ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 07.11.2023
Просмотров: 523
Скачиваний: 23
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
4.6. Примеры интеллектуальных динамических систем
179
Опережение.
1 ... 16 17 18 19 20 21 22 23 ... 33
Попер: Автомобилю совершить опережение, если его скорость зна- чительно превышает скорость автомобиля, едущего по соседней полосе
ППЧ.
Выполняется автоматически.
Обгон.
Побгон: Автомобилю обогнать идущий впереди автомобиль, если его скорость значительно превышает скорость автомобиля, едущего впереди на той же полосе, полоса для обгона свободна и обгон разре- шен:
Start[MyCar, (ППЧ, LLine)] = h{PCar(MyCar, Vобг, St , —),
PRoad(MyCar, ППЧ, MidLane, (2 or 3), —), PCar(NameCar,
—, St, —), PRoad(NameCar, ППЧ, MidLan , (2 or 3), —),
InFront(MyCar)= NameCar, FreeLane(LLane)}, {PCar(MyCar, Vобг,
St, +a), PRoad(MyCar, ППЧ, LLane, (2 or 3), —), SpeedUp(MyCar),
¬SpeedUp(NameCar)}, {Axiom}i.
Следующее правило — только для трехполосного движения, так как при двухполосном движении в соответствии с аксиомами средняя и правая полосы эквивалентны:
Start[MyCar, (ППЧ, MidLane)] = h{PCar(MyCar, Vобг, St , —),
PRoad(MyCar, ППЧ, RLane, 3, —), PCar(NameCar, —, St, —),
PRoad(NameCar, ППЧ, RLane, 3, —), InFront(MyCar)= NameCar,
FreeLane(MidLane)}, {PCar(MyCar, Vобг, St, +a), PRoad(MyCar, ППЧ,
MidLane, 3, —), SpeedUp(MyCar), ¬SpeedUp(NameCar)}, {Axiom}i.
Если после применения П1 и/или П2 и/или ... и/или П7 рассмат- риваемый автомобиль имеет нулевую скорость и в текущий момент времени ни одно из этих правил не применимо, то автомобилю следует начать движение Start(NameCar, where).
4.6.6. Стратегия применения правил.
1. Перейти к п. 2, если на перекрестке нет аварии. Иначе вве- сти в БД (базу данных) команду остановки Stop для каждого участника движения, траектория которого пересекается с местом аварии.
2. Вычислить множество конфликтующих пар и их конфликтных областей. Ввести все в БД.
3. Если множество конфликтующих пар не пустое, то применить к каждой паре привило П1 или П2 (они являются ортогональны- ми). Ввести изменения в БД.
4. Вычислить множество конфликтующих пар, к которым не приме- нимы П1 и П2.
5. Если множество конфликтующих пар, к которым не применимы
П1 и П2, не пустое, то применить к каждой паре из этого
180
Гл. 4. Интеллектуальные динамические системы
множества привило П3 или П4 или ... или П7. Ввести изменения в БД. Иначе перейти к п. 1.
6. Вычислить множество конфликтующих пар, к которым не приме- нимы П3, ..., П7.
7. Если множество конфликтующих пар, к которым не применимы
П3, ..., П7, не пусто, то ввести в БД информацию о возможных авариях каждой пары из этого множества. Иначе перейти к п. 1.
Пример 2. В этом примере рассмотрена задача автоматического маневрирования на орбите. Такая задача возникает, например, при стыковке активного корабля и орбитальной станции. Процесс стыковки в этом случае представляет собой комплекс из трех задач управления,
реализующих полное множество возможных безопасных исходов: при- чаливание, зависание, безопасное расхождение (рис. 4.4).
Рис. 4.4. Возможные варианты исходов процесса управления сближением
Безопасное сближение, стыковка и расхождение космических
аппаратов
1
).
Проблема безопасного сближения, стыковки или расхождения дви- жущихся объектов является актуальной для многих отраслей (авто- мобильный транспорт, авиационные и космические аппараты (КА))
и относится к наиболее сложным проблемам управления движением,
так как связана с повышенным риском.
Управление активным кораблем (КА) может происходить в двух режимах: штатном и нештатном. Штатный режим представляет собой управление КА по жесткой программе. Нештатный режим возникает в случае аварийных ситуаций, таких как отказы двигателя, отказы систем управления движением, отказы аппаратуры радиотехнической системы сближения или из-за временных ограничений, и предполагает полную передачу управления КА в ручной режим. В процессе стыковки
1
) Разработка и реализация системы выполнены А. Н. Виноградовым.
4.6. Примеры интеллектуальных динамических систем
181
корабля космонавту необходимо обладать максимумом информации о происходящей ситуации, а также о возможных вариантах ее разви- тия. В силу специфики процесса стыковки, а также в связи с конструк- тивными особенностями кораблей возникают ситуации, требующие от космонавта немедленных действий, что увеличивает вероятность при- нятия неверного решения.
4.6.7. Модели корабля, станции и управления. Общее описа-
ние. Модель системы управления включает следующие компоненты:
1) параметры (ограничения) процесса стыковки;
2) аналитическое описание зон управления;
3) базу данных состояний корабля;
4) модель корабля;
5) модель станции;
6) множество целей;
7) систему правил;
8) плановую траекторию.
В свою очередь модель корабля содержит:
1) координаты центра масс корабля;
2) векторы ориентации осей корабля (Ox, Oy, Oz);
3) массу корабля;
4) моменты инерции по осям корабля;
5) координаты двигателей корабля относительно центра масс и их ориентацию по осям корабля;
6) параметры работы двигателей;
7) вектор линейного ускорения;
8) вектор относительной скорости;
9) вектор углового ускорения;
10) вектор угловой скорости по осям.
Модель станции содержит:
1) координаты центра масс станции;
2) векторы ориентации осей станции (Ox, Oy, Oz);
3) вектор относительной скорости;
4) вектор угловой скорости по осям.
Полное множество возможных состояний системы разбивается на несколько групп, называемых зонами управления. В каждой из зон действуют свои законы управления, разработанные на основе анализа многолетней статистики выполнения операций сближения и причали- вания в пилотируемых космических полетах транспортных кораблей
«Союз» к орбитальным станциям «Салют» и «Мир». Выделяются сле- дующие зоны управления:
1) зона индикаторного режима;
182
Гл. 4. Интеллектуальные динамические системы
2) зона активного сближения;
3) зона возможного причаливания;
4) зона нерасчетного касания.
Относительное движение КА отображается не на условном фазовом портрете, а на плоскости промаха, определяемой векторами относи- тельной дальности и относительной скорости (рис. 4.5).
Рис. 4.5. Отображение относительного движения на плоскости промаха в ко- ординатах положения (дальность и угол)
Ограничения процесса управления относительным движением
(рис. 4.6) представляются на плоскости промаха в виде линий,
разделяющих области:
• индикаторного режима, в пределах которой ошибки реализации команд управления превышают начальные ошибки измерений,
и поэтому управление сближением нецелесообразно;
• возможного управления причаливанием, в пределах которой ма- невренные возможности активного корабля обеспечивают ему выход на заданный стыковочный узел объекта сближения с за- данными конечными параметрами относительного движения;
• возможного зависания активного КА на безопасной дальности от объекта сближения;
• безопасного расхождения двух КА, при котором минимальное расстояние между ними в процессе выполнения маневра не ста- новится меньше заданного.
4.6. Примеры интеллектуальных динамических систем
183
Рис. 4.6. Основные области управления и границы между ними
Параметры модели активного корабля. Модель активного кораб- ля (КА) включает следующие параметры:
• m — масса корабля;
• Pos xyz
— координаты центра масс корабля;
• J
x
, J
y
, J
z
— моменты инерции корабля по осям x, y, z;
• O
x
, O
y
, O
z
— векторы ориентации корабля;
• V
xyz
— вектор относительной скорости;
• ω
xyz
— вектор угловой скорости;
• a xyz
— вектор ускорения;
• β
xyz
— вектор углового ускорения;
• Jet
13
, Jet
14
, ... , Jet
26
— параметры (ориентация, состояние и па- раметры работы) двигателей корабля;
• F , M — результирующие сила и момент силы, возникающие при работе заданной комбинации двигателей;
• Q
f
— запасы топлива.
4.6.8. Параметры модели орбитальной станции. Модель орби- тальной станции (ОС) включает следующие параметры:
• Pos xyz
— координаты центра масс станции;
• O
x
, O
y
, O
z
— векторы ориентации станции;
184
Гл. 4. Интеллектуальные динамические системы
• V
xyz
— вектор относительной скорости;
• ω
xyz
— вектор угловой скорости.
4.6.9. Параметры процесса стыковки.
• D — дальность до станции;
• AL — вектор линии визирования (линия визирования — прямая,
проходящая через центры масс КА и OC);
• ∆ — промах;
• α — ∠(AL, V ), угол между вектором линии визирования AL и вектором V относительной скорости КА (угол промаха);
• ∠([КА].O
x
, [OC].O
x
) — угол между осями O
x активного корабля и орбитальной станции (показывает соосность стыковочных уз- лов);
• ∠(AL, [КА].O
x
) — угол между линией визирования и осью O
x активного корабля;
• ∠(AL, [OC].O
x
) — угол между осью O
x орбитальной станции и линией визирования (показывает угловое отклонение КА от стыковочной прямой);
• ∠(V , [КА].O
x
) — угол между вектором относительной скорости и осью O
x активного корабля;
• F b dir
— вектор направления облета станции;
• D
упр
— рубеж зоны управления;
• D
з
— рубеж возможного зависания;
• D
нк
— рубеж зоны нерасчетного касания;
• D
прич
— рубеж зоны безопасного причаливания;
• ∆t упр
— резерв времени до вхождения в зону управления;
• ∆t з
— резерв времени до достижения рубежа возможного зави- сания;
• ∆t нк
— резерв времени до вхождения в зону нерасчетного каса- ния;
• ∆t прич
— резерв времени до достижения рубежа безопасного причаливания;
• ∆t — продолжительность одного такта работы системы;
• F
′
, M
′
— сила и момент силы, требуемые для придания КА
заданных относительной и угловой скоростей;
• C
jets
— комбинация включаемых двигателей;
• L
б
— минимальное безопасное расстояние между КА и орбиталь- ной станцией;
• Lk min
— расстояние между центрами масс КА и орбитальной станции в момент соприкосновения стыковочных узлов.
4.6. Примеры интеллектуальных динамических систем
185
4.6.10. Правила замыкания. Здесь и далее используется более
«привычная» запись правил, а именно, условию предшествует служеб- ное слово ЕСЛИ. Запись (A, B, C) обозначает «известно значение A» и
«известно значение B» и «известно значение C». Спискам добавляемых и удаляемых фактов предшествует служебное слово ТО, а следующее далее выражение x := a означает «в текущем состоянии базы данных присвоить переменной x значение a»
1. ЕСЛИ(AL
t
,V
t
) ТО угол промаха α
t
:= Angle(AL
t
,V
t
);
2. ЕСЛИ(D
t
,α
t
) ТО промах ∆
t
:= D
t
*sin α
t
;
3. ЕСЛИ([КА].O
x
, [OC].O
x
)
ТО ∠([КА].O
x
, [OC].O
x
) := Angle([КА].O
x
, [OC].O
x
);
4. ЕСЛИ(AL, [КА].O
x
)
ТО ∠(AL, [КА].O
x
) := Angle(AL, [КА].O
x
);
5. ЕСЛИ(AL, [OC].O
x
)
ТО ∠(AL, [OC].O
x
) := Angle(AL, [OC].O
x
);
6. ЕСЛИ(V, [КА].O
x
)
ТО ∠(V, [КА].O
x
) := Angle(V, [КА].O
x
);
7. ЕСЛИ(α
t
,V
t
) ТО D
упр t
:= f упр
(α
t
, V
t
);
8. ЕСЛИ(α
t
,V
t
) ТО D
з t
:= f з
(α
t
, V
t
);
9. ЕСЛИ(α
t
,V
t
) ТО D
нк t
:= f нк
(α
t
,V
t
);
10. ЕСЛИ(α
t
,V
t
) ТО D
прич t
:= f прич
(α
t
,V
t
);
11. ЕСЛИ(α
t
,V
t
, D
t
, D
упр t
) и (V
t
,6=0)
ТО ∆t упр t
:= (D
t
* sin α
t
— D
упр t
)/|V
t
|;
12. ЕСЛИ(α
t
,V
t
, D
t
, D
з t
) и (V
t
,6=0)
ТО ∆t з t
:= (D
t
* sin α
t
— D
з t
)/|V
t
|;
13. ЕСЛИ(α
t
,V
t
, D
t
, D
нк t
) и (V
t
,6=0)
ТО ∆t нк t
:= (D
t
* sin α
t
— D
нк t
)/|V
t
|;
14. ЕСЛИ(α
t
,V
t
, D
t
, D
прич t
) и (V
t
,6=0)
ТО ∆t прич t
:= (D
t
* sin α
t
— D
прич t
)/|V
t
|.
Angle — функция, вычисляющая угол между двумя векторами;
f упр
— функция, вычисляющая рубеж зоны управления;
f з
— функция, вычисляющая рубеж возможного зависания;
f нк
— функция, вычисляющая рубеж зоны нерасчетного касания;
f прич
— функция, вычисляющая рубеж зоны возможного причаливания.
4.6.11. Правила переходов. Здесь выражение X
t+1
:= f(X
t
+
+ Y
t
+ Z
t
) означает «в состоянии t + 1 базы данных присвоить пере- менной X значение f».
1. ЕСЛИ(Pos t
, V
t
, a t
) ТО Pos t+1
:= Pos t
+ V
t
∗ ∆t + a t
∗ ∆t
2
/2;
2. ЕСЛИ(O
t
, ω
t
) ТО O
t+1
:= f вращ
(O
t
, ω
t
, ∆t);
3. ЕСЛИ(V
t
, a t
) ТО v t+1
:= V
t
+ a t
∗ ∆t;
4. ЕСЛИ(ω
t
, β
t
) ТО ω
t+1
:= ω
t
+ β
t
∗ ∆t;
186
Гл. 4. Интеллектуальные динамические системы
5. ЕСЛИ(AL
t
,V
t
) ТО AL
t+1
:= AL
t
, +V
t
∗ ∆t;
6. ЕСЛИ(D
t
,V
t
, α
t
)
ТО D
t+1
:=
p
(D
t
∗ sin α
t
)
2
+ (D
t
∗ cos α
t
− V
t
∗ ∆t)
2
f вращ
— функция, осуществляющая поворот осей ориентации АК со скоростью ω за промежуток времени ∆t.
4.6.12. Управление. Подцели и зоны управления. В п. 4.6.7
указывалось, что с точки зрения допустимых множеств управлений выделяют следующий ряд зон управления:
• зона индикаторного режима;
• зона активного сближения (зона управления);
• зона возможного причаливания;
• зона безопасного расхождения;
• зона нерасчетного касания;
• зона возможного зависания.
Нахождение КА в соответствующей зоне (или в нескольких зонах одновременно) и его состояние определяют текущую цель управления и соответствующий набор управлений для ее достижения. В соответ- ствии с полным множеством возможных вариантов управления можно выделить следующие цели:
• причаливание;
• расхождение;
• нерасчетное касание станции с наименьшими повреждениями.
Указанные цели могут иметь следующие подцели:
• нахождение станции;
• сближение;
• зависание;
• облет.
4.6.13. Правила выбора цели. Правила выбора цели осуществ- ляют выбор текущей цели в зависимости от текущих параметров КА
и процесса стыковки и зоны нахождения КА:
1. ЕСЛИ (направление линии визирования AL неизвестно)
ТО цель «нахождение станции» = «активна»;
2. ЕСЛИ (AL) и (|ω| 6 ε
ω
)
ТО цель «нахождение станции» = «достигнута»;
3. ЕСЛИ (AL) и (∆t з
> ε
з
)
ТО цель «сближение» = «активна»;
4. ЕСЛИ (резерв времени ∆t з
6
ε
з
)
ТО цель «сближение» = «достигнута»;
5. ЕСЛИ (0 6 ∆t з
6
ε
з
)
ТО цель «зависание» = «активна»;
6. ЕСЛИ (цель «зависание» = «активна») и (|V | 6 V
d max
)
ТО цель «зависание» = «достигнута»;