Наукова діяльність
кафедри систем управління літальними апаратами
факультету систем управління літальними апаратами
Національного аерокосмічного університету
ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут»
Технічний зір у системах раціонального управління перспективних систем навігації, орієнтації і стабілізації рухомими технічними об'єктами
Розробка алгоритмів і апаратно-програмних засобів для використання методів стереозору в завданнях траєкторних вимірів
Основні завдання:
- програмна синхронізація роботи web-камер з великою точністю для отримання синхронізованих стереозображень;
- калібрування використовуваних камер для визначення їх параметрів (фокусної відстані, оптичних спотворень та ін.);
- калібрування камер стереопари в загальній системі координат;
- ректифікація зображень для встановлення відповідностей між епіполярними лініями на стереопарі, уздовж яких буде виконуватися пошук для роботи алгоритмів;
- стереозіставлення колірна корекція стереоканалів для завдань стереовізуалізаціі.
Доцільно проводити подальші дослідження по таких напрямах:
- розробка нових методів і алгоритмів стереозору для завдань відновлення параметрів тривимірної сцени за результатами відеоспостереження;
- розробка методів і алгоритмів оцінки траєкторних параметрів (дальностей, кутів і кутових швидкостей) для рухливих об'єктів, дослідження їх точності і стійкості до дії збурень;
- розробляти нове програмне забезпечення для систем стереозору;
- розробити апаратно-програмний комплекс стереозору на базі мікрокомп'ютера Raspberry Pi.
Моделі і методи раціонального управління автономними малогабаритними літальними апаратами
Діагностування ударостійкого літального апарату вертолітної схеми в кардановому підвісі із захисною оболонкою
Основні завдання:
- розробити лінеаризовану математичну модель ударостійкого літального апарату;
- дослідити процеси діагностування за допомогою машинної моделі ударостійкого літального апарату.
Результати:
- виконано побудову змістовної і фізичної моделей ударостійкого літального апарату вертолітної схеми в кардановом підвісі із захисною оболонкою;
- отримано, на підставі рівнянь Лагранжа 2-го роду, рівняння нелінійної математичної моделі ЛА для загального випадку руху. Показано, що ЛА має одинадцятьма ступенями свободи;
- побудовано, з використанням методу аналітичної лінеаризації, лінеаризовані рівняння динаміки поздовжнього руху ударостійкого ЛА;
- отримано, для вирішення завдання діагностування, рівняння окремого випадку поздовжнього руху з траєкторією, близькою до вертикальної, що дозволило не враховувати коливальну складову внутрішньої динаміки ЛА по куту тангажу;
- реалізовано, за допомогою машинного моделювання в середовищі Matlab / Simulink, алгоритми діагностування ЛА за трьома параметрами: висота , вертикальна швидкість і перевантаження . Показано, що для визначення місця і характеру дестабілізації доцільно використовувати ознаки для будь-якої пари параметрів польоту.
Моделі і методи раціонального управління працездатністю типових функціональних елементів систем навігації, орієнтації і стабілізації
Розробка системи управління мобільної платформи на трьох всеснаправлених колесах
Основні завдання:
- розрахунок кінематики руху мобільної платформи;
- розробка системи управління мобільної платформи.
Результати:
- отримані залежності проекцій лінійних швидкостей на осі базової системи координат руху платформи з трьома роликонесучими колесами дозволяють забезпечити рух її центру мас в будь-якому потрібному напрямку з вихідної точки траєкторії без попереднього розвороту платформи. Отримані залежності можуть служити вихідним матеріалом для опису динаміки платформи будь-яким з відомих методів;
- сформована структурна і функціональна схеми. Розрахована передавальна функція за задавальним впливом. Синтез системи методом ПІД-регулятора виконано у середовищі Matlab/Simulink;
- згідно з результати використання в контурі керування двигуна синтезованого ПІД-регулятора разом із забезпеченням стійкості платформи додатково забезпечує високу точність необхідну для визначення місцезнаходження платформи робота, що необхідно при русі в обмеженому просторі.
Діагностування та відновлення блоку електромаховичних приводів космічного літального апарату
Основні задачі:
- розробка діагностичних функціональних моделей виявлення дестабілізації, пошуку місця дестабілізації, визначення виду дестабілізації;
- розробка моделей і методів відновлення працездатності механізму в нештатних режимах функціонування;
- моделювання електромаховикового приводу в середовищі Simulink в номінальних і позаштатних режимах функціонування;
- дослідження чинного макетного зразка системи раціонального управління електромаховикового приводом.
Результати:
- були розглянуті алгоритми діагностування системи і формування ознак дестабілізації в разі виявлення ознак відхилення контрольованих параметрів від еталонних;
- найбільший вплив на результати процесу діагностування мають коефіцієнт довіри, інтервал діагностування та допустиме відхилення контрольованої величини, так як від них залежить, чи буде певний вимір в конкретний момент часу вважатися дестабілізацією, а також скільки таких вимірів буде знайдено під час інтервалу діагностування і чи є ця кількість достатньою для переходу системи до режиму відновлення;
- аналізуючи результати експериментальних досліджень, можна зробити висновок, що отримані часові залежності повністю задовольняють початковим вимогам до системи.
Дослідження можливостей методів інтелектуального управління на прикладі різних технічних систем
Забезпечення багаторежимності функціонування вихрового енергорозділювача за рахунок автоматичного позиціювання енергетичних параметрів низькотемпературного повітряного потоку
Основні завдання:
- проаналізувати області використання вихрових енергорозділювачів, існуючих зразків вихрових систем забезпечення температурного режиму й оцінити · можливість розширення діапазону робочих режимів вихрового енергорозділювача;
- розробити графічну, фізичну, інтервальні математичні, машинні та макетні моделі вихрового енергорозділювача як об'єкта автоматичного позиціювання;
- розробити способи зміни потоку енергії холодного повітря й провести дослідження зі структурної й параметричної ідентифікації інтервальних математичних моделей об'єкта автоматичного позиціювання;
- розробити метод синтезу системи автоматичного позиціювання з використанням інтервальних асимптотичних логарифмічних амплітудно-частотних характеристик;
- розробити апаратно-програмний комплекс і технологію для проведення експериментальних досліджень системи автоматичного позиціювання потоку енергії холодного повітря вихрового енергорозділювача.
Результати:
- вперше розроблено інтервальні моделі вихрового енергорозділювача, які відрізняються від відомих відображенням перетворювальних властивостей вихрового енергорозділювача як об'єкта автоматичного позиціювання з інтервальною невизначеністю, що дає можливість аналітично вирішувати задачу забезпечення стійкості та якості системи позиціювання;
- удосконалено моделі та метод структурної й параметричної ідентифікації інтервальної математичної моделі вихрового енергорозділювача шляхом використання особливостей похідних інтервальних логарифмічних амплітудно-частотних характеристик, що дозволяє забезпечувати адекватний опис динамічних властивостей вихрового енергорозділювача в широкому діапазоні режимів
- дістало подальшого розвитку частотний метод синтезу системи автоматичного позиціювання за рахунок використання дробових значень порядку й інтервальних оцінювань параметрів розімкненої системи, що дозволяє забезпечувати стійкість та якість функціонування замкненої системи в широкому діапазоні режимів вихрового енергорозділювача.
Стабілізація нестійких станів зворотного маятника з гвинтовими електроприводами
Основні завдання:
- сформувати фізичну модель зворотного маятника з гвинтовими електроприводами;
- розробити за допомогою лагранжевого формалізму нелінійну математичну модель зворотного маятника з гвинтовими електроприводами як об'єкта автоматичної стабілізації;
- побудувати лінеарізовану математичну модель об'єкта автоматичної стабілізації в просторі станів;
- проаналізувати функціональні властивості об'єкта автоматичної стабілізації;
- сформувати структурні схеми системи автоматичної стабілізації станів зворотного маятника з гвинтовими електроприводами;
- отримати аналітичні співвідношення для обчислення оптимальних значень параметрів алгоритмів стабілізації нестійких станів зворотного маятника з гвинтовими електроприводами;
- синтезувати для конкретного зворотного маятника з гвинтовими електроприводами алгоритм оптимальної стабілізації кутового положення.
Результати:
- отримані різнотипні моделі зворотного маятника з гвинтовими електроприводами як об'єкта автоматичної стабілізації, що відрізняються від відомих урахуванням динамічних властивостей гвинтових електроприводів, що створюють керуючі моменти стабілізації.
- сформовано умови вибору параметрів пропорційно-диференціальної структури алгоритмів стабілізації для забезпечення стійкості і оптимальності перехідного процесу замкнутої системи стабілізації, що відрізняються від відомих специфікою формування керуючих моментів стабілізації за інтегральним критерієм зваженого модуля помилки.
Інтелектуальні комп'ютерні навчальні програми в проектуванні раціональних систем управління
Розробка інтелектуальних навчаючих програм з розробки алгоритмів
Екранні форми програми «APSIS»
Екранні форми програми «Apsis FC Tutor»
Результати:
- експериментальні дослідження показали, що робота програми здійснюється успішно при використанні тестування «вхід-вихід» при визначенні помилок виду «Помилка компіляції» і «Неправильна відповідь»;
- режим «тренер» є тим режимом, який вимагає найбільшої опрацювання. Рішення учня може бути різним, і необхідно підібрати такий мінімальний набір дій для організації діалогу з користувачем, який привів би до швидкому і якісному освоєнню матеріалу;
- основну увагу необхідно приділити алгоритмам вибору еталонних рішень. Алгоритм «неповного перебору» вкрай необхідний, коли безліч можливих еталонних рішень дуже велике. На даному етапі при проведенні експерименту цей алгоритм може вибрати еталонне рішення, відмінне від рішення користувача, але яке теж входить в безліч еталонних і впроваджено в систему. Алгоритм «повного перебору» працює коректно і ефективно виконується, якщо безліч еталонних закладених в ІКОП рішень не є великим. Цей алгоритм може стати альтернативою попереднього алгоритму, якщо організувати систему підказок, в якій чітко описані, які синтаксичні конструкції дозволяється застосовувати при навчанні. Це виправдано тим, що безліч всіляких еталонних рішень є нескінченно великою, а також тим, що можна застосовувати різні стратегії при навчанні користувача ІКОП.
Розробка інтелектуальної навчаючої програми з математики
Основні задачі:
- синтезувати параметризрвані математичні моделі задач для генерації умов, правильних відповідей для перевірки результатів, отриманих тестованими, і варіантів неправильних відповідей у разі закритих тестів;
- створити алгоритмічне та програмне забезпечення для реалізації засобів інтерактивного тестування знань і умінь випускників загальноосвітніх навчальних закладів України за допомогою мережі Інтернет в трьох режимах: режимі навчання рішенню вчителя, тренувальному режимі з підказками і контрольному режимі;
- розробити модель, алгоритмічне і програмне забезпечення відносного, рейтингового оцінювання знань та умінь тестованих.
Екранні форми програми «Math Education system»
Результати:
- проект націлений на підвищення ефективності підготовки випускників загальноосвітніх навчальних закладів України до зовнішнього незалежного оцінювання з математики за рахунок забезпечення доступності прикладів тестів через Інтернет і впровадження інтерактивних режимів навчання, тренування з підказками і контролю для поліпшення розуміння змісту завдань і технологій заповнення бланків відповідей, а також на економію витрат на виробництво і розповсюдження паперових збірників тестових завдань за рахунок розробки та впровадження засобів інтерактивного тестування;
- виконано аналіз світового досвіду створення інтерактивних засобів тестування знань і вмінь школярів з математики, в результаті якого сформульовані завдання проекту;
- синтезовані параметризрвані математичні моделі задач для генерації умов, правильних відповідей для перевірки результатів, отриманих тестованими, і варіантів неправильних відповідей у разі закритих тестів.
Розробка інтелектуальної навчаючої програми з дисципліни «Теорія автоматичного управління»
Екранні форми режиму роботи «Демо»
Результати:
- як і будь-яка програма, ІКОП з побудови частотних характеристик САУ не позбавлена недоліків. На підставі зворотного зв'язку, отриманої від студентів під час тестування навчальної програми, можна сформувати список рекомендацій з доопрацювання програмного забезпечення, щоб підвищити загальний рівень задоволеності користувачів і виправити виявлені помилки. Необхідно ввести в навчальну програму зміни, які сприяли б збільшенню рівня цих показників;
- необхідно вжити заходів щодо її підвищення. Також підлягають виправленню деякі незначні помилки, виявлені в ході проведення тестування;
- в цілому ж під час випробувань студенти впоралися з поставленим завданням без додаткової допомоги з мінімальним вступним інструктажем перед використанням програми. Більшість отриманих відгуків є позитивними, отже, програму необхідно розвивати для подальшої інтеграції в навчальний процес з дисципліни «Теорія автоматичного управління».
Звіт аспірантів
9.12.2021 року відбувся науковий семінар кафедри 301, на якому були представлені результати роботи аспірантів за виконанням плану навчання та наукових досліджень. Доповідачі: Вей Сибей, Сокол Д.В., Гуртовий О.О., Бойчук Є.В.
Фізична модель циклоротора. Доповідач: Вей Сибей
Експериментальна установка вихрового енергорозділювача. Доповідач: Сокол Д.В.