Устройство оперативного управления летательными аппаратами, входящими в группировки

 

Изобретение относится к области устройств для обработки данных и может быть использовано для подготовки и выработки оптимального решения по выбору метода управления группировками летательных аппаратов (ЛА) при различных факторах воздействия на наземный комплекс управления ЛА. Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности и оперативности принятия решения по выбору оптимального метода управления, расширение функциональных возможностей устройства за счет решения задач стохастического программирования. Решение технической задачи достигается за счет обеспечения возможности использования автоматизированного механизма выбора, в основе которого лежит метод стохастического программирования с критериями выбора: максимизации математического ожидания "полезности" метода управления; максимизации вероятности превышения "полезности" метода управления заданного порога β . 1 ил., 1 табл.

Предлагаемое изобретение относится к устройствам для обработки данных и может быть использовано для подготовки и выработки оптимального решения по выбору метода управления группировками летательных аппаратов (ЛА) при различных факторах воздействия на наземный комплекс управления ЛА.

В настоящее время для выработки решения по выбору оптимального метода управления ЛА, под которым мы понимаем систему правил, определяющих функционирование АСУ ЛА, используются группы специалистов, которые алгоритмически или эвристически решают данную задачу в центрах управления полетом. В качестве общедоступных аналогов изобретения предлагается использовать авт. св. N1295412, 1305705, 1309034.

Однако дальнейшее усложнение ЛА, состава группировок ЛА сейчас приводит к увеличению количества специалистов, решающих эту задачу, возрастают затраты по обеспечению процесса управления. Наряду с этим увеличивается время на обработку поступающих объемов информации и выбора оптимального метода управления, что неприемлемо в сложных условиях функционирования. Следует учитывать, что при непосредственном воздействии на процесс управления обоснованность принятия решений по управлению будет падать, исходя из психологических свойств человека, а также возможного отсутствия квалифицированных специалистов.

Наиболее близким по своей технической сущности является устройство для оптимизации распределения ресурсов с насыщаемыми потребностями (см. авт. св. N1298763, кл. G 06 F 15/20, 1987), содержащее счетчики, блоки памяти, блоки сравнения, дешифраторы, регистры, элементы задержки, блоки элементов ИЛИ. Устройство обеспечивает решение задачи линейного программирования. В основу изобретения положен простой конечный итеративный алгоритм, позволяющий использовать особенности задачи, выражающейся в простой структуре системы ограничений.

Однако данное устройство не позволяет использовать различные критерии и показатели выбора, оптимальные для конкретных условий функционирования при стохастическом (вероятностном) описании обстановки.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности и оперативности принятия решения по выбору оптимального метода управления, расширение функциональных возможностей устройства за счет решения задач стохастического программирования.

Решение технической задачи достигается за счет обеспечения возможности использования автоматизированного механизма выбора, в основе которого лежит метод стохастического программирования с критериями выбора (А): максимизации математического ожидания "полезности" метода управления (1), максимизации вероятности превышения "полезности" метода управления заданного порога β (2).

где i порядковый номер метода управления, М количество методов управления; j порядковый номер фактора воздействия, N количество факторов воздействия (см. Б.А.Резников. Теория систем и оптимального управления. Ч. 3. Принятие решения в условиях неопределенности и адаптации. МО СССР, 1988, с.45 47).

В качестве показателя выбора, т.е. "полезности" метода управления при различных факторах воздействия, характеризующихся вероятностью появления этих факторов ω_j примем удельную эффективность использования метода управления при данном воздействии. Удельная эффективность метода характеризуется вероятностью выполнения целевой задачи ЛА(Р_цз) в зависимости от стоимости затрат по функционированию средств АСУ (С), определяемой этим методом управления.

В зависимости от условий функционирования можно варьировать удельным весом Р_цз и С в "полезности" метода. Мирное время отдаем предпочтение стоимости, военное время вероятности выполнения целевой задачи ЛА.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства оперативного управления летательными аппаратами, входящими в группировки, где 1 блок управления; 2 генератор тактовых импульсов; 3 первый счетчик (Сч1); 4 первый коммутатор (Км1); 5 первый блок памяти (БП1); 6 второй блок памяти (БП2);
7 третий блок памяти (БП3);
8 первый блок элементов ИЛИ;
9 первый регистр (Pг1);
10 второй регистр (Pг2);
11 третий регистр (Pг3);
12 первый элемент задержки (Эз1);
13 второй коммутатор (Км2);
14 блок регистров (1.N);
15 дешифратор;
16 первый блок сравнения (Ср1);
17 второй элемент задержки (Эз2);
18 второй блок элементов ИЛИ;
19 первый блок ключевых элементов (Кл1);
20 второй блок ключевых элементов (Кл2);
21 блок умножения;
22 третий блок элементов ИЛИ;
23 второй счетчик (Сч2);
24 сумматор;
25 третий элемент задержки (Эз3);
26 четвертый регистр (Pг4);
27 четвертый элемент задержки (Эз4);
28 второй блок сравнения (Эср2);
29 третий блок ключевых элементов (Кл3);
30 пятый регистр (Pг5).

Выход генератора тактовых импульсов 2 подключен к входам считывания первого 9 и второго 10 регистров, соединенных выходами с первыми входами первого 4 и второго 13 коммутаторов, и к входу первого счетчика 3, соединенного выходом с вторым входом первого коммутатора 4 и через первый элемент задержки 12 с входом дешифратора 15, выходы первого коммутатора 4 соединены с входами первого 5, второго 6 и третьего 7 блоков памяти, выходы которых подключены через первый блок элементов ИЛИ 8 к второму входу второго коммутатора 13, первый выход которого соединен с первым входом первого блока сравнения 16, подключенного вторым входом к выходу третьего регистра 11, а второй выход второго коммутатора 13 соединен с первым входом второго блока ключевых элементов 20 и через второй элемент задержки 17 с первым входом блока умножения 21, второй вход которого соединен с выходом второго блока ключевых элементов 20, подключенного вторым входом к выходу второго блока элементов ИЛИ 18 и к первому входу первого блока ключевых элементов 19, выход блока умножения 21 соединен с первым входом третьего блока элементов ИЛИ 22, второй вход которого подключен к выходу первого блока ключевых элементов 19, первый вход которого соединен с выходом первого блока сравнения 16, выходы дешифратора 15 подключены соответственно к входам считывания блока регистров 14, выходы которого подключены к входам второго блока элементов ИЛИ 18, первый выход дешифратора 15 подключен к входам обнуления второго счетчика 23, сумматора 24, соединенного информационным входом с выходом третьего блока элементов ИЛИ 22, и четвертого регистра 26, последний выход дешифратора 15 подключен к счетному входу второго счетчика 23, к входу считывания сумматора 24, выходом соединенного с первым входом второго блока сравнения 28 и через третий элемент задержки 25 с информационным входом четвертого регистра 26, и к входу считывания четвертого регистра 26, вход записи которого подключен к выходу второго блока сравнения 28 и к первому входу третьего блока ключевых элементов 29, второй вход которого через четвертый элемент задержки 27 соединен с выходом второго счетчика 23, выход третьего блока ключевых элементов 29 подключен к входу пятого регистра 30, выходы блока управления 1 подключены соответственно к информационным входам и входам записи первого 9, второго 10, третьего 11 регистров и блока регистров 14, входу запуска генератора тактовых импульсов 2, соединенного входом останова с выходом последнего разряда первого счетчика 3, и к входу обнуления первого счетчика 1, вход считывания третьего регистра 11 соединен с выходом второго регистра 10.

Априорно устройство работает следующим образом.

Априорно блоки памяти 5, 6, 7 записывают "полезности" методов управления при различных факторах воздействия на наземный комплекс управления ЛА (число строк блоков памяти равно количеству методов, число столбцов количеству типов воздействий). "Полезность" первого блока памяти 5 равна эффективности управления без учета затрат на его обеспечение, второго блока памяти 6 - стоимости затрат без учета эффективности, третьего блока памяти 7 удельной эффективности управления ЛА. "Полезность" определяется в ходе предварительного моделирования процессов управления ЛА. Запись информации в блоки 5, 6, 7 не рассматривается, так как не участвует в работе устройства.

Оператор при помощи блока управления 1 записывает в блок регистров 14 вероятности появления факторов воздействия (в мирное время это могут быть вероятности различных состояний наземного комплекса управления, которые влияют на эффективность управления ЛА: сложные условия функционирования АСУ, помехи, большая загрузка элементов АСУ и т.д.). Количество регистров N определяется количеством факторов воздействия. В регистр 11 записывается пороговое значение β превышение "полезностью" которого гарантируется с максимальной вероятностью. В регистр 9 записывается номер варианта "полезности" (блоки 5 или 6 или 7), в регистр 10 записывается вариант выбора метода управления ЛА (первый или второй).

С блока управления 1 оператор сигналом обнуляет счетчик 3 и запускает генератор тактовых импульсов 2, импульсы с которого поступают на счетчик 3, формируя адрес элемента "полезности", а также на вход считывания регистра 9, содержимое которого служит управляющим сигналом для коммутатора 4, который обеспечивает открытие одного из блоков памяти 5, 6, 7. Выходной сигнал с ГТИ 2 также поступает на вход считывания регистра 10, содержимое которого является управляющим сигналом для коммутатора 13 и сигналом считывания регистра 11. На вход коммутатора 13 через блок 8 поступают по порядку сигналы "полезности" одного из блоков памяти. Если управляющий сигнал открывает первый выход коммутатора 13, то импульсы с блока элементов 8 поступают на второй вход БСр1 16, на первый вход которого поступает значение регистра 11. Если b меньше сигнала с выхода Км2 13, то на выходе 16 формируется импульс, который разрешает прохождение через ключ Кл1 19 значений блока регистров 14 через элементы блока 18. Регистры блока 14 считываются сигналами с дешифратора 15, на вход которого через элемент задержки 12 поступают сигналы с выхода счетчика 3. Если управляющий сигнал с регистра 10 открывает второй выход коммутатора 13, то значение из блока памяти поступает через элемент задержки 17 на второй вход множителя 21 и вход блока 20, разрешая прохождение сигналов одного из регистров блока 14 на первый вход множителя 21. Второй блок ключевых элементов 20 служит для синхронизации поступления кодов на блок умножения 21, обеспечивая подачу на его вход кода с блока 18 только при одновременном прохождении на другой вход кода с элемента 17. Блок 20 формирует на выходе импульс разрешения прохождения сигнала с элемента 18 при поступлении на управляющие входы любого из значений блоков памяти 5, 6, 7. Сигналы с выхода блоков 19 и 21 через блок 22 поступают на вход накапливающего сумматора 24, на другой вход которого поступает импульс разрешения суммы с последнего выхода дешифратора 15, когда на его вход поступает сигнал, пропорциональный значению N+1, где N число регистров в блоке 14. Счетчик 23 подсчитывает количество импульсов разрешения выдачи суммы, которое также является адресом метода управления. Адрес метода управления через элемент задержки 27 будет поступать на вход Кл3 29 и по разрешающему сигналу с Бср2 28 записываться в регистр 30. Счетчик 23 и регистр 26 обнуляются импульсом с первого выхода дешифратора 15. Работа счетчика 3, дешифратора 15 и счетчика 23 описана в таблице 1, в которой по шагам показаны значения на выходе этих элементов. Для примера рассмотрен вариант с N=3, M=2 (у дешифратора 5 выходов).

Импульс разрешения выдачи суммы из дешифратора 15 также считывает регистр 26, который предназначен для промежуточного хранения максимального значения суммы кодов (А), формирующейся в блоке 24 в интеративном режиме по каждому методу управления. Работа блока 26 заключается в следующем. Сначала по сигналу с первого выхода дешифратора 15 регистр 26 обнуляется. По первому сигналу с последнего выхода дешифратора содержимое блока 26 (В) поступает на первый вход блока сравнения 28, на второй вход которого поступает значение суммы А блока 24, которое получилось после первой итерации (i=1, Если А>0, то А будет записываться в регистр 26 через элемент задержки 25 по сигналу записи из блока сравнения 28, который также является разрешающим сигналом прохождения адреса метода управления из блока 27 для блока 29. Второй сигнал с последнего выхода дешифратора обеспечивает сравнение В и А по второму методу управления (при i=2 ) и при А>В значение А будет записываться в регистр 26 как и в предыдущем случае. Таким образом, в регистре 26 после каждой итерации остается максимальное значение суммы А. Устройство завершает свою работу, когда на выходе счетчика 3 будет сформирован адрес, превышающий количество значений используемого блока памяти. Этот адресный сигнал остановит ГТИ 2. В результате в регистре 30 останется адрес оптимального метода управления.

В устройстве используются элементы, широко используемые при управлении ЛА:
в качестве блока управления 1 может служить устройство формирования и передачи кода (см. И.Е.Соловейчик. Дисплеи в системах с ЭВМ. М. Советское радио, 1979, УДК 681.327.23, с.78 79, рис.11.50);
в качестве блоков 8, 18, 22 используется совокупность элементов ИЛИ в виде линейки логических элементов соответственно на 3, N и 2 входа, обеспечивающих передачу параллельного кода;
в качестве блоков ключевых элементов 19, 20 можно рассматривать совокупность логических элементов И;
в качестве счетчиков 3, 23 можно использовать счетчики с обратными связями (см. Основы дискретной техники АСУ и связи. Под ред. Г.Ф.Гриненко.Л. МО СССР, 1980, УДК 658.5.012.011.56:621.391(075.8), с.334 -338, рис.9.12);
в качестве сумматора 24 можно использовать сумматор накапливающего типа (см. Основы устройства электронных вычислительных машин и вычислительных систем. М: Статистика, 1975, УДК 6Ф7.3(07)075, с.113, рис.5.11).

Формула изобретения

Устройство оперативного управления летательными аппаратами, входящими в группировки, содержащее первый и второй счетчики, три блока памяти, два блока сравнения, дешифратор, первый пятый регистры, первый четвертый элементы задержки, первый блок элементов ИЛИ, отличающееся тем, что в него введены блок регистров, сумматор, два коммутатора, второй и третий блоки элементов ИЛИ, три блока ключевых элементов, блок умножения, блок управления и генератор тактовых импульсов, выход которого подключен к входу считывания первого и второго регистров, соединенных выходами с первыми входами первого и второго коммутаторов, и к входу первого счетчика, соединенного выходом с вторым входом первого коммутатора и через первый элемент задержки с входом дешифратора, выходы первого коммутатора соединены с входами первого, второго и третьего блока памяти, выходы которых подключены через первый блок элементов ИЛИ к второму входу второго коммутатора, первый выход которого соединен с первым входом первого блока сравнения, подключенного вторым входом к выходу третьего регистра, а второй выход второго коммутатора соединен с первым входом второго блока ключевых элементов и через второй элемент задержки с первым входом блока умножения, второй вход которого соединен с выходом второго блока ключевых элементов, подключенного вторым входом к выходу второго блока элементов ИЛИ и к первому входу первого блока ключевых элементов, выход блока умножения соединен с первым входом третьего блока элементов ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу первого блока ключевых элементов, первый вход которого соединен с выходом первого блока сравнения, выходы дешифратора подключены соответственно к входам считывания блока регистров, выходы которого подключены к входам второго блока элементов ИЛИ, первый выход дешифратора подключен к входам обнуления второго счетчика, сумматора, соединенного информационным входом с выходом третьего блока элементов ИЛИ, и четвертого регистра, последний выход дешифратора подключен к счетному входу второго счетчика, к входу считывания сумматора, выходом соединенного с первым входом второго блока сравнения и через третий элемент задержки с информационным входом четвертого регистра, и к входу считывания четвертого регистра, вход записи которого подключен к выходу второго блока сравнения и к первому входу третьего блока ключевых элементов, второй вход которого через четвертый элемент задержки соединен с выходом второго счетчика, выход третьего блока ключевых элементов подключен к входу пятого регистра, выходы блока управления подключены соответственно к информационным входам и входам записи первого, второго, третьего регистров и блока регистров, входу запуска генератора тактовых импульсов, соединенного входом останова с выходом последнего разряда первого счетчика, и к входу обнуления первого счетчика, вход считывания третьего регистра соединен с выходом второго регистра.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2