книги из ГПНТБ / Системы автоматического и директорного управления самолетом

и обрабатываемой информации во избежание существенного усложнения приборного оборудования самолета.

Однако, пилотируя такую сложную систему, как самолет, летчик принимает решение по выбору способа управления и реа­ лизует это решение, основываясь не только на информационной модели, но и используя полученные ранее знания и опыт.^ Сов­ местная обработка этих знаний и данных информационной мо­ дели формирует в сознании летчика целостный образ сложив­ шейся ситуации, так называемую концептуальную модель ситуа­ ции, которая обуславливает деятельность летчика в контуре управления самолетом. На основании этой модели он не только принимает решение о соответствующем перемещении рычага управления, но и способен критически относиться к показаниям того или иного пилотажно-навигационного прибора, обнаружи­

вать его ложные показания.

Таким образом, для выработки стратегии управления само­ летом необходимо определенное количество информации о теку­ щей ситуации, позволяющей анализировать эту ситуацию, а также знания об имеющихся возможностях воздействия на эту

ситуацию.

Приборная информация, получаемая летчиком при инстру­ ментальном пилотировании, в отличие от непосредственного на­ блюдения обстановки, выдается в закодированном виде и для образования соответствующего представления она должна быть летчиком переработана. Схематично процесс обработки прибор­ ной информации летчиком при управлении самолетом изобра­ жен на рис. 1.1.

В деятельности летчика можно выделить следующие основ­ ные операции:

—прием информации (обнаружение сигнала, его опознание

ивыявление смысла — идентификация);

—оценка состояния системы на основании полученных дан­ ных и имеющихся знаний и опыта и принятие решения по вы­ бору вида управляющего воздействия;

—практическая реализация принятого решения;

—контроль за результатами управляющего воздействия. Следует иметь в виду, что приведенные операции являются

достаточно условными, поскольку прием и обработка информа­ ции, построение двигательного акта и контроль протекают как единый сенсорно-логический процесс, в котором часто трудно выделить операции в чистом виде. Однако это деление на опера­ ции целесообразно как методический прием анализа деятельно­ сти летчика.

Таким образом, :в процессе управления самолетом между ин­ формацией, получаемой летчиком, и его ответными действиями существует закономерная связь, которая может быть охаракте­ ризована временем реакции летчика и точностью его действий, т. е. относительным количеством ошибок.

10

между этими значениями и значениями, соответствующими за­

данному режиму полета.

Вторая операция — принятие решения о стратегии управле­ ния на основании оценки текущей и прогнозируемой ситуации — осуществляется по законам логики.

Рис. 1.2. К времени чтения летчиком приборной информации

Экспериментальные исследования показали, что время реше­ ния той или иной задачи /Пр при формировании исполнительной команды существенно зависит от числа логических действий (рис. 1.3), причем время решения увеличивается по мере услож­ нения логического процесса [1]. Это объясняется тем, что в зави­

симости от сложности этих процессов изменяется рас­ ход мыслительной энергии человека, его утомляемость, напряженность и т. д., а зна­ чит, и возможность ошибоч­ ных действий.

В работе Фогеля [6] дана абстрактная ранговая шка­ ла относительной сложности логических задач, выпол­ няемых человеком-операто- ром, которая в возрастаю­ щем порядке имеет следую­ щий вид.

1. Дедуктивные решения, описываемые выражением

12

В этом случае определенному входному сигналу соответст­ вует строго определенная ответная реакция человека (например, при загорании определенной лампочки человек нажимает опре­ деленную кнопку);

б) оптимизирующая дедукция предполагает сравнение вход­ ного сигнала с сигналом из памяти, т. е. входной сигнал сравни­ вается с определенным критерием, отличающим его от других сигналов;

б) адаптивная дедукция — модель желаемого преобразова­ ния используется для образования внутреннего сигнала, позво­ ляющего получить оптимальный для данных условий выходной сигнал (например, в ответ на ускорение движения командной стрелки летчик ускоряет движение рычага управления).

2. Абдуктивные решения, аналитически представляемые как

соответствуют сигналам, когда по заданному следствию yi и ру­ ководящему правилу F -1 нужно найти причинный фактор. Эти преобразования отличаются некоторой неопределенностью реше­ ния, так как руководящее правило F~1 не исчерпывает всех при­ чинно-следственных связей между х\ и г/,-.

3.Индуктивные решения имеют место, когда для ряда собы­ тий Xi и yi требуется найти руководящее правило, определяю­ щее связи между этими или сходными событиями.

4.Прогнозические решения включают в себя индуктивные, дедуктивные и абдуктивные решения. Результатом этих решений является экстраполяция ситуации.

Анализируя обстановку при управлении самолетом, летчик экстраполирует воссоздаваемую на основании полученной ин­ формации ситуацию на время

где г = 1, 2, 3 и / = 1, 2;

t\ — время на ознакомление с ситуацией; t2— время на решение текущей задачи; tz — время для дачи ответа;

—время передачи соответствующей исполнительной команды к соответствующим органам управления;

Д^2 — время реакции самолета.

Решение задач, уровень логической сложности которых выше дедуктивных решений, требует оперативного мышления летчика. Под оперативным мышлением в общем случае понимается про­ цесс решения практических задач, который осуществляется мыс­ ленным воссозданием элементов, образующих проблемную ситуацию, моделированием образов этих элементов, на основе

13

редко требующий значительного времени.

В справочнике [4] приведены количественные оценки состав­ ляющих перехода от восприятия к действию, которые равны:

обнаружение сигнала —-0,1 с, распознавание зрительного образа ~0,4 с, принятие решения ~ 4 —5 с, двигательная реакция ~ 0,5 с.

Из приведенных данных следует, что наибольшее запаздыва­ ние в процессе управления вносит необходимость принятия ре­ шения.

Быстрое и правильное восприятие ситуации в целом, т. е. уменьшение до определенного минимума слагаемого tx выраже­ ния (1.4), существенным образом зависит от структурной орга­ низации приборного оборудования, т. е. от структуры информа­ ционной модели, от системы кодирования сигналов. Система ко­ дов (символов) должна позволять летчику легко, быстро и безошибочно мысленно преобразовывать приборную информа­ цию в реальную предметную обстановку.

Соотношение между временем, необходимым для выполне­ ния летчиком операции t0п, и располагаемым временем, рассчи­ танным из условий выполнения заданного режима полета с тре­ буемой точностью, определяет функциональное состояние лет­ чика. В случае близости этих времен наступает так называемый дефицит времени для оценки ситуации, принятия решения и т. д., который развивает у человека состояние напряженности и ока­ зывает отрицательные действия на стабильность его работы. В условиях дефицита времени может наступить психологический конфликт между получаемой информацией и восприятием лет­ чика. Недоверие к приборам вызывает у летчиков повышенную психологическую напряженность. «Я буквально «бегал» по при­ борной доске в мучительном поиске отказавшего прибора» — пи­ шет один из летчиков [1].

Наиболее высокий оперативный уровень восприятия, т. е. восприятие без сложных промежуточных преобразований, экви­ валентен одномоментному, симультанному опознанию, при кото­ ром мыслительная деятельность человека сводится к решению задач с рангом логической сложности, соответствующим моронической дедукции. В случае ручного пилотирования самолета, когда от летчика требуется на основании полученной информа­ ции выполнение взаимосвязанных, точно координированных и до­ зированных движений рычагами управления, наиболее высокая эффективность достигается при согласовании по направлению и во времени движений рычагов управления с характеристиками сигналов (например, при стабилизации углов крена и тангажа

14

при работе летчика по авиагоризонту). Это особенно важно, когда летчик действует в условиях дефицита времени.

Характерная зависимость времени выполнения человеком первого действия при обработке информации (переключение тумблеров при загорании определенных сигнальных ламп — ранг сложности задачи соответствует моронической дедукции) от ко­ личества сигналов [9] приведена на рис. 1.4. Верхняя кривая на этом рисунке соответствует времени реакции при наличии допол-

нительного дискретного регулирования по еще одному прибору. Как в первом, так и во втором случаях приведенные зависимости аналитически аппроксимируются выражением

где t — время первого действия;

п— количество сигналов;

а= 0,057;

b — постоянная составляющая. 0,92 — для первого случая. 1,33 — для второго.

Одной из характерных особенностей человека является его способность специально настраиваться на восприятие определен­ ных (аварийных) сигналов, в том числе и маловероятных. Фак­ тор значимости сигнала приводит к увеличению скорости вос­ приятия информации и как следствие этого — к снижению вре­ мени реакции человека (рис. 1.5) на эти сигналы [7].

Дефицит времени является одним из основных факторов, при­ водящих к появлению ошибок летчика.

15

Ошибки, допускаемые летчиком при пилотировании само­ лета, обычно подразделяются на:

—ошибки по времени выполнения действия;

—ошибки самих действий;

—грубые ошибки типа «промаха».

Первой группой ошибок является невыполнение или несвое­ временное выполнение операции, причем полностью невыполнен­ ная операция рассматривается как отказ в системе. Ко второй группе ошибок относится неточность чтения показаний при­ боров, неточность суммирования и т. п. К третьей относятся гру­ бые ошибки, связанные с замещением одних действий другими.

В работе [9] приведен анализ грубых ошибок летчика при инструментальном пилотировании. Наибольшее число ошибок —■

этап приема информации. Более подробный анализ ошибок при­

16

логических условии, участвующих в решении задачи, и фактора

В некоторых ситуациях, когда летчик большую часть времени исключен из контура управления самолетом, например, при авто­

значительно легче справляется с 1временной неопределенностью, чем с альтернативной. Это объясняется тем, что для решения последней требуется оперативное мышление.

Время «переключения» летчика

При полете самолета с управлением отг'С’АУ оеновжая .родь_ летчика сводится к выполнению второй рперйцйй ‘ Процесса I

управления — к контролю за ходом стабилизации заданного ре­ жима полета. Переход к автоматической стабилизации задан­ ного режима полета означает для летчика переход от сенсорно­ моторной к сенсорно-мыслительной деятельности. Внедрение средств автоматизации приводит к дополнительному увеличению количества индикаторов, обеспечивающих летчику возможность контроля как за ходом полета, так и за состоянием средств автоматики. Вследствие необходимости наблюдения за большим числом приборов при автоматическом управлении самолетом деятельность летчика при выполнении второй операции сущест­ венно усложнилась, особенно при возникновении неисправно­ стей в приборном оборудовании. Это обуславливается внезап­ ностью развития таких ситуаций, высокой скоростью изменения параметров движения самолета и, как правило, отсутствием стереотипа действий летчика вследствие малой вероятности воз­ никновения таких ситуаций. Все это способствует повышению психологической напряженности летчика, приводит к увеличе­ нию вероятности выполнения ошибочных действий. В книге [lj отмечается, что отсутствие информации об отказе приборов мо­ жет не просто осложнить работу летчика, но и создать предпо­ сылки к летному происшествию.

Поэтому рассмотрим подробнее деятельность летчика при осуществлении им контроля за ходом автоматической стабили­ зации режима полета самолета в случае отказа САУ. Эту дея­ тельность условно можно разбить на ряд последовательно вы­ полняемых операций:

1)хранение в памяти критериев оценки правильности проте­ кания полета самолета на данном режиме;

2)непрерывное сопоставление текущей информации о проте­ кании полета с критериями оценки (считывание и осмысливание показаний приборов);

3)определение причины, вызвавшей изменение нормального протекания полета самолета, и принятие решения о локализации этой причины;

4)локализация причины, вызвавшей нарушение нормального хода полета (например, отключения САУ);

5)оценка сложившейся ситуации и принятие решения о целе­ направленном вмешательстве в процесс управления самолетом;

6)перемещение рычага управления на основе принятого решения;

7)контроль за результатами перемещения рычага управ­

ления.

Нетрудно заметить, что выполнение 2, 3, 5 и 7-й операций требует оперативного мышления летчика, что связано с сущест­ венными затратами времени, а в данных ситуациях фактор вре­ мени играет важную роль. Следует заметить, что кроме указан­ ных операций летчик, беря управление в свои руки, должен «прочувствовать» самолет, т. е. дать несколько небольших проб­

18

ных движений рулями. Эта операция также вносит определен­ ное запаздывание. Время, необходимое летчику на осуществле­ ние всех перечисленных операций, обозначим через ^пер. Вели­ чина ^пер в основном определяется квалификацией летчика, его темпераментом, состоянием и многими другими факторами. По­ этому она различна не только для разных летчиков, но и для одного и того же летчика в разных условиях.

Практика показала, что величина £ПеР в большой степени

летчик более внимателен и напряжен, чем при полетах на боль­ ших высотах. Поэтому в настоящее время принято на основании статистических данных полагать, что:

^пеР.тш= 2 с для режимов на малых высотах полета; *neP.min = 5 с для режимов на больших высотах полета.

При наличии предупреждающей сигнализации (как световой, так и звуковой) можно снизить время «переключения» летчика с одного режима работы на другой до величины порядка fneP = = 1 с. Однако при проектировании САУ следует использовать

вкачестве расчетных величин ^ПеР = 2-^5 с.

Вслучае, если на каком-либо режиме полета самолета время «переключения» летчика должно быть меньше £nep.min, то на этом режиме необходимо или полностью автоматизировать весь про­ цесс контроля за правильностью хода полета или по крайней мере понизить посредством автоматических устройств ранги сложности выполнения 2, 3, 5 и 7-й операций до рангов дедук­ тивных решений.

Понижение рангов логической сложности 2, 3 и 7-й операций процесса контроля может быть обеспечено введением специаль­ ного комплекса устройств (блоков контроля), измеряющих неко­ торые параметры процесса управления или движения самолета, производящих обработку этих замеров по определенным алго­ ритмам с целью получения показателей правильности хода про­ цесса управления самолетом посредством САУ.

Понижение ранга сложности выполнения 5-й операции может быть достигнуто применением командной (директорной) инфор­ мации для вывода самолета или в исходный режим полета или на какой-либо другой возможный режим.

1.2. УРАВНЕНИЯ ДВИЖЕНИЯ САМОЛЕТА НА ЗАДАННОЙ ТРАЕКТОРИИ. ОГРАНИЧЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ САМОЛЕТА

Исследование стабилизации самолета на заданной траекто­ рии возможно проводить, используя линейные дифференциаль­ ные уравнения возмущенного движения, полученные варьирова­ нием полных уравнений относительно прямолинейного равномер­

19