Оптимизация системы управления легкого беспилотного летательного аппарата по частотному критерию

• Автор: Летунов, Дмитрий Александрович
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Рыбинск
• Количество страниц: 144 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Перечень условных обозначений

Введение.

Глава 1. Исследование ЛБЛА заданного класса как объекта управления

1.1 Обзор ЛБЛА как объекта исследования.

1.1.1 Классификация аэродинамических схем БЛА.

1.1.2 Проблемы стабилизации ЛБЛА в турбулентной атмосфере.

1.2 Математические модели беспилотного летательного аппарата

1.2.1 Нелинейная математическая модель летательного аппарата

1.2.2 Полная нелинейная математическая модель летательного аппарата.

1.3 Аэродинамические силы и моменты.

1.4 Коэффициенты аэродинамических сил.
1.4.1 Коэффициент аэродинамического сопротивления.
1.4.2 Коэффициент аэродинамической подъемной силы.
1.4.3 Коэффициент аэродинамической боковой силы.
1.5 Коэффициенты аэродинамических моментов
1.5.1 Коэффициент аэродинамического момента крена.
1.5.2 Коэффициент аэродинамического момента рыскания
1.5.3 Коэффициент аэродинамического момента тангажа.
1.6 Выводы по разделу.
Глава 2. Линеаризация и декомпозиция ЛБЛА как объекта управления
2.1 Полная линейная модель
2.2 Анализ структуры каналов летательного аппарата
2.3 Декомпозиция линеаризованной математической модели летательного аппарата
2.4 Выводы по разделу.
Глава 3. Выбор и обоснование структуры каналов автопилота ЛБЛА
3.1 Общая структура пилотажной системы ЛБЛА.
3.2 Модель исполнительных механизмов
3.3 Структурный синтез каналов автопилота ЛБЛА
3.3.1 Канал крена
3.3.2 Канал рысканья.
3.3.3 Канал тангажа
3.4 Выводы по разделу
Глава 4. Методология оптимизации системы управления ЛБЛА в
турбулентной атмосфере
4.1 Характеристики турбулентной атмосферы
4.2 Частотные свойства ЛБЛА
4.3 Спектральные характеристики ЛБЛА в турбулентной атмосфере
4.4 Оценка изменения аэродинамических коэффициентов ЛБЛА в САПР гидро аэродинамики СозтовПоХУогкя
4.4.1 Влияние поперечной Уобразности крыла на момент крена
4.4.2 Влияние плеча горизонтального оперения на момент
тангажа.
4.4.3 Влияние размаха крыла на момент крена
4.5 Синтез критерия оптимизации
4.5.1 Критерий оптимизации системы управления
4.5.2 Методика оптимизации системы управления ЛБЛА.
4.6 Выводы по разделу.
Глава 5. Экспериментальные исследования в соответствии с методикой
оптимизации системы управления ЛБЛА
5.1 Изменение угла поперечной V образности крыла.
5.2 Изменение плеча горизонтального оперения
5.3 Изменение размаха крыла
5.4 ЛБЛА, построенный в соответствии с предложенной методикой
5.5 Выводы по разделу.
Заключение
Список используемых источников


Анализ и обработка экспериментальных данных производились с использованием программных продуктов Math so ft® Mathcad, MathWorks® MathLab, Microsoft® Office Excel, Solid Works®, Cosmos RoWorks. ЛБЛА, отличающийся оценкой качества стабилизации по взаимному расположению частотных характеристик объекта управления по возмущению и замкнутой САУ. ЛБЛА в турбулентной атмосфере, обеспечивающий выбор конфигурации и параметров планера на основе согласования частотных свойств объекта управления и автопилота. Разработано математическое обеспечение, позволяющее на этапе проектирования, в соответствии с методикой оптимизации системы управления ЛБЛА, выбрать наилучшие сочетания геометрических параметров планера и автопилота с целью обеспечения эффективной стабилизации угловых колебаний в турбулентной атмосфере на основе расчета геометрических параметров, передаточных и частотных передаточных функций, а также спектров угловых колебаний. Результаты исследований внедрены на головном предприятии по комплексам с беспилотными летательными аппаратами ОАО «КБ «Луч» г. Рыбинск при разработке навигационно-пилотажной системы и планера ЛБЛА комплекса «Типчак». ГАГАРИНСКИЕ ЧТЕНИЯ» - Москва, г. МОЛОДЕЖЬ. НАУКА. ИННОВАЦИИ-» - Ярославль, г. Всероссийская молодежная научная конференция с международным участием «X КОРОЛЁВСКИЕ ЧТЕНИЯ» - Самара, г. Международная молодежная научная конференция «XVII ТУПОЛЕВСКИЕ ЧТЕНИЯ» -Казань, г. МАВЛЮТОВСКИЕ ЧТЕНИЯ» - Уфа, г; I всероссийская научная конференция молодых ученых «ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА» - Рыбинск, г. Международная молодежная конференция, посвященная -летию первого полета человека в космос «КОРОЛЁВСКИЕ ЧТЕНИЯ» - Самара, г. По результатам выполненных исследований опубликовано печатных работ. Из них 6 тезисов докладов научных конференций и 6 статей. ВАК РФ. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложения. Основная часть диссертации содержит 2 страницы текста, рисунок. Список литературы содержит наименований. Автор выражает глубокую признательность научному руководителю канд. А. Т. Кизимову за постоянное внимание и помощь в работе. ГЛАВА 1. Решение любой задачи динамики начинается с составления математической модели полета летательного аппарата, которая описывается сложными уравнениями движения. От того, насколько рационально составлена математическая модель полета, зависит успех исследования. При разработке математических моделей движения летательного аппарата (ЛА) использовались общие принципы построения, рассмотренные в научных трудах Фроловой Л. Е. [1], Березина Д. Р. [2] и др. ЛБЛА выбранного класса, и внешних воздействий турбулентной атмосферы. Ниже приводятся основные сведения об условиях полета и особенностях летательного аппарата как объекта исследования, которые необходимо иметь в виду при составлении математических моделей. В настоящее время наблюдается тенденция к использованию многоцелевых БЛА и их комплексов. Особый интерес представляют БЛА, выполненные по самолетной схеме со стартовой массой до 0 кг. Такие БЛА обеспечивают возможность наблюдения и передачи видеоинформации в реальном масштабе времени, а также выполнение других целевых задач. На сегодняшний день в России не существует общепринятой классификации БЛА. Интернет сайт http://Missilcs. Ru совместно с порталом http://Uav. Ru предлагает современную классификацию БЛА самолетного типа, разработанную на основе подходов организации UAV International с учетом специфики и ситуации именно российского рынка. БЛА ближнего радиуса действия (взлетная масса до 5 кг, дальность действия . БЛЛ малого радиуса действия (взлетная масса 5. БЛА среднего радиуса действия (взлетная масса . БЛА (взлетная масса 0. БЛА (взлетная масса 0. БЛА среднего радиуса действия (взлетная масса более 0 кг, дальность действия . Объектом исследования выступает БЛА разработки ОАО «КБ «Луч». Он относится к классу легких БЛА. Общий вид исследуемого летательного аппарата, построенного в виде твердотельной трехмерной модели в масштабе 1:1 в САПР SolidWorks, представлен на рис.