Ученые сравнили предложенную модель с аналогами, используемыми в тренажерах российской компании «Транзас», и выяснили, что новая система позволяет управлять поршнями, которые отвечают за движение кабины-симулятора, в более широких условиях, до трех раз быстрее и в полтора раза точнее. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Control Engineering Practice.

Для обучения водителей или пилотов правильному управлению автомобилем или самолетом используются устройства, называемые тренажерами. Обычно это выглядит как кабина, установленная на платформе Стюарта — устройстве с шестью независимыми «ногами», прикрепленными в трех точках снизу и сверху платформы. Длины этих «ног» могут быть изменены с помощью приводов, позволяющих управлять ориентацией платформы. Такое движение может имитировать наклон самолета при маневрировании или движение машины по неровной поверхности.

Чтобы сделать такие тренажеры максимально реалистичными, необходимо обеспечить моментальную и точную отработку команд компьютера с помощью приводов. В настоящее время существующие устройства не всегда реагируют на сигналы также быстро, как это происходит в реальных автомобилях или самолетах, на которые влияет окружающая среда (погода, дорожные условия и другие факторы). Кроме того, известны случаи поломки тренажеров из-за перегрузок и неправильного срабатывания системы управления, что может привести к небезопасности работы.

Для устранения этих недостатков ученые тщательно изучили динамику пневматических приводов платформы Стюарта. Анализ позволил исследователям определить параметры движения, которые необходимо учитывать при разработке систем управления платформой. В частности, были учтены диаметр и масса поршней, длина штоков приводов и давление, создаваемое нагрузкой на элементы. Основываясь на этих характеристиках, исследователи разработали алгоритмы, обеспечивающие высокую скорость и точность управления движением платформы Стюарта.

«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. Предложенная нами математическая модель позволяет сделать такое «принятие решений» регулятором (или «системой управления») более точным, быстродействующим и менее ресурсозатратным, чем у ранее существующих», — рассказывает руководитель проекта Николай Кузнецов, доктор физико-математических наук, член-корреспондент РАН, руководитель Ведущей научной школы Российской Федерации в области математики и механики, заведующий лабораторией информационно-управляющих систем ИПМаш РАН, заведующий кафедрой прикладной кибернетики СПбГУ.

Разработанная авторами система позволит также сделать авто- и авиатренажеры безопаснее, поскольку в математическом алгоритме, помимо характеристик, влияющих на движение поршней, заложены данные о максимальной нагрузке, которую они способны выдержать. Это предотвратит возможность перегрузок, из-за которых тренажер может перестать работать или даже разрушиться. В дальнейшем ученые планируют в сотрудничестве с инженерами внедрить предложенную модель в реальные тренажеры, чтобы протестировать свою разработку.

Источник: rscf.ru/news/release/trenazhery-dlya-voditeley-i-pilotov-stanut-realistichnee-i-dolgovechnee/