Разработка стенда для исследования алгоритмов управления летательными аппаратами на основе авиационного симулятора X-Plane

- установка шлюза и настраиваемых маршрутов, которые осуществляют операции композиции и агрегации;

- агрегированный ресурс, который объединяет ресурсы на основе какой-либо структуры, например, иерархического отношения.

Эти решения, однако, не являются гибкими. Пользователь всегда должен полагаться, что на сервере присутствуют эти специфические ресурсы. В идеале сервер должен предоставлять только гранулированные ресурсы так, чтобы ими можно было манипулировать детально.

В этом отношении более рациональным решением является следование принципам REST, предполагающим управление композицией и агрегацией со стороны клиента с помощью запросов. Для достижения этой задачи необходимы механизмы упорядочения и синхронизации запросов в соответствии с бизнес-логикой приложения. Для этого можно использовать ряд способов.

Конвейерная обработка (HTTP pipelining ) — технология, которая позволяет передавать на сервер сразу несколько запросов в одном соединении, не ожидая соответствующих ответов. Конвейерная обработка поддерживается только в HTTP/1.1.

Мультиплексирование запросов в одном соединении TCP (multiplexing) - технология, которая дает возможность посылать и принимать множество HTTP запросов асинхронно посредством одного TCP соединения. Поддерживается только в HTTP/2.

Для высокоуровневой идентификации и использования web ресурсов в сервис-ориентированной архитектуре используются семантически аннотированные связи[2]. Это позволяет пользователю строить различные шаблоны взаимодействия сервисов в процессе динамической композиции. Для этого ресурс расширяется с помощью дескриптора, который содержит метаданные о ресурсе вместе с информацией о связанных ресурсах. Для представления метаданных могут использоваться RDF, OWL, JSON-LD и другие машиночитаемые семантические средства.

Список использованной литературы:

1. Alarcón, R., Wilde, E., Bellido, J.: Hypermedia-Driven RESTful Service Composition. In: Maximilien, E.M., Rossi, G., Yuan, S.T., Ludwig, H., Fantinato, M. (eds.) ICSOC Workshops. Lecture Notes in Computer Science, vol. 6568, pp. 111-120 (2010).

2. R. T. Fielding. Architectural Styles and the Design of Network-based Software Architecture. PhD thesis, University of California, Irvine, 2000.

3. Чеглаков А.Л., Головкова A.C. Сервис-ориентированный подход к построению распределенной системы компьютерного моделирования // Международная научно-практическая конференция Инновационное развитие: ключевые проблемы и решения 8 декабря 2015 г. Казань.

© Чеглаков А.Л., 2016

УДК 629.7

А.Ю. Чекин

кандидат технических наук, инженер-программист ООО «Предприятие по модернизации авиационных комплексов», г. Москва

Е.О. Каравашкина начальник отдела

ОАО МНПК «Авионика», г. Москва, Российская Федерация

РАЗРАБОТКА СТЕНДА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНЫМИ АППАРАТАМИ НА ОСНОВЕ АВИАЦИОННОГО СИМУЛЯТОРА X-PLANE

Аннотация

В статье решается задача разработки моделирующего стенда для исследования алгоритмов управления

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №12-2/2016 ISSN 2410-6070_

летательными аппаратами (ЛА) на основе использования программного продукта X-Plane. Представлены способы взаимодействия с программным продуктом X-Plane, а также пример его использования при исследовании алгоритмов системы управления беспилотным вертолетом.

Ключевые слова

Авиационный симулятор X-Plane, имитационная модель, система управления летательного аппарата, моделирующий стенд.

В настоящее время при отработке и исследовании алгоритмов систем управления ЛА разработчики активно используют стенды математического и полунатурного моделирования. Разработка таких стендов связана со значительными материальными и временными затратами. Стоимость и время разработки моделирующего стенда можно значительно сократить за счет использования программного продукта X-Plane. Основными его преимуществами являются открытая архитектура приема и передачи данных, невысокая стоимость [7].

Авиационный симулятор X-Plane разрабатывается и распространяется компанией Laminar Research (США). Условно программный продукт X-Plane состоит из следующих частей [7]:

• модели планет Земля и Марс;

• модель атмосферы и погоды;

• различные модели летательных аппаратов;

• модели оборудования ЛА;

• модель рельефа местности;

• модель радионавигационной обстановки;

• фотореалистичные текстуры местности (аэропорты, города, дороги);

• модель управления воздушным движением.

Рекомендуемые системные требования, предъявляемые разработчиками X-Plane, могут быть удовлетворены персональным компьютером.

В X-Plane существует возможность разработки концептов управляемых и беспилотных летательных аппаратов: самолетов, вертолетов, планеров, дирижаблей, гибридов, радиоуправляемых моделей, авиационных средств поражения (бомб, ракет, снарядов), аэрокосмических аппаратов, также возможна разработка систем навигации и управления ЛА, системы индикации [7]. X-Plane можно использовать в виде системы имитации внешней визуальной обстановки, визуализации движения объектов в пространстве, визуализации векторов сил, действующих на ЛА, визуализации обтекания воздушным потоком, визуализации траектории полета. Локальная сеть или интернет позволяет объединять несколько пользователей в единое виртуальное пространство, в котором возможно осуществлять групповые полеты.

Самый простой способ взаимодействия с авиационным симулятором заключается в обмене данными по сетевому протоколу UDP. Для этого в программе X-Plane в окне «Ввод и вывод данных» необходимо установить флаги напротив необходимых данных (рис. 1). В окне «Настройки сети», вкладке «Данные» необходимо установить флаг «IP получателя данных» и ввести IP адрес и порт взаимодействующей программы. Если обе программы находятся на одном компьютере IP адрес можно установить «127.0.0.1», а номер порта, например, «4444».

После настроек программа X-Plane начинает непрерывно передавать на назначенный адрес и порт данные о ЛА. В них могут входить, как измеряемые параметры (различные скорости полета, число М, перегрузки, угловые скорости, положения органов управления и механизации, угловое положение ЛА, координаты местоположения, высота, параметры силовой установки), так и внутренние характеристики модели ЛА (силы и моменты, действующие на ЛА, ветровые возмущения). Формат пакетов данных представлен в [8].

Возможна организация управление моделью ЛА в X-Plane от внешней программы. На порт «49000» программа X-Plane готова принимать сигналы управления. Ответную настройку приема-передачи продемонстрируем на примере интерактивной среды Simulink.

0 frame rate 33 BBBB starter timeout 70 В В В В def& ailerons 1 106 ВВВВ перекл 1:>лектр«ч

1 SIMPP times 34 BBBB engine power 71 В В В В dds dlerons2 107 В В В В swltches2:EFS

2 яввв dmstats 35 BBBB engine thrust 72 В В В В dds rol spaleisl 108 ВВВВ switches 3:AUf-dlr/ltl О

36 BBBB engine torque 73 в В В В defs rol spoilers 2 109 ВВВВ swltches4:antl-ice

3 Й1ВВ speeds 37 BBBB engine RPM 74 В В В В Wi devators 110 ВВВВ switches 5:anti-lce/fuel

4 ЙПВВ Mach. Wl G-load 38 BBBB prop RPM » в в в в dds rudders 111 ВВВВ switches 6:dutch/astab

39 BBBB prop pitch 76 в в в в dds yaw-brakes 112 0Q00 switches7:msc

S ЙПВВ atmosphere: weather 40 BBBB propwadVlctwash 77 В В В В control forces

6 snnp atmosphere aircraft 41 BBBB N1 113 0 0 0 0 annunciators: general

7 явно system pressures 42 BBBB N2 78 в В В В TOTAL wit thrust vects 114 0 0 0 0 annunciators: general

43 BBBB HP 79 H H О В TOTAL lat thrust vecB 115 0 0 00 annunciators: engine

8 етпво joystick al/dv/rud 44 BBBB EPR 80 ВВВВ pitch eyelc disc bits

9 (ЙПВВ other flight cvitrds 45 BBBB FF 81 в в в в rol cyclic disc tits 116 0 0 0 0 autoplct arms

10 ЙПВВ art stab al/dv/rud 46 BBBB ITT 82 В В В В pitch eyeIcflapptog 117 0 0 0 0 autoplot modes

11 ЙПВВ flight con al/dv/rud 47 48 BBBB BBBB EOT СНГ 83 В В В О rol cyclic flapping 118 О О О О autoplot values

12 ЙНВВ wng sweep/thrust wet 49 BBBB Даел. наела 84 ВВВВ gmd effect lift, wings 119 0 0 0 0 weapon status

13 ЙПВВ trlnVflap/aat/s- brakes 50 BBBB Т. наела IS ВВВВ gmd dfect drag, wings 120 0 0 0 0 pressurtzation status

14 ЙПВВ gear/brakes 51 BBBB fuel pressure 86 вввв gmd dfect wash, wings 121 BBBB AWiGPU status

S2 BBBB generator amperage 87 В В В В gmd dfect lift, stabs 122 BBBB radar status

IS ЙПВВ angular moments 53 BBBB battery amperage »ВВВВ gmd dfect drag. stabs 123 0 0 00 hydraulic status

16 мпвп angular velocities 54 BBBB battery «Jtage 89 и В В В gmd dfect wash, stabs 124 0 0 В В dec & solar status

17 етнв^ pitch, roll, headings 90 ВВВВ gmd dfect lift, props 125 BBBB lcmgstatusl

18 етпвв AoA. side-slip, paths 55 BBBB fuel pump 91 в в в в gmd dfect drag, props 126 BBBB Ichgstatus2

19 ЙПВР mag compass 56 BBBB Idle speed 127 BBBB warning status

57 BBBB battery 92 ВВВВ wing lit 128 BBBB "lie-plan legs

20 Й^ВВ lat ton. altitude 58 BBBB generator 93 В В В В wngdrag

21 вввв toe. vd.dist traveled 59 BBBB In verter on/off 94 ВВВВ stab lit 129 0 0 0 0 hardware options

60 BBBB FA0CC « ВВВВ stab drag 130 0 0 0 0 camera location

22 вввв all planes lat 61 BBBB Igniter 131 0 0 0 0 ground location

23 вввв all planes Ion 96 вввв COM 1/2 frequency

24 вввв all plan» alt 62 BBBB fuel weights 97 В В В В NAV1/2 frequency 132 0 0 0 0 ellmb stats

63 BBBB payload weights and CG 98 ВВВВ nav 1/2 oas 133 О О 0 О cruise stats

25 вввв throttle ccmmand 99 ВВВВ NAV 1 deflections 1 Ha »pan

26 вввв throttle actual 64 BBBB aero forces 100 ВИНО NAV2 deflecbons 1 Graphical Qspiay in Data See' 1 флгл на диске datalxr

27 вввв feathr-norm-beta-revers 65 BBBB engine forces 101 В В В В A0F1/2 status Подключение к кЬтернет череэ UDP

28 вввв prop setting 66 BBBB landing gear vert force 102 и В В В DME status fWl 3 роторы HFJH

29 вввв mtetu re setting 67 BBBB landing gear deployment юз ВВВВ GF5 status подробна

30 вввв carb heat setting 104 ВВВВ XPNDRstatus подробна Q винты OÔÛ подробна о крылья "*ноо 100 подробна 0 стабил щаторы

31 вввв cowl flap setting 68 BBBB fft over drag & coeffs 105 ВВВВ MAWEPcraryc

32 вввв ignition setting 69 BBBB prop efficiency

Рисунок 1 - Окно «Ввод и вывод данных» программы X-Plane

Прием данных в Simulink от X-Plane осуществляется блоком «UDP Receive». В настройках блока необходимо указать локальный порт и адрес X-Plane, а также, согласно формату пакета данных, размер буфера и максимальную длину сообщения (рис. 2).

ф Source Block Parameters: UDP Receive [»£3») Is [¡г ss

UDP Receive (mask) (link) Simulation Format Tools Help

Receive UDP packets on a given IP port. This block receives a UDP packet from the network and emits that * <te F: 1 ц> -a-   10

data as a one-dimensional vector of the specified data type.

Parameters

Local IP port:

Remote IP address ('0.0.0.0' to accept all):

'127.0.0.1' -

Receive buffer size (bytes):

8192 Maximum length for Message: 720+5+36 Data type for Message: uint8 + UDP Reoeive Length _^

UDP Receive T«rminator29

(0 Output variable-size signal

Sample time (seconds): inf

kl" J

OK J 1 Cancel | Help _| Apply ode45

Рисунок 2 - Блок «UDP Receive» программы Simulink и его настройки

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №12-2/2016 ISSN 2410-6070_

Полученный пакет распаковывается блоком «Byte Unpack». В настройках блока необходимо указать размер и тип данных (рис. 3). Далее полученные данные разделяются демультиплексорами «Demux» и после этого их можно анализировать и использовать в управлении (рис. 3). В примере принимаются от X-Plane следующие сигналы: скорость приборная, число М, перегрузки по трем связанным осям, угловые скорости вокруг трех осей, углы тангажа, крена и курса (см. рис. 1, 3).

Рисунок 3 - Блок «Byte Unpack» программы Simulink и его настройки

Отправка данных в X-Plane осуществляется блоком «UDP Send». Настройки блока содержат адрес и порт программы X-Plane. Отправляемые данные в соответствии с форматом пакета необходимо упаковать с помощью блока «Byte Pack» (рис. 4). Здесь показан пример команды на отклонение органов управления в продольном, поперечном, путевом каналах, канале общего шага несущего винта, а также управление двигателем.

Таким образом, от X-Plane мы получаем параметры движения ЛА и имеем возможность формировать в Simulink управление в реальном масштабе времени. Остается подключить исследуемые контуры управления и проверить их работоспособность. Для непрерывной работы программы Simulink в поле «Simulation stop time» вместо числового значения необходимо установить inf.

Кроме этого, существует комплект средств разработки (X-Plane SDK), который, с использованием современных языков программирования, позволяет создавать плагины (дополнения) и наиболее полно использовать возможности программного продукта X-Plane [6].

На основе описанной выше технологии был разработан стенд для исследования алгоритмов управления маловысотным полетом беспилотного вертолета (БПВ). Решалась задача по разработке универсальных алгоритмов управления, которые были бы пригодны для использования не на одном конкретном вертолете, а на практически любом БПВ одновинтовой схемы.

Рисунок 4 - Блок «Byte Pack» программы Simulink и его настройки

Алгоритмы управления были разбиты на две группы:

- алгоритмы системы улучшения устойчивости и управляемости (СУУ);

- алгоритмы системы автоматического управления (САУ).

Универсальность обеспечивается за счет алгоритмов СУУ, которые основываются на использовании метода адаптивного управления с идентификатором и эталонной моделью с упрощенными требованиями к идентификатору. Эталонная модель имеет пониженный порядок, по сравнению с порядком математической модели БПВ [3]. Считается, что параметры математической модели БПВ неизвестны. Под упрощенными требованиями понимается то, что от идентификатора не требуется обязательного получения асимптотически точных оценок неизвестных параметров модели БПВ. Высокое качество слежения за эталонной моделью достигается при более простых и практически выполнимых условиях. Теоретические основы такого подхода к адаптивному управлению изложены в работах [1, 2].

В поперечном, продольном и путевом каналах управления БПВ алгоритмы СУУ обеспечивают только устойчивость и приемлемое качество переходных процессов. В канале управления общим шагом несущего винта обеспечивается инвариантность вертикальной скорости к произвольному маневрированию по крену, тангажу и рысканию. Синтез закона адаптивного закона управления СУУ в канале общего шага несущего винта подробно рассмотрен в статье [4]. Синтез алгоритмов управления САУ при маловысотном полете по информации от радиовысотомера рассмотрен в работе [5].

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №12-2/2016 ISSN 2410-6070_

Схема стенда для исследования алгоритмов управления БПВ при маловысотном полете приведена на рис. 6. В X-Plane при работе над стендом были разработаны плагины для имитации функционирования радиовысотомера и радиолокационной станции (РЛС) переднего обзора.

На схеме (рис. 6) использованы следующие обозначения: задающие воздействия от САУ к СУУ в каналах тангажа X $, крена X у , рыскания X^ и вертикальной скорости Xy ; К и Т] - углы продольного

и поперечного наклона тарелки автомата перекоса, (рош и - углы общего шага несущего и рулевого винтов; угловые скорости по осям связанной системы координат Ox, (Oy , COz, углы крена у и тангажа 3 , путевой угол воздушная скорость У, вертикальная скорость У , геометрическая высота Н, наклонная

У о

дальность Li.

Рисунок 6 - Схема стенда для исследования алгоритмов управления БПВ

Благодаря использованию авиационного симулятора X-Plane был разработан с относительно невысокими трудовыми и финансовыми затратами полнофункциональный моделирующий стенд, на котором можно проверить работоспособность и оценить эффективность разработанных алгоритмов управления маловысотным полетом БПВ с использованием различных моделей вертолетов, содержащихся в базе X-Plane. Тем самым удалось подтвердить универсальность разработанных алгоритмов управления. Благодаря X-Plane появилась возможность провести исследования в условиях различного вида рельефа местности путем выбора в X-Plane различных географических мест имитации полетов.

Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (14-08-01173а). Список использованной литературы:

1. Бронников А.М. Внешняя и параметрическая инвариантность выхода адаптивной системы с идентификатором и эталонной моделью // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2008. Т. 6. № 2. С. 15-23.

2. Бронников А.М. Методика синтеза адаптивного закона управления системы улучшения устойчивости и управляемости самолета // Известия ЮФУ. Технические науки. 2011. № 3 (116). С. 215-221.

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №12-2/2016 ISSN 2410-6070_

3. Бронников А.М., Буков В.Н. Условия точного слежения выхода линейной системы за эталонной моделью пониженного порядка // Автоматика и телемеханика. 2008. № 3. С. 60-69.

4. Бронников А.М., Каравашкина Е.О. Высокоточный алгоритм управления маловысотным полетом беспилотного вертолета при пространственном маневрировании // Известия ЮФУ. Технические науки. 2013. № 3 (140). С. 169-176.

5. Бронников А.М., Каравашкина Е.О., Кулабухов В.С., Чекин А.Ю. Синтез управления в продольном канале маловысотного контура беспилотного вертолета // Научный вестник Московского государственного технического университета гражданской авиации. 2015. № 213 (3). С. 5-12.

6. Комплект средств разработки X-Plane SDK. URL: http://www.xsquawkbox.net/xpsdk/mediawiki/Main_Page (дата обращения 06.12.2016).

7. Крупнейшее сообщество пользователей программным продуктом X-Plane. URL: http://x-plane.org (дата обращения 06.12.2016).

8. Формат пакетов данных программного продукта X-Plane. URL: http://roust.gotdns.com/instructions/Manual_Files/X-Plane%20UDP_format.html (дата обращения 06.12.2016).

© Чекин А.Ю., Каравашкина Е.О. , 2016

УДК 62-529

Р.Р. Шайхутдинов

магистр кафедры «ЭиУРТ» Южно-Уральский Государственный Университет г. Челябинск, Российская Федерация

А.И. Цимбол магистр кафедры «ЭиУРТ» Южно-Уральский Государственный Университет г. Челябинск, Российская Федерация

МОДЕРНИЗАЦИЯ СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ РУДНО-УСРЕДНИТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ (РУМ), КАК СРЕДСТВО ПОВЫШЕНИЯ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ АГЛОМЕРАЦИОННОГО

ПРОИЗВОДСТВА ПАО «ЧМК»

Аннотация

В ходе проведенного исследования основных производственных показателей Аглопроизводства ПАО «ЧМК», были выявлены факторы вызывающие отрицательное воздействие на экономическую эффективность производства и факторы возникновения недовыпуска продукции. Определены резервы повышения экономической эффективности, и предложены пути решения данной проблемы с соответствующим экономическим обоснованием.

Ключевые слова

Агломерационное производство, экономическая эффективность, рудно-усреднительная машина, анализ простоев, релейно-контакторная схема, программируемый логический контроллер.

На сегодняшний день долгосрочное и устойчивое развитие металлургического предприятия важнейшим образом зависит от экономической эффективности каждого производственного подразделения в отдельности. Это обусловлено наличием индивидуальных особенностей каждого из них. Поэтому первоочередной задачей на пути составления программы по повышению экономической эффективности является выявление не эффективных производственных процессов и их причин.

Объектом исследования данной статьи является Агломерационное производство ПАО «ЧМК»