Синтез алгоритмов согласованного управления пространственным движением беспилотным летательным аппаратом (стр. 7 из 11)

(2.2.20)

Продолжив дифференцирование и подставив уравнения (2.2.2), (2.2.13) и (2.2.20) получим:

(2.2.21)

Еще раз продифференцировав, получим:

(2.2.22)

Введем в рассмотрение преобразование входных воздействий

, (2.2.23)

где

- продольное, а - относительное управляющие воздействия.

Запишем (2.2.22) в виде задачно-ориентированной модели пространственного движения

(2.2.24)

Приведем уравнение (2.2.24) к виду:

(2.2.25)

Локальные алгоритмы управления (регуляторы) выбирается как:

(2.2.26)

Исходя из условия сходимости были выбраны коэффициенты в уравнении (2.2.26):

Было проведено моделирование ЛА в среде Vissimна 3 траекториях:

1. движение по прямой со скоростью 30 м/с;

2. набор высоты с 1000м до 1200м за 30с на скорости 50 м/с;

3. мертвая петля радиусом 500м и начальной скоростью 50 м/с.

Моделирование проводилось при скорости ветра (1;1;5) м/с

2.2.2 Управление ориентацией ЛА

Аналогично предыдущему разделу рассмотрим поведение ЛА, описываемое уравнением (2.2.3), относительно кривой (2.2.15). Уравнения кривой вводят связи между координатами w, а ортогональные отклонения от

(2.2.27)

характеризуют нарушения условий (2.2.15). Задача устранения отклонения

и стабилизации установившегося решения за счет соответствующих воздействий M составляют основной предмет задачи управления ориентаций ЛА. Дополнительные требования, касающиеся режима движения вдоль кривой (продольной динамики), устанавливаются в виде задачи поддержания продольной скорости на постоянном уровне

(2.2.28)

Процедура синтеза управления траекторным движением ЛА заключается в выводе задачно-ориентированной модели движения ЛА, преобразование управляющих воздействий и синтез локальных регуляторов, соответствующих основной задаче управления.

Дифференцируя по времени уравнения (2.2.16) и (2.2.17), выводим скоростные соотношения:

(2.2.29)

Продолжив дифференцирование и подставив уравнения (2.2.3), (2.2.5), (2.2.7), (2.2.9) и (2.2.29), получим:

(2.2.30)

Еще раз продифференцировав, получим:

(2.2.31)

Введем в рассмотрение преобразование входных воздействий

, (2.2.32)

где

- продольное, а - относительное управляющие воздействия.

Запишем (2.2.31) в виде задачно-ориентированной модели пространственного движения

(2.2.33)

Приведем уравнение (2.2.33) к виду:

(2.2.34)

Локальные алгоритмы управления (регуляторы) выбирается как:

(2.2.35)

Исходя из условия сходимости были выбраны коэффициенты в уравнении (2.2.35):

Было проведено моделирование ЛА в среде Vissimна 2 траекториях:

1. движение по прямой со скоростью 30 м/с;

2. набор высоты с 1000м до 1200м за 30с на скорости 50 м/с;

Моделирование проводилось при скорости ветра (1;1;5) м/с

2.3 Синтез управления на пилотажном уровне

Предполагается, что в пилотажный комплекс из более высокого уровня иерархии управления поступает командный сигнал. Например командным сигналом могут быть силы действующие на ЛА и угловые моменты его движения

Задачей управления на пилотажном уровне является формирование управляющих сигналов для рулевых органов ЛА, обеспечивающих достижение и выдерживание заданных сил и моментов. Критерии оптимизации управляющих сигналов пилотажного комплекса формируются в отклонениях действительного состояния ЛА от заданного (эталонного). Пилотажный комплекс, построенный по изложенным выше принципам, обеспечивает оптимальное, в смысле этого критерия, слежение управляемым ЛА за заданным состоянием или состоянием эталонной модели.

Рассмотрим задачу, в которой используемые рулевые органы характеризуются непрерывным во времени изменением положения. В число таких рулевых органов, как правило, входит большинство аэродинамических рулей.

С траекторного уровня приходят 6 переменных (3 силы и 3 угловых момента), которые необходимо отследить с помощью 5 управляющих воздействий

, , , , . Чтобы получить 6 управляющее воздействие, будем управлять левым и правым элероном независимо, т.е.:

. (2.3.1)

2.3.1 Настройка регулятора

.

Запишем уравнение (1.2.2) в проекции на ось ОХ в виде

. (2.3.2)

Для построения алгоритма управления необходимо найти оценки функций

и . Так как модель беспилотного летательного аппарата нам полностью известна, то при дифференцировании функции найдем значения и .

(2.3.3)

(2.3.4)

(2.3.5)

Для построения контроллера используем алгоритм пропорционального управления.

(2.3.6)

(2.3.7)

Исходя из условия сходимости был выбран коэффициент в уравнении (2.3.7):

Было проведено ЛА в среде Vissim на 3 траекториях:

1. движение по прямой со скоростью 30 м/с;

2. набор высоты с 1000м до 1200м за 30с на скорости 50 м/с;

3. мертвая петля радиусом 500м и начальной скоростью 50 м/с.

Моделирование проводилось при скорости ветра (1;1;5) м/с

2.3.2 Настройка регулятора

.

Запишем уравнение (1.2.2) в проекции на ось ОY в виде

. (2.3.8)

Для построения алгоритма управления необходимо найти оценки функций

и . Так как модель беспилотного летательного аппарата нам полностью известна, то при дифференцировании функции найдем значения и .

(2.3.9)

(2.3.10)

(2.3.11)

Для построения контроллера используем алгоритм пропорционального управления.