5.2. Сценарии UFDS в курсе: предполётный протокол, конфигурация и активация полезной нагрузки, имитация помех, энергобаланс, настройка регуляторов #
Статья задаёт сценарии занятий с платформой UFDS, включаемые в настоящий курс: предполётный протокол как механика дисциплины проверок, конфигурация и активация полезной нагрузки, энергетический баланс аппарата с грузом, имитация помех каналам управления и навигации, настройка регуляторов (PID) и кооперативные задания расчётом. Все сценарии относятся к технической и методической части платформы; сценарии боевого применения в курс не включаются (статья 5.1, раздел 3.3). Каждый сценарий связан с соответствующей статьёй основного курса и может быть воспроизведён в ArduPilot SITL, если лицензия либо требования к ПК не позволяют использовать UFDS. Нормативная основа: дополнительный модуль курса тренажёрной подготовки (вне задач типовой программы).
Содержание
- 1. Цели упражнения и место в программе
- 2. Обозначения и глоссарий
- 3. Библиотека сценариев
- 4. Ограничения и предельные значения
- 5. Настройка тренажёров
- 6. Порядок выполнения упражнения
- 7. Типовые ошибки и их разбор
- 8. Практика: расчётные задачи (с решениями)
- 9. Критерии зачёта и чек-лист самопроверки
- 10. Источники
1. Цели упражнения и место в программе
Статья превращает обзор платформы (статья 5.1) в рабочие сценарии занятий: для каждого сценария заданы цель, связь со статьями основного курса, порядок выполнения, критерии и аналог в ArduPilot SITL. Сценарии рассчитаны на курсантов, прошедших Задачи 1–3 и допущенных к дополнительным занятиям (статья 4.5), и на инструкторов, готовящих занятия (статья 5.5).
Место в программе: дополнительный модуль курса; на каждый сценарий — около 30–45 минут занятия. Рекомендуемое время всей статьи-упражнения — около 45 минут на ознакомление и первое занятие по сценариям 1 и 2.
2. Обозначения и глоссарий
| Термин | Определение |
|---|---|
| сценарий занятия | подготовленный инструктором комплекс условий, задания и критериев (форма карточки сценария — статья 2.0) |
| предполётный протокол | обязательная последовательность проверок платформы перед вылетом в UFDS |
| полезная нагрузка (ПН) | сменное оснащение аппарата; в сценариях курса — масса, энергопотребление и порядок активации |
| активация нагрузки | процедура включения и применения оснащения по заданию; в курсе — только техническая последовательность |
| энергетический баланс | соответствие ёмкости батареи, массы и режима полёта продолжительности задания |
| помехи каналу управления | имитация ухудшения и потери радиосвязи; аналог — статья 2.2 |
| помехи навигации | имитация подавления спутниковых сигналов; аналог — статья 2.3 |
| регуляторы (PID) | пропорционально-интегрально-дифференциальные регуляторы контуров стабилизации |
| кооперативное задание | сетевой вылет расчёта с распределением ролей: пилот, оператор нагрузки, руководитель |
3. Библиотека сценариев
3.1. Сценарий 1. Предполётный протокол
Цель: довести дисциплину проверок до автоматизма. Задание: выполнить три вылета подряд, каждый — с полным протоколом: компоненты аппарата, состояние наземной станции, батарея (заряд, температура, крепление), тип и качество канала связи, конфигурация полезной нагрузки, погода и ограничения зоны. Критерий: ни один пункт не пропущен; время протокола стабильно; найден один намеренно внесённый инструктором дефект (разряженная батарея, неоткалиброванный пульт, незакреплённая нагрузка). Связь с курсом: чек-листы статей 1.1.04, 2.8, 3.2; аналог в SITL — предполётный разбор статьи 3.0 с проверкой параметров отказной логики.
3.2. Сценарий 2. Полезная нагрузка и её активация
Цель: освоить влияние оснащения на аппарат и порядок работы с ним. Задание: сконфигурировать аппарат с полезной нагрузкой (масса, крепление, потребление), выполнить полётное задание с применением нагрузки по технической последовательности: включение, контроль состояния по телеметрии, работа в точке, выключение. Критерий: влияние массы на энергетику оценено расчётом до вылета и подтверждено фактом (задача 1); последовательность активации выполнена без ошибок. Связь с курсом: статьи 0.4 (масса и тяговооружённость модели), 3.0 (бюджет); аналог в SITL — изменение массы модели и параметров батареи.
3.3. Сценарий 3. Энергетический баланс с грузом
Цель: планирование задания по энергии с учётом нагрузки и погоды. Задание: для аппарата с грузом рассчитать продолжительность висения и крейсерского полёта, дальность задания с резервом 30 %, точку возврата; выполнить задание и сверить факт с расчётом. Критерий: расхождение факта с расчётом — не более 20 %; точка возврата соблюдена. Связь с курсом: статьи 2.5 (батарея), 3.0 (бюджет и точка возврата), 3.6 (пересчёт в полёте); расчётная база — задача 3 статьи 5.1 и задача 1 настоящей статьи.
3.4. Сценарий 4. Помехи каналам управления и навигации
Цель: действия при ухудшении и потере каналов под нагрузкой.
Задание: выполнить маршрутный участок; инструктор вводит
прогрессирующее ухудшение канала управления (рост задержки,
потеря пакетов, полный обрыв) и навигации (снижение числа
спутников, потеря фиксации). Курсант обнаруживает деградацию,
применяет процедуры статей 2.2 и 2.3, завершает полёт посадкой
либо возвратом. Критерий: обнаружение — не более 10 секунд;
процедура выполнена в полном порядке; аппарат не покинул
границу зоны. Аналог в SITL: SIM_RC_FAIL,
SIM_GPS1_JAM, SIM_GPS1_GLTCH,
SIM_GPS1_NUMSATS (статья 2.0).
3.5. Сценарий 5. Настройка регуляторов
Цель: понимание связи коэффициентов регуляторов с поведением
аппарата. Задание: в среде настройки (UFDS либо SITL с параметрами
ATC_*) выполнить серию ступенчатых воздействий
по крену и оценить отклик: время нарастания, перерегулирование,
число колебаний до успокоения; изменить пропорциональный
коэффициент и повторить; зафиксировать признаки избыточного
усиления (растущие колебания) и недостаточного (вялый отклик).
Критерий: влияние каждого изменения объяснено через форму
отклика (задача 2). Связь с курсом: статья 0.4 (параметры
контуров ArduPilot 4.7: ATC_ANG_RLL_P,
ATC_RAT_RLL_P и связанные), статья 2.1 (вибрации
и их влияние на контуры).
3.6. Сценарий 6. Кооперативное задание расчётом
Цель: взаимодействие в расчёте и передача управления. Задание: сетевой вылет в составе «внешний пилот — оператор полезной нагрузки — руководитель полётов»: распределение ролей, радиообмен по установленной фразеологии, выполнение задания, передача управления пилоту на второй станции в середине задания с полным протоколом передачи («управление принял — управление передал»). Критерий: роли соблюдены; передача управления выполнена без потери контроля; радиообмен краткий и однозначный. Связь с курсом: статья 3.7 (комплексный полёт), тренажёрный режим аппаратуры (статья 0.3); аналог в SITL — передача управления между двумя наземными станциями.
↑ К оглавлению4. Ограничения и предельные значения
| Условие | Значение | Пояснение |
|---|---|---|
| допуск к сценариям | Задачи 1–3 пройдены; допуск по статье 4.5 | сценарии — дополнительная практика |
| лицензия | коммерческая либо личная (не учебный центр) | статья 5.1, раздел 1 |
| содержание | только техническая часть; боевые сценарии исключены | статья 5.1, раздел 3.3 |
| обнаружение деградации каналов (сценарий 4) | не более 10 секунд | норматив статьи 4.2 |
| расхождение энергетики факта с расчётом (сценарий 3) | не более 20 % | задача 1 |
| резерв энергии на посадке | не менее 30 % | статьи 2.5, 4.2 |
| версия платформы | зафиксирована в карточке сценария | статья 5.1, раздел 3.4 |
| учёт налёта | запись в лётной книжке с пометкой типа тренажёра | статьи 0.6, 4.4 |
5. Настройка тренажёров
5.1. UFDS: подготовка сценариев
Сценарии готовятся инструктором в режиме Planner: платформа и масса, полезная нагрузка, погода и время суток, маршрут и границы зоны, уровень помех (сценарий 4), коэффициенты регуляторов (сценарий 5). Каждый сценарий оформляется карточкой по форме статьи 2.0: цель, условия ввода, задание, критерии, версия платформы. Кооперативный сценарий (6) требует двух рабочих мест и сетевого сеанса; роли распределяются до вылета.
5.2. Аналоги сценариев в ArduPilot SITL
| Сценарий | Аналог в SITL (версия 4.7) |
|---|---|
| 1. Предполётный протокол | предполётный разбор статьи 3.0; проверка ARMING_SKIPCHK, отказной логики, журнала |
| 2. Полезная нагрузка | изменение массы модели и параметров батареи; команды нагрузки в миссии (статья 3.2) |
| 3. Энергетика | BATT_CAPACITY, BATT_LOW_MAH, BATT_CRT_MAH; расчёты статей 2.5, 3.0 |
| 4. Помехи | SIM_RC_FAIL, SIM_GPS1_JAM, SIM_GPS1_GLTCH, SIM_GPS1_NUMSATS, SIM_BARO_GLITCH (статья 2.0) |
| 5. Регуляторы | ATC_ANG_*_P, ATC_RAT_*_P/I/D, ATC_INPUT_TC; ступенчатые воздействия в режиме STABILIZE |
| 6. Кооперативное задание | две наземные станции, передача управления; тренажёрный режим пульта (статья 0.3) |
6. Порядок выполнения упражнения
Элементы объединяют сценарии раздела 3 в четыре занятия; каждое фиксируется в лётной книжке (статьи 0.6, 4.4).
Элемент 1. Протокол и нагрузка
Цель: сценарии 1 и 2.
- Выполните три вылета с полным предполётным протоколом; в одном из них найдите дефект, внесённый инструктором.
- Сконфигуруйте полезную нагрузку: масса, крепление, потребление.
- Оцените влияние нагрузки на время полёта расчётом (задача 1).
- Выполните задание с применением нагрузки по технической последовательности.
- Сверьте фактическую продолжительность с расчётной.
Критерий: дефект найден; расхождение продолжительности — не более 20 %.
Элемент 2. Энергетика и помехи
Цель: сценарии 3 и 4.
- Рассчитайте энергетический баланс задания: продолжительность, дальность, точку возврата (задача 1).
- Выполните маршрутный участок; инструктор вводит прогрессирующую деградацию канала управления.
- Обнаружьте деградацию, примените процедуру статьи 2.2.
- Повторите с деградацией навигации — процедура статьи 2.3.
- Завершите полёт с остатком энергии не менее резерва; сверьте точку возврата.
Критерий: обнаружение — не более 10 секунд; процедуры выполнены в полном порядке; резерв соблюдён.
Элемент 3. Регуляторы
Цель: сценарий 5.
- Выполните серию ступенчатых воздействий по крену при базовых коэффициентах; запишите отклик.
- Увеличьте пропорциональный коэффициент на 25 %; повторите; оцените перерегулирование и колебания (задача 2).
- Уменьшите коэффициент на 25 % от базового; повторите.
- Сформулируйте выводы о влиянии коэффициента на отклик; свяжите с признаками избыточного усиления.
Критерий: форма отклика описана числами; выводы соответствуют наблюдениям.
Элемент 4. Кооперативное задание
Цель: сценарий 6.
- Распределите роли: внешний пилот, оператор нагрузки, руководитель полётов.
- Проведите предполётный брифинг: задание, порядок радиообмена, действия при потере связи.
- Выполните сетевое задание; в середине — передача управления второй станции по протоколу.
- Руководитель фиксирует отклонения и нарушения фразеологии.
- Выполните разбор по записи сеанса и отметкам руководителя.
Критерий: передача управления без потери контроля; радиообмен краткий и однозначный; роли соблюдены.
7. Типовые ошибки и их разбор
| Ошибка | Как выглядит | Механизм | Устранение |
|---|---|---|---|
| протокол выполняется механически | пункты отмечаются без фактической проверки; дефект инструктора не найден | дисциплина проверок не сформирована | сценарий 1: дефект в каждом третьем вылете |
| масса нагрузки не учтена в расчёте | фактическое время полёта вдвое меньше ожидаемого | энергетика считается для пустого аппарата | сценарии 2–3; задача 1; статья 5.1, задача 3 |
| деградация канала принимается за отказ аппарата | курсант «чинит» аппарат вместо применения процедуры связи | признаки помех не изучены | сценарий 4; статьи 2.1–2.3: дифференциальная диагностика |
| настройка регуляторов без записи откликов | «стало лучше» без чисел; выводы невоспроизводимы | эксперимент не протоколируется | сценарий 5: запись каждой серии; задача 2 |
| передача управления без подтверждения | обе станции считают, что управляет другая | фразеология передачи не отработана | сценарий 6: протокол «принял — передал» вслух |
| сценарий заменён свободной игрой | занятие идёт без карточки и критериев | подготовка инструктора пропущена | раздел 5.1: карточка сценария обязательна (статья 2.0) |
8. Практика: расчётные задачи (с решениями)
Задачи решаются письменно до занятий. База — модель статьи 5.1, задача 3: аппарат 2,5 кг, нагрузка 0,8 кг, батарея 6S 5000 мА·ч (111 Вт·ч), мощность висения с грузом 675 Вт. Значения округляются до десятых.
Задача 1. Продолжительность задания с грузом
Условие. Аппарат из базы выполняет задание: 2 минуты висения на точке, затем крейсерский перелёт туда и обратно. Принять мощность крейсерского полёта равной 75 % мощности висения, скорость 12 м/с. При резерве 30 % определить максимально допустимую дальность одной стороны маршрута.
Решение.
- Доступная энергия: \( 111 \cdot 0{,}7 = 77{,}7\ \text{Вт·ч} \).
- Энергия висения: \( 675\ \text{Вт} \cdot (2/60)\ \text{ч} = 22{,}5\ \text{Вт·ч} \); остаток на перелёт: \( 77{,}7 - 22{,}5 = 55{,}2\ \text{Вт·ч} \).
- Мощность крейсерского полёта: \( 675 \cdot 0{,}75 = 506\ \text{Вт} \); время перелёта: \( 55{,}2 / 506 = 0{,}109\ \text{ч} = 6{,}5\ \text{минуты} \).
- Полный путь: \( 6{,}5 \cdot 60 \cdot 12 = 4680\ \text{м} \); дальность одной стороны: \( 4680 / 2 = 2340\ \text{м} \approx 2{,}3\ \text{км} \).
- Точка возврата — середина маршрута (2,34 км); ветер уточняет расчёт по модели статьи 3.0.
Ответ: дальность одной стороны — не более 2,3 километра; точка возврата — 2340 метров при штиле.
Задача 2. Оценка отклика регулятора
Условие. При ступенчатом воздействии на крен целевой угол 20°. Базовый отклик: максимум 22°, успокоение за 0,6 секунды. После увеличения пропорционального коэффициента на 25 %: максимум 27°, три затухающих колебания, успокоение за 1,1 секунды. Определить перерегулирование до и после, период колебаний после изменения и сделать вывод.
Решение.
- Перерегулирование базовое: \( (22 - 20)/20 = 10\ \text{ \%} \) — приемлемо.
- Перерегулирование после: \( (27 - 20)/20 = 35\ \text{ \%} \) — избыточно.
- Три колебания за время от максимума до успокоения (около 0,8 секунды): период порядка \( 0{,}8 / 3 = 0{,}27\ \text{с} \), частота около 3,7 Гц.
- Вывод: увеличение пропорционального коэффициента на 25 % вывело контур к границе устойчивости — перерегулирование выросло в 3,5 раза, время успокоения почти удвоилось; коэффициент следует вернуть к базовому либо увеличить на меньшую величину (порядка 10 %).
Ответ: перерегулирование 10 % против 35 %; период колебаний около 0,27 секунды; изменение избыточно — возврат к базовому коэффициенту.
Задача 3. Радиус задания при работе под помехами
Условие. Дальность уверенной связи аппарата в чистых условиях — 4 километра. Имитация помех снижает эффективную дальность канала на 40 %. Энергетический запас обеспечивает дальность 2,3 километра (задача 1). Определить ограничивающий фактор и максимальный радиус задания, а также запас по каждому фактору.
Решение.
- Дальность связи под помехами: \( 4 \cdot 0{,}6 = 2{,}4\ \text{км} \); с запасом 20 % (статья 2.2): \( 2{,}4 \cdot 0{,}8 = 1{,}92\ \text{км} \).
- Энергетическая дальность: 2,3 км.
- Ограничивающий фактор — связь с запасом: 1,92 км меньше 2,3 км.
- Максимальный радиус задания — 1,9 км; запас по энергии при этом: \( (2{,}3 - 1{,}9)/2{,}3 = 17\ \text{ \%} \), запас по связи — 20 % заложен в расчёт.
- Правило: радиус задания определяется минимальным из факторов «энергия — связь — точка возврата» (статьи 2.2, 3.0).
Ответ: ограничивающий фактор — связь под помехами; максимальный радиус задания 1,9 километра.
9. Критерии зачёта и чек-лист самопроверки
| Сценарий | Критерий выполнения | |
|---|---|---|
| 1. Предполётный протокол | три вылета без пропусков; дефект инструктора найден | |
| 2. Полезная нагрузка | конфигурация и последовательность работы без ошибок; влияние массы оценено расчётом | |
| 3. Энергетический баланс | факт против расчёта — не более 20 %; точка возврата соблюдена; резерв 30 % на посадке | |
| 4. Помехи | обнаружение не более 10 секунд; процедуры статей 2.2 и 2.3 в полном порядке | |
| 5. Регуляторы | серия ступенчатых воздействий записана; влияние коэффициентов объяснено числами | |
| 6. Кооперативное задание | роли соблюдены; передача управления по протоколу; радиообмен однозначный | |
| Карточки сценариев | оформлены по форме статьи 2.0; версия платформы зафиксирована | |
| Перенос навыка | аналог сценария выполнен в ArduPilot SITL (раздел 5.2) | |
| Учёт | налёт записан в лётную книжку с пометкой типа тренажёра | |
| Содержание | боевые сценарии в занятиях не использовались |
10. Источники
- Страница продукта Ukrainian Fight Drone Simulator в магазине Steam: режимы, предполётный протокол, планирование заданий, полезная нагрузка, имитация помех, настройка регуляторов, сетевые режимы. store.steampowered.com
- Материалы разработчика SIMTECH SOLUTIONS и дистрибьютора Nowatel о составе платформы.
- ArduPilot Copter Documentation (версия 4.7) — параметры контуров стабилизации: ATC_ANG_RLL_P, ATC_RAT_RLL_P, ATC_RAT_RLL_I, ATC_RAT_RLL_D, ATC_INPUT_TC. ardupilot.org/copter/docs
- ArduPilot Dev Wiki, «Using SITL for ArduPilot Testing» — параметры имитации отказов каналов: SIM_RC_FAIL, SIM_GPS1_JAM, SIM_GPS1_GLTCH, SIM_GPS1_NUMSATS, SIM_BARO_GLITCH.
- ArduPilot Copter Documentation, «Battery Failsafe» — BATT_CAPACITY, BATT_LOW_MAH, BATT_CRT_MAH.
- Теория пропорционально-интегрально-дифференциальных регуляторов: ступенчатое воздействие, перерегулирование, время успокоения — курс автоматики.
- Статьи настоящего курса: 5.1 (обзор UFDS, ограничения, энергетика с нагрузкой).
- Статьи настоящего курса: 0.3 (аппаратура, тренажёрный режим), 0.4 (модель и параметры регуляторов), 0.6 (учёт налёта), 2.0 (карточка сценария, библиотека имитации).
- Статьи настоящего курса: 2.1 (диагностика недостоверных показаний), 2.2 (потеря связи), 2.3 (отказ позиционирования), 2.5 (батарея), 2.8 (отказ на земле).
- Статьи настоящего курса: 3.0 (бюджет и точка возврата), 3.2 (миссия), 3.6 (метеорешения), 3.7 (комплексный полёт), 4.2 (нормативы), 4.4 (документы), 4.5 (допуск), 5.5 (инструкторский модуль).
Проверено: 16.09.2026. Сведения о составе и механике платформы приведены по состоянию на дату проверки и подлежат перепроверке после обновлений продукта. Сценарии боевого применения в занятия курса не включаются.
- мод. : Среда, 16 сентября 2026