ДТЭ-188, ДТЭ-219К, ДТЭ-219Б, ДТЭ-172, ДТЭ-675.

1. Автомобильные тренажеры / B.C. Гуслиц и др. М.: Транспорт, 1975. -97 с.

2. Алимов И.Д., Закиров Р.А. Авиационные тренажеры для летного и технического состава // Итоги науки и техники: Воздушный транспорт. М.: ВИНИТИ, 1976.-206 с.

3. Андриянов А.В., Шпак И.И. Цифровая обработка информации в измерительных приборах и системах. Минск: Вышэйшая школа, 1987. - 176 с.

4. Аоки М. Введение в методы оптимизации. М.: Наука, 1977. - 343 с.

5. Афанасьев В.Н., Колмановский В.Б., Носов В.Б. Математическая теория конструирования систем управления. М.: Высшая школа, 1989. - 488 с.

6. Бахвалов Н.С. Численные методы. М.: Наука, 1987. - 598 с.

7. Бобрышев Д.Н. Организация управления разработками новой техники. М.: Экономика, 1971. - 167 с.

8. Богачев С.К. Авиационная эргономика. М.: Машиностроение, 1978.138 с.

9. Боднер В.А., Закиров Р.А., Смирнова И.И. Авиационные тренажеры. -М.: Машиностроение, 1978. 192 с.

10. Ю.Боднер В.А. Оператор и летательный аппарата. М.: Машиностроение, 1976.-222 с.

11. Боднер В.А. Системы управления летательными аппаратами. М.: Машиностроение, 1973. - 506 с.

12. Борцов Ю.А., Юнгер Н.Б. Автоматические системы с разрывным управлением. Л.: Энергоатомиздат, 1986. - 168 с.

13. Бурдаков С.Ф., Стельмаков Р.Э., Мирошкин И.В. Системы управления движением колесных роботов. С.-Пб: Наука, 2001. - 227 с.

14. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. М.: Наука, 1968.356 с.

15. Бусленко В.Н. Автоматизация имитационного моделирования сложных систем. М.: Наука, 1977. - 239 с.

16. Варламов Р.Г. Использование общей методологии моделирования в теории радиоаппаратостроения // Кибернетику на службу коммунизму: Т. 7. -М.: Энергия, 1973. - 228 - 231.

17. Веников В.А. Применение теории подобия и физического моделирования в электротехнике. М.: ГЭИ, 1949. - 196 с.

18. Веников В.А., Веников Г.В. Теория подобия и моделирование. М.: Высшая школа, 1984. - 440 с.

19. Веретенников Л.П., Потапкин А.И., Раимов М.М. Моделирование, вычислительная техника и переходные процессы в судовых электроэнергетических системах. Л.: Судостроение, 1964. - 382 с.

20. Вилкис Э.И., Майминас Е.З. Решения: теория, информация, моделирование. М.: Радио и связь, 1981. - 328 с.

21. Виттих В.А., Цыбатов В.А. Оптимизация бортовых систем сбора и обработки данных. — М.: Наука, 1985. 176 с.

22. Вунш Г. Теория систем. М.: Сов. радио, 1978. - 288 с.

23. Гельман М.М. Аналого-цифровые преобразователи для информационно-измерительных систем. М.: Изд-во стандартов, 1989. - 317 с.

24. Гольберг Л.М. Цифровая обработка сигналов. — М.: Радио и связь, 1990.-325 с.

25. Грановский В.А., Сирая Т.Н. Методы обработки экспериментальных данных при измерениях. — Л.: Энергоатомиздат, 1990. — 288 с.

26. Гухман А.А. Введение в теорию подобия. М.: Высшая школа, 1973.206 с.

27. Даджион Д., Мерсеро Р. Цифровая обработка многомерных сигналов. -М.: Мир, 1988.-488 с.

28. Денисов В.Г. Космонавт летает на земле. М.: Машиностроение, 1964. - 152 с.

29. Денисов В.Г., Онищенко В.Ф. Инженерная психология в авиации и космонавтике. М.: Машиностроение, 1972. - 316 с.

30. ЗО.Деч Г. Руководство к практическому применению преобразования Лапласа и Z-преобразования. М.: Наука, 1971. - 288 с.31 .Динамическое моделирование и испытания технических систем // И.Д.Качубиевский и др. М.: Энергии, 1978. - 302 с.

31. Долгоносов Н.С., Ципцюра Р.Д. Участковые тренажеры регулирования технологических параметров энергоблока. Киев: Знание. - 1978. - 40 с.

32. Ильин A.M., Курочкин С.А., Ткач В.П. О базовой концепции тренажеростроения // «Известия ТулГУ. Серия: Вычислительная техника. Информационные технологии. Системы управления. Том 1. Вып. 2. Системы управления. -Тула: ТулГУ, 2005. С. 83 - 85.

33. Ильин В.А., Позняк Э.Г. Линейная алгебра. М.: Наука, 1978. - 302 с.

34. Иовенко О.В., Чачко А.Г. Подготовка оперативного состава с помощью тренажеров // Теплоэнергетика. № 11.- 1973. - С. 25 - 28.

35. Кирпичев М.В. Теория подобия. М.: Изд. АН СССР, 1953. - 94 с.

36. Кирпичев М.В., Конаков П.К. Математические основы теории подобия.-М.:ГЭИ, 1949.-87 с.

37. Клайн Д.С. Подобие и приближенные методы. М.: Мир, 1968. - 302 с.

38. Кондратенко Г.С. Прикладные модели управления случайными процессами. М.: Машиностроение, 1993. - 224 с.

39. Копылов И.П., Мамедов Ф.А., Беспалов В.Я. Математическое моделирование асинхронных машин. М.: Энергия, 1969. - 97 с.

40. Коутс Д., Влейминк И. Интерфейс "Человек-компьютер". М.: Мир, 1990.-501 с.

41. Краснов М.П., Киселев А.И., Макаренко Г.И. Функции комплексного переменного. Операционное исчисление. Теория устойчивости. М.: Наука, 1971.-304 с.

42. Краснощеков П.С., Петров А.А. Принципы построения моделей. М.: Изд-во МГУ, 1983.-264 с.

43. Красовский А.А. Системы автоматического управления полетом и их аналитическое конструирование. М.: Наука, 1973. - 558 с.

44. Краус М., Вошни Э. Измерительные информационные системы. М.: Мир, 1975.-312 с.

45. Крутько П.Д. Обратные задачи динамики в теории автоматического управления. М.: Машиностроение, 2004. - 576 с.

46. Крутько П.Д. Обратные задачи динамики управляемых систем: нелинейные модели. М.: Наука, 1988. - 328 с.

47. Курочкин С.А., Ларкин Е.В. Моделирование движения наземного объекта в тренажере // Проблемы специального машиностроения. Вып. 6. Т. 2. -Тула: ТулГУ, 2003. С. 190 - 197.

48. Курочкин С.А., Ткач В.П. Использование тренажерных систем для обучения личного состава // Проблемы специального машиностроения. Вып. 8. Тула: ТулГУ, 2005. - С. 292 - 297.

49. Курочкин С.А., Ткач В.П., Ларкин Е.В. Проблема защищенности информации в тренажерных комплексах // Интеллектуальные и информационные системы: Материалы межрегиональной научно-технической конференции. -Тула ТулГУ, 2005. С. 37 - 40

50. Курочкин С.А., Пушкин А.В., Ткач В.П. Моделирование в тренажерах движения подвижных наземных объектов в трехмерном пространстве // «Известия ТулГУ. Серия: Вычислительная техника. Информационные технологии.

51. Системы управления. Том 1. Вып. 2. Системы управления. Тула: ТулГУ, 2005. -С. 118 - 121.

52. Курош А.Г. Курс высшей алгебры. М.: Наука, 1975. - 432 с.

53. Лагранж Ж. Аналитическая механика. М.: Гостехиздат, 1950. - Т. 1. -С. 372 - 390.

54. Ларичев О.И. Теория и методы принятия решений. М.: Логос, 2000.296 с.

55. Ломов Б.Ф. Человек и техника. М.: Советское радио, 1966. - 464 с.

56. Мамонтов М.А. Аналогичность! М.: Изд-во МО СССР, 1971. - 60 с.

57. Марасанов В.В. Модели связи человека с внешней средой. Кишинев.: Штиница, 1982. - 183 с.

58. Математические основы теории автоматического регулирования. Т.1, 2 / В.А. Иванов, В.С.Медведев, Б.К.Чемоданов, А.С.Ющенко. Под ред. Б.К.Чемо-данова. М.: Высшая шклда, 1977. - Т. 1 - 518 с. Т. 2-518 с.

59. Медведев С.С. О некоторых закономерностях в работе оператора // Автоматика и телемеханика. 1956. - Т. 17. - № 11. - С. 985 - 999.

60. Мельник А.А. Тренажеры для обучения водителей. Киев: Техника, 1973. - 140 с.

61. Месарович М., Такахара Л. Общая теория систем: математические основы. М.: Мир, 1978. - 312 с.

62. Методы инженерно-психологических исследований в авиации // Ред. Ю.П. Доброленского. М.: Машиностроение, 1975. - 280 с.

63. Методы робастного, нейро-нечеткого и адаптивного управления Гл. 5. Алгоритмы систем с переменной структурой / Ред. К.А. Пупкова. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. - С. 658 - 677.

64. Моделирование в тренажерных системах // Сб. Ин-та проблем моделирования в энергетике АН УССР. Киев: Наукова Думка, 1990. - 156 с.

65. Мозжечков В.А. Моделирование технических систем. Тула: ТулГТУ, 1992.-96 с.

66. Мышляев Ю.И. Синтез систем управления с настраиваемой плоскостью скольжения, задача слежения, линейные объекты // Труды МГТУ им. Н.Э.Баумана, 1999. № 577. - С. 129 - 133.

67. Натурный эксперимент // Н.И. Баклашов и др. М.: Радио и связь, 1982.-300 с.

68. Новик И.Б. О моделировании сложных систем. М.: Мысль, 1965.325 с.

69. Парамонов П.П. Основы проектирования авионики. Тула: ТулГУ, 2003.- 164 с.

70. Патент на полезную модель № 31669 (РФ). Тренажер для подготовки операторов танка / Ткач В.П. и др. МКИ7 G 09 В 9/08. - Опубл. 20.08.2003. -БИ№ 23.

71. Патент на полезную модель № 31670 (РФ). Приборный комплекс боевого отделения динамического танкового тренажера / Ткач В.П. и др. МКИ7 G 09 В 9/08. - Опубл. 20.08.2003. - БИ № 23.

72. Патент на полезную модель № 36540 (РФ). Аппаратно-программный комплекс тренажера для подготовки операторов / Ткач В.П. и др. МКИ7 G 06 F 17/ 00, G 09 В 9/00. - Опубл. 10.03.2004. - БИ № 7.

73. Патент на полезную модель № 36549 (РФ). Тренажер для подготовки операторов управляемого вооружения / Ткач В.П. и др. МКИ7 G 09 В 9/08. -Опубл. 10.03.2004. - БИ№ 7.

74. Патент на полезную модель № 43061 (РФ). Тренажер для обучения артиллерийских расчетов / Ткач В.П. и др. МКИ7 G 09 В 9/08. - Опубл.2712.2004.-БИ№ 36.

75. Патент на полезную модель № 48663 (РФ). Тренажер для подготовки операторов комплекса вооруженгия, расположенного на подвижном носителе / Ткач В.П. и др. МКИ7 G 09 В 9/08. - Опубл. 27.10.2005. - БИ № 30.

76. Первозванский А.А. Курс теории автоматического управления. М.: Наука, 1986. - 760 с.

77. Плотников В.И., Солодовников В.В., Яковлев А.В. Теория автоматического управления техническими системами. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1993.-492 с.

78. Подчуфаров Ю.Б. Физико-математическое моделирование систем управления и комплексов. М.: Физматгиз, 2002. - 168 с.

79. Полак Э. Численные методы оптимизации: Единый подход. М.: Мир, 1974. - 357 с.

80. Попов Г.П. Инженерная психология в радиолокации. М.: Советское радио, 1971. - 186 с.

81. Присняков В.Ф., Присняков JI.M. Математическое моделирование переработки информации оператором человеко-машинных систем. М.: Машиностроение, 1990. - 247 с.

82. Пушкин А.В., Ткач В.П. Обучение операторов работе на подвижном наземном объекте с помощью тренажера // Приборы и управление. Вып. 3. -Тула: ТулГУ, 2005. С. 109 - 115.

83. Ротенберг Р.В. Подвеска автомобиля и его колебания. М.: Машгиз, 1960.-257 с.

84. Седов Л.И. Методы подобия и размерностей в механике. М.: Наука, 1981.-447 с.

85. Силаев А.А. Спектральная теория подрессоривания транспортных машин. М.: Машиностроение, 1972. - 192 с.

86. Сипайлов Г.А., Лоос А.В. Математическое моделирование сложных машин. М.: Высшая школа, 1980. - 175 с.

87. Теория автоматического управления. Ч. 1. / Под ред А.В.Нетушила.

88. М.: Высшая школа, 1968. 424 с.

89. Теория подобия и размерностей: Моделирование /П.М. Алабужев и др. М.: Высшая школа, 1068. - 208 с.

90. Ткач В.П. Реализация механических движений в тренажере подвижного наземного объекта // Приборы и управление. Вып. 3. Тула: ТулГУ, 2005. -С. 170- 173.

91. Ткач В.П. Классификация тренажеров подвижных наземных объектов // Приборы и управление. Вып. 3. Тула: ТулГУ, 2005. - С. 173 - 177.

92. Топчеев Ю.И., Потемкин В.Г., Иваненко В.Г. Системы стабилизации. -М.: Машиностроение, 1974. 247 с.

93. Тренажерные системы / В.Е.Шукшунов и др. М.: Машиностроение, 1981.-256 с.

94. Тренажеры и имитаторы ВМФ / В.Ю. Ралль и др. М.: Воениздат, 1969.-215 с.

95. Уткин В.И. Скользящие режимы в задачах оптимизации и управления. М.: Наука, 1981.-368 с.

96. Фрейдзон И.Р., Филиппов Л.Г. Математические модели в судовых обучающих комплексах. Л.: Судостроение, 1972. - 350 с.

97. Химмельблау Д. Прикладное нелинейное программирование. М.: Мир, 1975.-534 с.

98. Хорн Р., Джонсон Ч. Матричный анализ. М.: Мир, 1989. - 656 с.

99. Человеческий фактор: Эргономика комплексная научно-техническая дисциплина / Т. 1. Ж. Кристенсен и др. - М.: Мир, 1991. - 599 с.

100. Человеческий фактор: Моделирование деятельности, профессиональное обучение и отбор операторов / Т. 3. Д. Холдинг и др. М.: Мир, 1991. -302 с.

101. Человеческий фактор: Эргономическое проектирование деятельности и систем / Т. 4. Дж. О'Брайен и др. М.: Мир, 1991. - 496 с.

102. Шаракшанд А.С., Железнов И.Г. Испытания сложных систем. М.: Высшая школа, 1974. - 180 с.

103. Шеннон Р. Имитационное моделирование систем искусство и наука. - М.: Мир, 1978. - 302 с.

104. Штейнбух К. Автоматы и человек. М.: Советское радио, 1967.490 с.

105. Brown D.A. Military use seen for visual simulators // Aviation Week and Space Technology. N. 23. - Vol. 107. - 1977. - Pp. 60-63.

106. Brown D.A. Simulator aids aircraft // Aviation Week and Space technology. Vol. 96. - N. 6. - 1972. - Pp. 38-41.

107. Brown L.L. Visual elements in flight simulation // Aviation, Space and Environmental Medicine. N. 9. - Vol. 47. - 1976. - Pp. 19 - 28.

108. Feuer A., Morse A.S. Adaptive control of single-inpur, single-output linear systems // IEEE Trans, on Automat. Control. 1978. - Vol. 23. - N 4. - Pp. 557 -569.

109. Fradkov A.L., Stotsky A.A. Speed gradient adaptive algorithms for mechanical system //International Journal of Adaptive Control and Signal Processing. -1992.-Vol. 6.-Pp. 211 -220.

110. Handberg C.O. Advanced CGI Visual technology reshapes pilot training possibilities // ICAO Bulletin. N. 4. - 1977. - Pp. 11 - 19.

111. Haxthausen B. Toward the zero hour what next for flight simulators // Airline Management. N. 4. - 1972. - Pp. 18 - 22.

112. Jacobs R.S., Williges R.C., Poscol S.N. Simulator motion as a factor in flight director display evaluation // Humanity factor. - 1973. - Vol. 101. - Pp. 569 -582.

113. Landau T.D. Adaptive control system: The Model Reference approach. -N.Y.: Marcel Decker, 1979. P. 406.

114. McPhail G.D. Apollo External visual simulation display systems//AAIA

115. Paper. N. 253. - 1967. - Pp. 61 - 74.

116. Monopoli R.V. Model reference adaptive control with an augmented error signal // IEEE Trans, on Automat. Control. 1974. - V. 25. - N. 3. - Pp. 474 - 484.

117. Narendra K.S., Lin-H., Valavani L.S. Stable adaptive controller design. Part II: proof of stability // IEEE Trans, on Automat. Control. 1980. - Vol. 25. - N 3. - Pp. 440 - 448.

118. Soderstrom Т., Stoica P. System identification. Englewood Cliffs, New Jersey: Prentice-Hall, 1989. - 440 p.

119. Stein K.J. USAF plans new stress an simulators // Aviation Week and Space Technology. Vol. 96. N. 26. - 1972. - Pp. 147 - 154.

120. Комиссия Тульского государственного университета в составе:

121. Ларкин Е.В. председатель комиссии, заведующий кафедрой РТиАП, д.т.н., профессор;

122. Зайчиков И.В. член комиссии, д.т.н., доцент;

123. Математические основы теории систем» положение о пространстве релевантных параметров, и критерии подобия как расстоянии между годографами, описывающими объект и его физическую модель.

124. Основы информационных устройств роботов» зависимость для расчета прироста коэффициента подобия контактных, резистивных и оптронных датчиков.

125. Теория автоматического управления» положение о расчете передаточных функций корректирующих звеньев, обеспечивающих характеристики физической модели, подобные характеристикам реального объекта.

126. Е.В. Ларкин И.В.Зайчиков Ю.И.Луцков

127. Тренажеры ДТЭ-188 и ДТЭ-219К приняты на снабжение Вооруженных Сил Российской Федерации и серийно изготавливаются с 2004 года.

128. Эффект от внедрения достигается за счет повышения качества, сокращения сроков и снижения трудоемкости разработки тренажеров подвижных наземных объектов.1. Главный конструктор