Opis asystenta pilota

Za ilustrację asystenta posłuŜy zaprezentowany, opracowany w ramach projektu, eksperymentalny system wspomagający pilota, wykorzystujący aktyw-ne organa sterowe [221]. Przy projektowaniu asystenta szczególną uwagę zwra-cano na aspekt współpracy człowieka z układami technicznymi, stąd konieczne było odmienne od typowego podejście do samego projektowania [213].

Ocena skutków działań pilota jest elementem nadzoru nad bezpieczeń-stwem lotu. Wynik oceny aktywuje elementy przeciwdziałające. Tymi

11 Mimo Ŝe realizacja takiej funkcji nie jest skomplikowana technicznie, to jej wprowadzenie w lotnictwie wiąŜe się z koniecznością opracowania procedur działania, oceny stanu prawnego i wykazania niezawodności systemu sterowania, w którym ta funkcja została wykorzystana.

tami są wskazania systemu ostrzeŜeń, a w koncepcji aktywnych organów stero-wych reakcje tych organów.

System składa się z kilku komponentów, pełniących określone funkcje.

KaŜdy element moŜe być traktowany jako agent, natomiast całość systemu funk-cjonuje jako system wieloagentowy hierarchiczny o sztywnej strukturze. Ogólna struktura połączenia asystenta z samolotem i pilotem została przedstawiona na rys. 7.9. W skład asystenta wchodzą dwie grupy elementów:

A1 – elementy modyfikujące charakterystyki obiektu sterowanego,

A2 – elementy reagujące na stan, obejmujące sterowanie aktywnymi orga-nami sterowymi (wektor F zawierający zmienne określające zadawane charakte-rystyki) oraz prezentację informacji o zagroŜeniach.

Rys. 7.9. Asystent w strukturze sterowania samolotem z pilotem;

MW – mechanizmy wykonawcze, SO – sterowniki aktywnych organów sterowych, UP – układy pomiarowe

W części A1 zrealizowane zostały algorytmy modyfikujące charakterystyki oraz elementy modyfikujące wartości prezentowanych zmiennych lub rozszerza-jące zbiór tych zmiennych o zmodyfikowane wartości, zgodnie z metodyką opi-saną w rozdz. 5. Struktura tej części została przedstawiona na rys. 7.10. Sygnały sterujące przekazywane przez pilota do systemu są wstępnie formowane. Funk-cje formujące odzwierciedlają wartość informacji przekazywanej podczas sterowania.

Sygnał sterujący sterem kierunku δR jest przenoszony z orczyka lub wspo-maga realizację prawidłowego zakrętu. Układ ten działa w dwóch trybach:

1) sterowanie bezpośrednie przez pilota,

2) sterowanie przez automat koordynatora zakrętu

( )

( )( ) ( )

0

0

; 1

; 2

Rp Rp

R

s Rp

R X t

δ δ δ

δ δ δ

 > 

 

= 

≤

 

 

(7.9)

Jest on przykładem realizacji koncepcji zmiennego poziomu wspomagania (pkt 5.7). Koordynator zakrętu R jest operatorem wykorzystującym stan samolotu Xs, a w szczególności kąt przechylenia, prędkości kątowe przechylenia i odchylania.

Kąt ślizgu, gdy jest mierzony, moŜe być takŜe wykorzystany do poprawy jakości pracy koordynatora.

Rys. 7.10. Część A1 asystenta; SRS – sterownik dla ruchu syme-trycznego, SRN – sterownik dla ruchu niesymetrycznego

Sygnały sterujące zespołem napędowym są wyliczane na podstawie sygnału zadawanego przez pilota, zgodnie z zasadami opisanymi w pkt 5.7.2.

Sygnał δT przechodzi przez A1 bez modyfikacji. Takie podejście wynika wprost ze sposobu sterowania zespołem napędowym realizowanym przez A2 i zastosowania sterowania za pomocą jednej aktywnej dźwigni. W A2 sygnał δT

jest interpretowany oraz wykorzystywany do sterowania siłą reakcji aktywnej dźwigni.

Część A2 asystenta składa się z agentów analizujących stan samolotu, stan otoczenia i sposób działania pilota oraz elementów sterujących aktywnymi orga- nami sterowymi. Celem uzyskania prawidłowej świadomości sytuacyjnej asy-stent został wzbogacony o elementy informacyjne (panel ostrzeŜeń – rys. 7.4, lub element wyświetlacza wielofunkcyjnego – rys. 7.38). Strukturę części A2 przedstawia rys. 7.11. Struktura asystenta odzwierciedla hipotetyczną struktu- rę przetwarzania informacji przez człowieka podczas podejmowania decyzji (rys. 3.7). Na rysunku 7.11 wyróŜniono podstawowe elementy oceniające stan, które poza przekazywaniem informacji o wynikach oceny sugerują, jaka powin-na być reakcja – czyli proponowane sterowanie.

Układ automatycznego trymowania określa, czy samolot znajduje się w stanie ustalonym i następnie steruje aktywną sterownicą w taki sposób, aby uzyskać zerową siłę reakcji dla obecnego połoŜenia sterownicy. Dodatkowo agent ten określa aktualne parametry π samolotu, wykorzystywane przez układ kształtujący charakterystyki samolotu do wyboru optymalnego wzmocnienia (wzór (5.10)).

Rys. 7.11. Struktura części A2 asystenta; AS – analiza stanu pod względem bezpieczeństwa, SZN – algorytmy związane z pracą asystenta w sterowniku dźwigni sterującej i zespołu napędowego, SM – algorytmy związane z pracą asystenta w sterowniku sterownicy

Układy oceny stanu zostały podzielone ze względu na zmienne stanu [143].

Nie jest to wymóg konieczny, jednak taki sposób oceny ułatwia prezentację wyników cząstkowych i ich interpretację przez pilota. Oceny prędkości i wyso-kości słuŜą zabezpieczeniu przed doprowadzeniem do zakresu uznawanego za niebezpieczny. Ocena przechylenia pełni rolę pomocniczą dla pozostałych ele-mentów oraz moŜe słuŜyć realizacji reakcji aktywnych organów sterowych dla duŜych przechyleń.

Ocena stanu zespołu napędowego określa, czy zmienne opisujące stan sil-nika są w zakresie prawidłowym. Podstawowymi funkcjami tego elementu są detekcja przekroczenia dopuszczalnej prędkości obrotowej oraz ocena poziomu obciąŜenia silnika zespołu napędowego. Ocena intensywności sterowania jest elementem analizy stanu człowieka z uwzględnieniem zadania sterowania. Ana-liza sygnału sterującego i stanu samolotu pozwala na ocenę tego, jak pilot radzi sobie ze sterowaniem bieŜącym. Po stwierdzeniu wystąpienia problemów i iden-tyfikacji przyczyny następuje określenie działań korygujących, które obejmują charakterystykę siły reakcji aktywnych organów sterowych i charakterystyki systemu wskazań. Działanie tego elementu jest związane z wynikami analizy (pkt 6.2.4) i badania (pkt 6.2.5) wpływu zmiany charakterystyki siły reakcji na działanie człowieka.

Ocena poprawności sterowania dotyczy sposobu realizacji sterowania, czyli zarówno tego, jaki jest aktualny poziom automatyzacji, jak i określenia celu sterowania. Przy wysokim poziomie automatyzacji cel sterowania jest zwykle zadawany wprost. Podczas sterowania ręcznego realizowana jest predykcja stanu, z uwzględnieniem aktualnego sposobu sterowania i realizowanej fazy lotu. Ocena poprawności realizacji celu przez człowieka ogranicza się więc do sprawdzenia, czy procedury w ruchu lotniczym zostały wykonane popraw- nie. Kolejnym elementem jest detektor zagroŜenia powodowanego obiektami w przestrzeni i strefami zabronionymi.

Wynikiem działania omówionych elementów jest informacja o poszczegól-nych nieprawidłowościach oraz zbiór proponowaposzczegól-nych działań asystenta jako reakcja na te nieprawidłowości. Kolejny element asystenta proponuje sposób reakcji, oceniając stan globalnie na podstawie informacji cząstkowych dostar-czanych przez pozostałe elementy. Wybrany sposób działania jest realizowany przez sterowniki aktywnych organów sterowych.

Dzięki zastosowaniu struktury agentowej rozbudowa systemu o kolejne elementy oceniające stan w szerszym zakresie sprowadza się do dołączenia ko-lejnych elementów. MoŜliwa jest takŜe wymiana agenta po wprowadzeniu w nim poprawek lub poszerzeniu funkcjonalności.

Istotne dla prawidłowej współpracy jest określenie, jak asystent reaguje w sytuacji, gdy pilot nie akceptuje jego decyzji. NaleŜy zwrócić uwagę, Ŝe sytu-acja jest inna dla dźwigni sterującej zespołem napędowym niŜ przy sterowaniu siłami reakcji sterownicy. W przypadku sterownicy efektem niezgodnych zamia-rów pilota i asystenta jest zwiększenie siły wymaganej do sterowania. Ten stan moŜna uznać za pewne utrudnienie, które dotyczy utrzymania stanu niepopraw-nego.

Konieczność aktywnego działania w celu utrzymania stałego połoŜenia dźwigni sterującej zespołem napędowym jest nie tylko działaniem nienatural-nym, ale dodatkowo powoduje zwiększenie zbioru czynności realizowanych przez pilota i to zwykle w sytuacji trudnej. Aby uniknąć takiego efektu, działa-nie dźwigni dostosowano do formy dialogu.

Na rysunku 7.12 przedstawiono diagram stanów dźwigni. Warunki przejść pomiędzy stanami są następujące: w0 – uruchomienie silnika, w1 – rozpoczęcie działania sterownika dźwigni wywołane sygnałami Td i Tg, w2 – stwierdzenie niezgodności wartości aktualnej z wartościami ograniczającymi (stan 2. jest jedynie chwilowy, po nim następuje automatyczne przejście do stanu następne-go), w3 – stwierdzenie braku akceptacji przez pilota zadanych ograniczeń (stan 4. oznacza, Ŝe pilot przeciwdziała reakcji dźwigni), w4 – przejście do stanu uzna-wanego przez asystenta za poprawny (wynika z ruchu dźwigni wobec braku przeciwdziałania pilota), w5 – podniesienie poziomu zagroŜenia (oznacza zmia-nę sytuacji powodującą zwiększenie poziomu zagroŜenia i skutkuje ponowną aktywacją moŜliwości przeciwdziałania). Istotne w dialogu jest przejście do

Rys. 7.12. Diagram stanów przy sterowaniu dźwignią zespołu na- pędowego

stanu 5., który oznacza akceptację zamiarów pilota przez asystenta i zaprzestanie przeciwdziałania.