Обучающее устройство

Полезная модель относится к области космической техники и может применяться на тренажерах пилотируемых космических аппаратах (ПКА), оборудованных электронными системами отображения.
Известен космический навигационный индикатор , описанный как полезная модель - Положительное решение о выдаче свидетельства на полезную модель от 17.10.2002г. по заявке 2002118951 20(020651) от 19.07.2002года. Авторы : Ю.А.Тяпченко и др. Данная полезная модель принимается за прототип . В космическом навигационном индикаторе предоставляется космонавту информация о навигационной обстановке во время полета на пилотируемом космическом корабле, возможность наблюдать по карте район , над которым он пролетает, прогнозировать участки Земли , над которыми он будет пролетать , контролировать наиболее важные сообщения и параметры о процессах управления спуском космического корабля и управлять объектом.
Однако , этот космический навигационный индикатор может быть использован в пилотируемом космическом полете при наличии умения и навыков управления космическим аппаратом с помощью данного космического навигационного индикатора .
Предлагаемое авторами обучающее устройство позволит космонавтам получить умение и навык управления космическим кораблем по космическому навигационному индикатору .
Целью предлагаемой полезной модели , обучающего устройства , является обеспечение необходимыми устройствами для обучения экипажей ПКА управлению космическим кораблем в штатных и нештатных ситуациях , где в качестве систем отображения и управления используется космический навигационный индикатор .
Поставленная цель достигается тем , что к космическому навигационному индикатору - прототипу дополнительно вводятся модель системы управления бортовым комплексом , модель движения , модель системы управления движением , модель датчиков , модель системы исполнительных органов , ручка управления космическим кораблем , пульт контроля и управления тренировкой .
На фиг. 1 представлена структурная схема обучающего устройства . На фиг. I обозначены :
3///
3 - модель движения космического корабля; 4-модель датчиков;
5- ручка управления ;
6- модель системы управления движением ;
7- модель исполнительнх органов ;
8- пульт контроля и управления тренировкой .
Обучающее устройство содержит модель движения 3 , второй выход которой соединен с первым входом модели датчиков 4, третий выход которой соединен с первым входом модели системы управления движения 6, третий выход которой соединен с первым входом модели системы исполнительных органов 7, второй выход которой соединен с третьим входом модели движения космического корабля 3 , первый выход которой соединен с первым входом космического навигационного индикатора 1, второй выход которого соединен с первым входом модели системы управления бортовым комплексом 2, которая вторым выходом соединена с параллельно соединенными со вторым входом модели датчиков 4 , с четвертым входом модели системы управления движения 6 , с третьим входом модели системы исполнительных органов 7 ,а ручка управления 5 подключена ко второму входу модели системы управления движением 6. Второй выход пульта контроля и управления тренировкой 8 подключен к третьему входу модели системы управления бортовым комплексом 2, а первый выход пульта контроля и управления тренировкой 8 соединен с третьим выходом космического навигационного индикатора 1 ,а третий выход пульта контроля и управления тренировкой 8 соединен с четвертым входом модели движения 3,
Модель движения космического корабля описывается системой нелинейных дифференциальных уравнений высокого порядка , параметры которой изменяются в большом диапазоне и подвержены действию случайных возмущений с недостоверными статическими характеристиками. Математическая модель в векторной форме представлена в следующем выражении :..
R  а;
К+ ю X К М;
ускорений,
К - момент количества движения во вращающейся системе координат,
М - главный момент внешних сил действующих на космический корабль ,
(О - вектор абсолютной угловой скорости вращающейся системы координат.
К дифференциальным уравнениям , описывающим динамику объекта, добавляются кинематические соотношения :
Л - л о Q;
где : Л - параметры Родрига - Гамильтона
f О  -COz tOy 1
Q . I COz 0 -cox I I - cOy cox 0 J
Результатом рещения уравнений, описывающих динамику и кинематику космического корабля , являются параметры, которые поступают на вход модели датчиков 4, а также на вход космического навигационного индикатора, где на формате карты Земли отображаются в виде движения подспутниковой точки по трассе полета ПКА и индицируются в виде географической широты и географической долготы объекта. ..Сигналы с модели датчиков корабля поступают на вход 1 модели системы управления движением 6, математическое описание которой в операторном виде представляется:
11 F( X, Y, Z, Ё, Н, t );
где : и - обобщенный вектор выходных параметров блока системы
управления,
F - вектор - функция , описывающая алгоритм функционирования  соответствующего блока,
X , Y , Z - соответственно входные , выходные и внутренние  параметры блока,
l(
Н - вектор возмущающих факторов , t - время.
Выработанные в модели системы управления 6 управляющие сигналы поступают в модель исполнительных органов 7 на включение двигателей управления космическим кораблем, которые создают либо линейные , либо угловые движения корабля . Космонавт подает управляющие воздействия с блока виртуальных кнопок космического навигационного индикатора в модель системы управления бортовым комплексом 2 , выходы которого связаны с входом 2 модели датчиков 4, с входом 4 модели системы управления и входом 3 модели исполнительных органов 7 . Модель системы управления бортовым комплексом, выполненная с использованием аппарата теории алгоритмов, имеет следующий вид:
1)i , then 2, else- l;
2),
3)if h  z),then ,else  6;
4)h i,( )
5)bo: f, (z ,i) 6;
6)if , then , else 6;
7),.
где z - входной язык;
h-условия, соответствующие внутреннему алгоритму системы; е - начальный запрос на систему; е  1 , если сигнал подан, е  О, если нет сигнала, d-внутренняя логика функционирования системы;
Г 1 , если обработка заявки завершена, Ьо
О , если обработка заявки не завершена,
В этой схеме показаны лишь основные процедуры функционирования системы . Модель движения 3 , модель датчиков 4 , модель исполнительных органов 7 , модель системы управления бортовым комплексом 2 обеспечивают информацией о процессе управления полетом космический навигационный индикатор в соответствии со штатной циклофаммой работы пилотируемого космического кораб.11я.
например , в виде микропрограммного автомата (МПА), на базе стандартных программируемых логических матриц (ПЛМ)  В.А. Скляров Синтез программных автоматов на стандартных ПЛМ. Автоматика и вычислительная техника 1982г, № 3 стр.28  или с использованием универсальных ПЭВМ типа Pentium-4.
Обучающее устройство было реализовано и внедрено в 2002 году в виде динамического тренажера ручного спуска транспортного корабля  Союз - ТМА  на базе центрифуги ЦФ - 18 в РГНИИЦПК им. Ю.А. Гагарина и в настоящее время на нем проводятся тренировки экипажей по международной программе МКС.
Авторы: А.П.Суворов И.Н.Гаврик  С.Н.Евдокимов  А.Ф.Еремин фсА
Г.С.Сарычева  Л.А.Фролов a
Е.В.Фурасова .Г Н.Ф.Щербаковг/a f
3