Математическую модель адаптивной системы управления для авто- и авиатренажеров, которая позволит сделать их работу более приближенной к реальному поведению машины, а также более безопасной для пользователя, разработали ученые Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ) и Института проблем машиноведения (ИПМаш) РАН, 9 августа сообщает пресс-служба университета.

Проведенное сравнение разработанной модели с аналогами, которые применяются в тренажерах российской компании «Транзас», показало, что новая система дает возможность поршням, которые отвечают за движение кабины симулятора, работать в более широких условиях, до трех раз быстрее и в полтора раза точнее.

Результаты исследования модели ученые представили в статье «Сигнально-параметрический дискретно-временной адаптивный контроллер для пневматической платформы Стюарта», опубликованной в журнале Control Engineering Practice.

Авто- и авиатренажеры используются для того, чтобы водители или пилоты научились правильно управлять автомобилем или самолетом. Обычно они имеют вид реальной кабины, которая установлена на так называемой платформе Стюарта — механизме с шестью степенями свободы.

Платформа Стюарта имеет шесть независимых «ног», которые попарно прикреплены в трех точках на нижней, опорной, плите платформы и в трех на верхней плите. Длины этих «ног» изменяются с помощью встроенных пневмоприводов и тем самым изменяют ориентацию платформы, имитируя крен самолета при маневрировании или автомашины во время движения по неровной поверхности.

Приближенными к реальности такие тренажеры будут только в том случае, когда привода «ног» платформы практически моментально и высокоточно отработают команду компьютера. Однако существующие в настоящее время устройства часто не обладают возможностями быстро имитировать воздействие на автомобиль или самолет внешних факторов, таких как неровности дороги или воздушные ямы и др.

Другим недостатком современных тренажеров является возможность их поломки из-за перегрузок и ошибочного срабатывания системы управления, что может представлять опасность для пользователя.

Решая эти проблемы, ученые из СПбГУ провели исследование динамики пневмоприводов платформы Стюарта и определили параметры движения, учитывать которые необходимо при разработке систем управления платформой. Среди них диаметр и масса поршней, длина штоков цилиндров приводов, давление нагрузки на элементы и др.

Эти характеристики исследователями были учтены при разработке алгоритмов модели, которые должны обеспечить высокое быстродействие и точность управления движением платформы Стюарта.

Руководитель проекта, руководитель ведущей научной школы РФ в области математики и механики, завкафедрой прикладной кибернетики СПбГУ, завлабораторией информационно-управляющих систем ИПМаш РАН, доктор физико-математических наук, член-корреспондент РАН Николай Кузнецов пояснил принцип работы тренажера:

«От кабины, в которой сидит человек, подается сигнал на платформу о том, что она должна совершить какое-то движение, например наклониться при повороте руля. Если быть точнее, этот сигнал поступает на цифровой регулятор — устройство, связанное с поршнями и „решающее“, как изменить в них давление, чтобы система обеспечила нужное угловое и пространственное перемещение платформы».

Далее он рассказал, что предложенная командой ученых математическая модель позволяет сделать такое «принятие решений» регулятором (системой управления) тренажером более точным, быстродействующим и менее ресурсозатратным, чем у ранее существующих.

Ученые также проанализировали динамику движений тренажера для автомобиля КамАЗ, который разрабатывает российская компания «Транзас», и с помощью своей модели определили и скорректировали недостатки и неточности его системы управления. Были изменены скорость и сила реагирования поршней на подаваемые системой управления сигналы.

Была также проанализирована возможность появления скрытых колебаний, которые могли бы привести к аварийным ситуациям при работе тренажера, и методы их устранения.

Результатом работы нового алгоритма системы управления тренажера стало увеличение быстроты и точности реакции устройства на различные команды человека, повысившее тем самым реалистичность имитации поведения автомобиля в ответ на действия водителя.

Разработанная в СПбГУ система также увеличит безопасность авто- и авиатренажеров, поскольку ее алгоритм, кроме характеристик, оказывающих влияние на движение поршней, учитывает данные о максимальной нагрузке, которую они способны выдержать, и предотвращает возможность перегрузок, которые могут привести к неработоспособности тренажера или даже его разрушению.

Ученые далее намерены в сотрудничестве с инженерами внедрить разработанную модель системы упрвления поршнями в реальные тренажеры, для проверки ее работы в реальных условиях.