Синтез автопилота беспилотного летательного аппарата заданного класса на основе многоуровневой системы критериев оптимальности

• Автор: Фролова, Людмила Евгеньевна
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Рыбинск
• Количество страниц: 160 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Перечень сокращений

Введение

Глава 1. Обобщенная структура пилотажной системы

1.1 Постановка задачи управления беспилотными летательными аппаратами

1.2 Общая структура пилотажной системы

1.3 Измерение и оценивание параметров движения летательного аппарата

1.4 Математические модели основных элементов пилотажной

системы

1.4.1 Классическая математическая модель летательного аппарата

1.4.1.1 Уравнения пространственного движения

1.4.1.2 Вычисление внешних и внутренних сил
1.4.1.3 Вычисление аэродинамических моментов
1.4.2 Модели датчиков
1.4.2.1 Модели датчиков угловых скоростей и линейных ускорений
1.4.2.2 Модель баровысотомера
1.4.2.3 Датчик углов ориентации
1.4.3 Модель исполнительных механизмов
Выводы
Глава 2. Исследования БПЛА заданного класса как объекта управления
2.1 Математические модели беспилотного летательного аппарата
2.1.1 Нелинейная математическая модель летательного аппарата
2.1.2 Линеаризованная модель летательного аппарата
2.2 Анализ структуры каналов летательного аппарата
2.3 Декомпозиция линеаризованной математической модели
летательного аппарата
Выводы
Глава 3. Выбор и обоснование оптимальных структур каналов автопилота беспилотного летательного аппарата
3.1 Критерии оптимальности
3.2 Методика структурнопараметрического синтеза оптимальной пилотажной системы БПЛА
3.3 Структурный синтез каналов автопилота беспилотного летательного аппарата
3.3.1 Продольный канал
3.3.1.1 Управление рулем высоты
3.3.1.2 Управление дроссельной заслонкой
3.3.2 Боковой канал
3.3.2.1 Управление элеронами
3.3.2.2 Управление рулем напрвления
3.4 Обоснование и выбор оптимальных структур автопилота
3.4.1 Управление рулем высоты
3.4.2 Управление дроссельной заслонкой
3.4.3 Управление элеронами
3.4.4 Управление рулем направления
3.5 Синтез системы автоматического управления, инвариантной к турбулентной атмосфере
Выводы
Глава 4. Исследование характеристик контуров управления и стабилизации летательного аппарата
4.1 Исследование законов управления БПЛА в среде МАТЬАВ
4.1.1 Непрерывные законы управления
4.1.1.1 Управление рулем высоты
4.1.1.2 Управление дроссельной заслонкой
4.1.1.3 Управление элеронами
4.1.1.4 Управление рулем направления
4.1.2 Дискретные законы управления пилотажной системы БПЛА
4.1.2.1 Дискретное управление высотой
4.1.2.2 Дискретное управление скоростью
4.1.2.3 Дискретное управление углом крена
4.1.2.4 Дискретное управление направлением движения
4.1.3 Учет влияния погрешностей и шумов датчиков
4.1.4 Доработка регуляторов высоты и крена с учтом влияния турбулентности атмосферы.
4.1.4.1 Анализ и доработка регулятора крена
4.1.4.2 Анализ и доработка регулятора высоты по тангажу
4.1.4.2.1 Амгиштуднофазовые частотные характеристики канала тангажа
4.1.4.2.2 Анализ летательного аппарата как фильтра по углу тангажа
4.2 Результаты лтных испытаний БПЛА комплекса Типчак
Выводы
Заключение 2
Список использованных источников


При входе БПЛА в зону выполнения целевой задачи включается бортовая аппаратура, предназначенная для решения этой задачи. Информация от этих систем передается на НПУ оператору, обрабатывается и документируется наземными вычислительными системами. После решения целевой задачи БПЛА переводится на траекторию обратного маршрута. Конечным пунктом маршрута является заданная точка в районе посадки. Функционирование БПЛА и его систем на обратном маршруте аналогичны его функционированию при полете в район выполнения целевой задачи. При вхождении БПЛА в зону посадки срабатывает система обеспечения посадки. Посадка осуществляется с помощью парашюта. Парашютная посадка может выполняться как автоматически, при вхождении БПЛА в зону посадки, так и но команде с НПУ. Система парашютной посадки может включаться также при наличии на борту аварийной ситуации. Таким образом, функционирование БПЛА на всех этапах применения является сложным процессом, требующим целого комплекса специальных технических средств и систем. Основу этого комплекса составляет навигационно-иилотажная система БПЛА (НПС). Несмотря на разнообразие средств и систем, входящих в НПС и обеспечивающих управление БГІЛА на различных этапах полета, саму ІІПС можно разбить на функционально независимые блоки: навигационную систему (НС), и систему автоматического управления (САУ), или пилотажную систему, или автопилот. НС осуществляет измерение и оценивание параметров навигации и ориентации, а САУ, учитывая получившиеся оценки и измерения, формирует сигналы управления. Для наблюдения состояния БГІЛА используются различные информационные датчики. Сигналы от этих датчиков передаются как на НС, которая производит оценку и контроль навигационных параметров и параметров ориентации, так и в пилотажную систему, которая управляет угловыми движениями и движением центра масс БПЛА по заданной траектории. Эти функции НС выполняет автоматически без вмешательства оператора. Управление происходит либо автоматически, либо непосредственно оператором, либо совместно. В последнем случае реализуется возможность вмешательства оператора в работу систем управления с целью корректировки процесса ее функционирования. Функционирование системы управления БПЛА поясняется на рис. Рис. Для управления движением летательного аппарата необходимо воздействовать на силы и моменты, действующие на летательный аппарат[_|. К таким силам и моментам относятся: аэродинамические силы и моменты, сила тяги, сила веса, силы и моменты сопротивления. В качестве регулирующих факторов, позволяющих воздействовать на летательный аппарат для управления его движением, используются углы отклонения руля высоты, руля направления, элеронов, тяга двигателя. БПЛА как объект управления представляет собой сложную динамическую систему из-за наличия большого количества связанных между собой параметров и сложных перекрестных взаимодействий между ними. Однако сложное движение ЛА часто разбивают на простейшие виды: угловые движения и движения центра масс, продольное и боковое движение. Подобное деление органов управления является условным, так как можно привести режимы полета, в которых органы управления оказывают перекрестные воздействия на другие движения. В тоже время такой подход позволяет выделить главные функции конкретных органов и каналов управления и независимо решать множество относительно простых и имеющих практическую ценность задач []. Канал управления двигателем осуществляет регулирование тяги в соответствии с заданной программой полета. Три следующих канала управления обеспечивают необходимое угловое положение аппарата в пространстве. Принципиальная схема автоматического управления полетом приведена на рис. Информация о параметрах движения БПЛА поступает в соответствующие каналы автопилота, где формируются команды на рули, элероны и рычаг управления двигателем, которые обеспечивают заданное управление полетом. На рис. На схеме также указаны перекрестные воздействия параметров одного движения ЛА на работу контуров управления другими движениями. Рис. Функциональная схема отдельного канала управления представлена на рис. Рис.