Исследование и построение алгоритмов автоматической пилотажно-навигационной системы малогабаритного беспилотного летательного аппарата многократного применения

• Автор: Братанов, Дмитрий Александрович
• Шифр специальности: 05.11.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 154 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ПРИНЦИП АЛГОРИТМИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ПИЛОТАЖНО-НАВИГАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ МАЛОГАБАРИТНОГО БЛА МНОГОКРАТНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
1.1. Объект навигации - малогабаритный БЛА многократного применения
1.2. Задачи и типовая траектория полета малогабаритного БЛА
1.3. Функциональные требования к малогабаритному БЛА и его бортовому оборудованию
1.4. Возможные пути построения навигационных систем для БЛА
1.5. Принцип автоматической пилотажно-навигационной системы
1.5.1. Источники информации на борту БЛА, входящие в АПНС
1.5.2. Требования к бортовым источникам информации АПНС
1.6. Исходная математическая модель движения БЛА
1.7. Аналитическая методика анализа БЛА в задаче синтеза АПНС
1.7.1. Аналитическое определение аэродинамических характеристик
1.7.1.1. Метод дискретных вихрей
1.7.1.2. Пересчет аэродинамических производных на реальную центровку
1.7.2. Аналитическое определение тяговой характеристики винта двигателя
1.7.3. Методика подтверждения адекватности математической модели движения БЛА на основе аналитического аэродинамического расчета и реальных летных испытаний
1.7.4. Расчет значений коэффициентов линейной модели движения БЛА..
1.7.5. Анализ устойчивости БЛА
1.7.6. Анализ показателей управляемости БЛА в соответствии с возможностями оператора пункта навигации и управления
Выводы по главе

ГЛАВА 2. СИНТЕЗ АЛГОРИТМОВ ТЕРМИНАЛЬНОЙ НАВИГАЦИИ ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ПИЛОТАЖНО-НАВИГАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ * МАЛОГАБАРИТНОГО БЛА
2.1. Синтез алгоритмов автомата тяги для стабилизации скорости полета
2.1.1. Постановка задачи
2.1.2. Алгоритм управления автомата тяги
2.1.3. Математическое моделирование и летные испытания алгоритмов управления автомата тяги
2.2. Идентификация крупномасштабных ветровых возмущений на основе

комплексной обработки информации бортовых систем
2.2.1. Общие замечания
2.2.2. Математическая модель крупномасштабных ветровых возмущений
2.2.3. Модель измерительной системы
2.2.4. Математические модели траєкторного движения БЛА в возмущенной атмосфере
2.2.5. Постановка задачи вычисления параметров вектора скорости ветра
2.2.6. Алгоритм вычисления параметров вектора скорости ветра по редуцированной модели (дискретный вариант)
2.2.7. Упрощенный подход к определению параметров вектора скорости ветра
2.2.8. Моделирование алгоритмов определения параметров вектора скорости ветра
2.2.9. Реализация алгоритмов идентификации крупномасштабных ветровых возмущений и практические результаты
2.3. Способ расчета заданной скорости полета с учетом идентифицированных
крупномасштабных ветровых возмущений
Выводы по главе

ГЛАВА 3. СИНТЕЗ АЛГОРИТМОВ АПНС ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЖИВУЧЕСТИ СИСТЕМЫ «БЛА - АПНС»
3.1. Принципы резервирования алгоритмического обеспечения АПНС
3.2. Режимы работы АПНС
3.3. Подход комплексной обработки информации
3.4. Алгоритм стабилизации угловой скорости рыскания
3.4.1. Общие положения
3.4.2. Автомат стабилизации угловой скорости рыскания АСшу
3.4.3. Учет влияния погрешностей измерений угловой скорости рыскания
3.4.4. Моделирование движения системы «БЛА-АС ку>
3.5. Сравнение методов контроля предельных углов крена
3.6. Летные испытания режима дистанционной стабилизации угловой скорости рыскания
3.7. Резервный режим навигации «ВОЗВРАТ»
3.8. Оценка восприимчивости системой «БЛА - АПНС» крупномасштабных ветровых возмущений
3.9. Контролируемые отказы макета АПНС
3.10. Логика переключений режимов макета АПНС
3.11. Выводы по главе
ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
Приложение П1 Параметры БЛА
Приложение П2 Вычисление высотно-скоростных параметров по датчикам
системы воздушных сигналов
Приложение ПЗ технические характеристики макета АПНС
Приложение П4 Аппроксимация тяговой характеристики
Приложение П5 Данные идентификации параметров ветровых возмущений.

устройстве средства для определения параметров движения и для выработки управляющих воздействий необходимо проводить предварительный анализ объекта управления — БЛА. В данной работе для уменьшения времени и стоимости проектирования при определении описанных выше характеристик были применены следующие автоматизированные средства и алгоритмы:
1. метод дискретных вихрей [12] для расчета аэродинамических характеристик БЛА; '
2. программа PropCalc 3.0 для расчета тяговой характеристики двигателя БЛА на эксплуатационных скоростях полета.
Исследование объекта проще провести для конкретного БЛА и его силовой установки. В работе без уменьшения общности выводов и для большей наглядности методики расчет был произведен для малогабаритного БЛА на базе модели «PIPER J3 CUB» с электрическим двигателем Aoxing Brushless Motor с тяговыми ВФШ ЕМР 13"х8".
После получения данных об объекте управления проводится его анализ и синтезируются алгоритмы автоматов стабилизации (АС), обеспечиваюпще выполнение заданных требований. Подход синтеза алгоритмов АС традиционной схемы в настоящее время настолько формализован, что сводится к заданию аэродинамической и тяговой характеристик и выборе эталонного качества стабилизации [13, 14, 15]. Так, в данной работе типовые АС углов крена, курса, тангажа, нормальной перегрузки, высоты полета были рассчитаны с привлечением САПР, разработанной на кафедре ИУ2 в рамках диссертационной работы аспиранта Фомина А.О. «Синтез алгоритмов параметрической оптимизации структуры автомата стабилизации пилотажно-навигационного комплекса» под руководством профессора, д.т.н. ОкоёмоваБ.Н. [16, 17, 18].
Однако для повышения живучести малоразмерного БЛА важна развитая система реконфигурирования, объединяющая все принципы навигации: автономный, дистанционный и комбинированный. Так, в данной работе предложено дополнить стандартные алгоритмы управления АС, новым принципом стабилизации и навигации БЛА без использования гировертикали. j