Теория управления. Часть 1

Теория управления

Первый окурок вы давите носком правой ноги
Второй окурок вы давите носком левой ноги
А теперь оба окурка вы давите одновременно
(Фильм «Кавказская пленница»)

Про то как можно научится управлять радио управляемым (далее РУ) вертолётом написано не мало текстов и все они выражают одну и ту же истину разными словами и разным порядком подхода к этому виду хобби. Начинающий или заинтересовавшийся человек берёт из этих текстов что то более ему подходящее и начинает идти тем или иным путем. Данный текст- ещё одна точка зрения на управление РУ вертолётом, так же он применим и к другим объектам управления так как основывается на «Достаточно общей теории управления» (далее теория управления). Изложение и примеры будут представлены как непосредственно касающиеся управления РУ вертолётом, так и представляющие само хобби как процесс управления. Представление хобби как процесса на первый взгляд необычно, но ничего необычного здесь нет и происходит оно из того что в мире (мироздании) нет статики, а всё представляет некую колебательную систему или колебательно- частотный процесс разной протяженности: день- ночь, зима- лето, и то что может представляется статичным: стол, стул- то они в свою очередь состоят из молекул, атомов, в атоме в свою очередь электрон крутится вокруг ядра с определённой частотой. А раз есть процесс то он может находится в двух режимах- в управляемом или самоуправляемом и соответственно в теории управления возможна постановка всего двух задач: управления или самоуправления. И любой человек в разные моменты жизни может управлять объектом, прцессом; быть само управляемым и быть управляемым другим субъектом. На случай есть афоризм: “каждый в меру своего понимания работает на себя, а в меру не понимания на другого кто понимает больше”.

В любом процессе управления объектом можно выделить его скелетную основу так или иначе присутствующую во всех процессах управления хоть велосипедом и автомобилем, хоть группой людей или фирмой- то же касается и управления РУ вертолёта. И каждый кто когда либо управлял чем или кем либо использовал осознанно или неосознанно все или некоторые элементы основ управления. Далее основные категории будут выделены жирным шрифтом.

Итак, если мы заинтересовались содержимым модельных магазинов своего города и появилось желание взять управление в свои руки (начать решать задачу управления). То далее вам нужно определить и упорядочить вектор ваших целей (желаний) относительно хобби. У каждого он может быть свой:
Вектор целей: Научится управлять сложной техникой.
Занять и с пользой провести свободное время.
Освоить знания по аэродинамике.
Заинтересовать своего ребёнка техническим творчеством (скорее бывает наоборот).
Изучить историю авиации.
Далее следует определить наши способности и ресурсы относительно хобби или другими словами определить вектор состояния. Ресурсы которыми мы располагаем в векторе состояния относятся к набору так называемых контрольных параметров по их изменению видно как отображается наше управляющее воздействие. Наши способности изменить или повлиять на те или иные процессы или объекты образуют вектор управляющего воздействия в котором управляемые параметры могут быть сведены в некую иерархию. Здесь следует пояснить: управляемые параметры- это набор параметров которые могут быть изменены непосредственно субъектом управленцем, последствия этого изменения отобразятся изменением в контрольных параметрах, а так же в так называемых свободных параметрах. Свободные параметры- это параметры которые изменяются при изменении непосредственно управляемых, но не входят в перечень контрольных параметров, т.е. это сопутствующие эффекты нашего управления которые могут быть как положительные так и отрицательные. Вектор состояния- опять же у каждого свой:
Вектор состояния: Наличие времени- есть 1 час свободного времени в сутки.
Наличие финансов- есть свободные …… тысяч рублей в месяц.
Состояние здоровья- в каком состоянии зрение, мышцы, суставы и т.д.
Сюда можно включить обладание каким то набором знаний или уникальным жизненным опытом.
А разница между тем что вы хотите и тем что имеете составит вектор ошибки управления:
Вектор ошибки: Есть 1 час, а надо 2 часа.
Что бы собрать стабильно летающий вертолёт не хватает …. тысяч рублей.
Не понятно как настроить тот или иной узел и инструкция на английском.

Устойчивость объекта в смысле предсказуемости: Ключевым (ключевым в прямом смысле- не освоив ключей не возможно двигатся дальше) понятием теории управления является понятие: Устойчивость объекта в смысле предсказуемости поведения в определённой мере под воздействием внешней среды, внутренних изменений и управления. Объектом в принципе не возможно управлять если он не предсказуем- управляя автомобилем или велосипедом мы в определённой мере знаем что произойдёт если мы повернём руль или нажмём на тормоз. В вертолётном хобби всё то же самое. Предсказуемость вашего полёта достигается учётом:
Внешних факторов: время года, время суток, наличие ветра, наличие мошек как в глазах так и на поле:-) Достигается знанием основ аэродинамики полёта и пониманием конструкции РУ вертолёта, а так же тем насколько внимательно мы отнеслись к советам опытных пилотов.
Внутренних изменений вертолёта: износ механики, люфты, состояние аккумулятора и электроники. Достигается вниманием и предполётной проверке механики- особенно следует уделить внимание основному и хвостовому роторам. Следует так- же внимательно отнестись к выбору надёжной электроники и правильной её настройке.
И вашего управления: насколько хорошо вы можете контролировать вертолёт в разных положениях и точках пространства. Достигается целенаправленными тренировками разных положений и пролётов в симуляторе и закреплением навыков на поле в реале. Следует основное время полёта в симуляторе уделять отработке разных положений и фигур, а остаток колбасе- это окупится в последующем хотя может быть более скучным в сравнении с беспорядочной колбасой.
Устойчивость управления РУ вертолетом как такогого можно поделить на зоны:

1. Зона потенциально устойчивого управления- это радиус действия аппаратуры.
2. Зона допустимого управления- ограничена зрением пилота.
3. Зона качественного управления- обусловлена как хорошей видимостью и читаемостью так и хорошим восприятием положения вертолета, в радиусе качественного управления есть области не допустимого управления обусловленные как объективными факторами- земля под ногами, так и субъективными- не знание определённых сторон вертолета и не умение выруливать из определённых положений.
   Предсказуемость, предвидение, но есть то что идёт перед этими словами с тем же корнем. Это предощущение или предчувствие. И любой опытный пилот может вспомнить что было что то перед тем когда он приложил свой верт об землю. Временной промежуток может быть у всех разный- почувствовал что то непосредственно перед крашем или когда только паковал верт дома. Вот это что то и было предчувствием основанном на интуиции. Но есть одно НО. Вместо интуитивных прозрений у вас может разыграться воображение и нарисовать «живописные картинки» вариантов того что может случится. И самое главное и трудное уметь отличать где всплыло что то из интуиции, а где «играет» ваше воображение. Рецепт один. Внимательное отношение к себе- своим мыслям и чувствам и к жизни вокруг- и тогда наблюдая можно заметить и отличить чувства и ощущения которые сопровождают ВАШИ интуитивные прозрения от вашего разигравшегося воображения.
   Для субъекта не решившего или не правильно решившего задачу предсказуемости объекта и тем не менее ведущего управление- может возникнуть иллюзия управления, а управление возможно в отношении к объективно существующим объектам или процессам, но разочарование от такого управления в будущем будет вполне реальным. И я не раз наблюдал за собой и слышал от других что натренировавшись в симуляторе человек выходил на поле и в первом полёте разбивал вертолёт хотя в симуляторе то что он летал в реале леталось на ура. Симулятор даёт (вырабатывает) навык управления, но является иллюзией реального управления так как в нём отсутствуют многие факторы которые значительно влияют на процесс реального управления РУ вертолётом.
   Завершить данный абзац можно словами Пушкина:
   Блажен, кто крепко словом правит
   И держит мысль на привязи свою,
   Кто в сердце усыпляет или давит
   Мгновенно прошипевшую змию

Опытный плотник или столяр скажет вам что инструмент является продолжением руки, что предполагает некую общность мастера и инструмента и в теории управления такая общность называется- замкнутая система. В нашем случае элементами замкнутой системы являются: Пилот (субъект управления), аппаратура (система управления), вертолет (объект управления) и окружающая их среда. Взаимодействие между элементами замкнутой системы осуществляется при помощи прямых и обратных связей.
Прямые связи- это ваше управляющее воздействие на вертолет через систему управления.
Обратные связи- это информация о реакции вертолета в среде на ваше управляющее воздействие.
В замкнутых системах прямые и обратные связи подразделяются на внутренние и внешние. Более детально это выглядит примерно так:
Прямая внутренняя связь- управляющие воздействие субъекта на объект управления непосредственно или через систему управления. Собственно это наше непосредственное управление РУ вертолетом.
Прямая внешняя связь- воздействие субъекта на среду окружающую объект управления.
Так как мы в основном не научились управлять погодой, то убрать ветер или переместить солнце у нас не получится, но окрикнуть незадачливого зрителя оказавшегося в зоне полёта нам вполне под силу.
Внутренняя обратная связь- это информация о внутренним состоянии и изменений обьекта в прцессе управления.
Эта связь замыкается на пилота через глаза и слух- мы можем наблюдать и слышать что реакция вертолета на наше им управление стала например вялой и на слух обороты двигателя уменьшились и тогда, даже если мы забыли включить таймер, можно понять что батарея села и пора на посадку. Если аппаратура управления имеет связь с вертолетом (телеметрию) то возможно получение этой же информации по каналу радиосвязи.
Внешняя обратная связь- это информация о поведении объекта и реакции среды на объект управления.
Здесь мы наблюдаем реакцию вертолета на непосредственное наше руление им висим ли мы над определённой точкой или летаем по кругу мы всегда можем определить насколько хорошо это у нас получается. И это выводит нас на оценку качества управления. Сюда же относится реакция зрителей или коллег по хобби.

Качество управления- это субъективная оценка основанная на векторе ошибки управления. Чем меньше становится вектор ошибки тем выше качество нашего управления. Для примера можно взять исполнение фигуры ‘‘восьмерка’’. Восьмерка состоит из двух разно направленных одинаковых кругов переходящих один в другой в середине, летается на высоте 1,5 м (условно) над землёй. Чтобы слетать восьмерку нужно уметь летать 2 разно направленных одинаковых круга- если у нас вместо круга получается овал или чебурек:-) то все что вылезает за пределы траектории круга относится к ошибке управления- уменьшение ошибки управления приводит к повышению качества управления, это же относится к другим составляющим фигуры и справедливо для фигуры в целом. Сюда же относится понятие ОПТИМАЛЬНОСТЬ управления- если взять множество одно качественных процессов оптимальным из них можно назвать процесс обладающий наименьшим вектором ошибки.

Предыдущий пример с фигурой «восьмёрка» выводит нас на важный момент процесса управления который иллюстрируется следующим вопросом- примером: Может ли самолёт лететь в никуда? Может ли автомобиль ехать в никуда? Ответ: нет не может, а если полетит или поедет то ясно что с ними будет когда закончится топливо. Таким образом процесс управления предстаёт как некая матрёшка, где каждый этап замыкается на иерархически объемлющий его процесс. Так висение в нормале и инверте всеми боками учит нас воспринимать вертолёт когда мы летаем по кругу, летая круг в нормале и инверте в разных положениях (носом и хвостом вперёд, а так же носом и хвостом в центр) и добавив больший наклон в центр круга- получим воронки и хурикейны, после этого добавив к результату пируэт получим фигуру «воронка с пируэтом» из которой выкладывается более сложная фигура «вальсер с пируэтом». Умея летать воронку с пируэтом в нормале и инверте можно составить из них восьмёрку с перекладкой нормал- инверт в месте соединения кругов и далее переходить к «серпенту», добавив к «серпенту» смену вращения пируэта получим сложную фигуру «анаконда» (примечание: фигура «анаконда» снята с официального сэт манёвра, фигуры приводятся по классификации 3DX). Приведённую иерархию можно применить и к другим фигурам. Но на этом иерархия не заканчивается, а продолжается несколько в другой плоскости- и продолжить её можно вопросом: а зачем нужно летать «анаконду»? На этот вопрос отвечает понятие- категория Полная функция управления.

Продолжение следует.