К диплому

 .............................................................................................................................. 3

1 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ............................................................................................... 5

1.1 ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К СИСТЕМЕ УПРАВЛЕНИЯ БПЛА .................. 5

2 НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ............................................................. 8

2.1 ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ РЕШЕНИЙ ................................................................. 8

2.2 ВЫБОР СТРУКТУРЫ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ БПЛА .................................... 14

2.3 УРАВНЕНИЯ ДВИЖЕНИЯ БПЛА .......................................................................... 17

2.3.1 ОРГАНЫ УПРАВЛЕНИЯ ................................................................................. 17

2.3.2 ПОЛНАЯ СИСТЕМА УРАВНЕНИЙ ДВИЖЕНИЯ ......................................... 18

2.4 ЛИНЕАРИЗАЦИЯ УРАВНЕНИЙ ДВИЖЕНИЯ БПЛА ......................................... 26

2.4.1 УРАВНЕНИЯ ПРОДОЛЬНОГО УГЛОВОГО ДВИЖЕНИЯ ........................... 28

2.4.2 УРАВНЕНИЯ ПРОДОЛЬНОГО ТРАЕКТОРНОГО ДВИЖЕНИЯ ................. 29

2.4.3 УРАВНЕНИЯ БОКОВОГО ДВИЖЕНИЯ ........................................................ 30

2.5 НАСТРОЙКА РЕГУЛЯТОРОВ................................................................................ 32

2.5.1 СИСТЕМА СТАБИЛИЗАЦИИ ВЫСОТЫ ....................................................... 32

2.5.2 СИСТЕМА СТАБИЛИЗАЦИИ КУРСА............................................................ 38

2.5.3 СИСТЕМА СТАБИЛИЗАЦИИ УГЛА СКОЛЬЖЕНИЯ .................................. 44

2.6 МОДЕЛИРОВАНИЕ................................................................................................. 45

2.6.1 РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЛИНЕЙНОЙ МОДЕЛИ ....................... 45

2.6.2 СТРУКТУРА НЕЛИНЕЙНОЙ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ .................. 55

2.6.3 РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ НЕЛИНЕЙНОЙ МОДЕЛИ .................. 57

2.7 ВЫВОДЫ ПО НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ ЧАСТИ ............................... 58

3 ПРОЕКТНО-КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ ........................................................... 59

3.1 РАЗРАБОТКА ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ БЛОКА БОРТОВОГО УПРАВЛЕНИЯ ..... 59

3.1.1 РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ББУ....................... 59

3.1.2 ВЫБОР СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ ББУ ........................................................... 60

3.1.3 ВЫБОР ИНТЕРФЕЙСОВ СВЯЗИ ЭЛЕКТРОННЫХ КОМПОНЕНТОВ ББУ61

3.1.4 ВЫБОР ЭЛЕКТРОННЫХ КОМПОНЕНТОВ ДЛЯ ББУ ................................. 65

3.1.5 РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ББУ .......................................... 66

3.1.6 РАЗРАБОТКА ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ ББУ ....................................................... 69

4 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ .................................................................................. 70

4.1 АНАЛИЗ И РАСЧЕТ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ ЭЛЕКТРОННОГО УЗЛА.............. 70

4.2 ОРГАНИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА СБОРКИ ПП ББУ......... 73

4.3 ОБОСНОВАНИЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ СБОРКИ ПП ББУ ........................ 75

4.4 НОРМИРОВАНИЕ СЛЕСАРНО-СБОРОЧНЫХ РАБОТ ПРИ СБОРКЕ ПП ББУ 76

4.5 ОПЕРАЦИОННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС СБОРКИ ПП ББУ ......... 77

4.6 МЕТОДИКА КОНТРОЛЯ ББУ ................................................................................ 83

5 ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ И БЕЗОПАСНОСТЬ ........................................ 86

5.1 АНАЛИЗ ОПАСНЫХ И ВРЕДНЫХ ФАКТОРОВ, ВОЗНИКАЮЩИХ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ ....... 86

5.2 РАСЧЕТ СИСТЕМЫ МЕСТНОЙ ВЫТЯЖНОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ ............................................................................. 90

5.3 ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ЭКСПЕРТИЗА ПРОЕКТА ..................................................... 97

6 ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ .............................................. 99

6.1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭТАПОВ РАБОТ ......................................................................... 99

6.2 РАСЧЕТ ТРУДОЕМКОСТИ ПРОЕКТА ............................................................... 101

6.3 СЕТЕВАЯ МОДЕЛЬ ПРОЕКТА ............................................................................ 104

6.4 КАЛЕНДАРНЫЙ ГРАФИК ВЫПОЛНЕНИЯ ПРОЕКТА .................................... 110

6.5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛЕННОСТИ ИСПОЛНИТЕЛЕЙ ....................................... 113

6.6 АНАЛИЗ СТРУКТУРЫ ЗАТРАТ ПРОЕКТА ........................................................ 114

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ................................................................................................................... 118

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ .................................................................................................

ВВЕДЕНИЕ
Считается, что первый беспилотный летательный аппарат (БПЛА) - это ―Воздушная торпеда Сперри‖, совершивший свой первый полет 6 марта 1918 года. Этот БПЛА стал предшественником современных управляемых ракет, которые можно считать БПЛА одноразового использования. Первый БПЛА, многоразового использования, был ―Queen‖ компании ―British Fairey‖ вариант самолета ―Fairey IIIF‖, который впервые взлетел в сентябре 1932 года.
После долгих десятилетий разработок, современная конфигурация БПЛА определенно не такая как у современных управляемых ракет. Фактически БПЛА находят множественное применение в различных областях. Так американское правительство использует их для разведки на поле боя и запуска ракет. Американский военный БПЛА ―RQ-1 Predator‖ по сути, стал революционным шагом в приемах ведения боевых действий. Этот БПЛА оснащен противотанковыми ракетами ―Hellfire‖.
Гражданским примером применения БПЛА может служить проект "Helios". Этот летательный аппарат отличается высокой надежностью и большой высотой полета, его назначение - телекоммуникация. Его рабочая высота превышает 18.000 метров, т.е. он не подвержен влиянию погодных условий и не мешает полетам других воздушных судов, используется, по сути, в качестве стационарного спутника, но без временной задержки. В 1998 году БПЛА ―Aerosonde‖ стал первым БПЛА, который перелетел Северный Атлантический океан. В 2001 году БПЛА, работающий на солнечной энергии, поднялся на рекордную высоту 29.523 метра.
В настоящее время беспилотные летательные аппараты используются для решения разнообразных военных и мирных задач, которые прежде решались с использованием пилотируемых самолѐтов и вертолѐтов. Эксплуатация БПЛА в большинстве случаев сравнительно дешева, а их невысокая в сравнении с пилотируемыми летательными аппаратами собственная стоимость и отсутствие людей на борту позволяют отправлять их на выполнение заданий, в которых существует значительная опасность потери летательного аппарата. Первоначально БПЛА управлялись удалѐнно с земли, но современные беспилотные системы всѐ чаще оснащаются автопилотом и бортовым компьютером, которые позволяют им решать в автономном режиме весьма сложные задачи. Необходимость в автономном функционировании может возникать в тех случаях, когда управление БПЛА с земли затруднено, в силу большого удаления, особенностей местности, необходимостью радиомолчания или даже сложностью лицензирования радиочастот. Использование автономных БПЛА позволяет также избежать необходимости
многочасового ручного пилотирования человеком по заранее заданному маршруту – к примеру, в тех задачах, в которых конечной целью является аэрофотосъѐмка удалѐнного объекта. В настоящее время создание систем управления для автоматического управления полетом БПЛА является актуальной задачей.
1 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
Необходимо разработать систему управления беспилотным летательным аппаратом для организации автоматического патрулирования.
Для достижения поставленной цели при выполнении дипломного проекта необходимо решить следующие задачи:
1. Выбор структуры системы управления БПЛА;
2. Разработка и исследование математической модели БПЛА;
3. Расчет параметров регуляторов;
4. Разработка алгоритма работы системы управления БПЛА;
5. Разработка печатной платы блока бортового управления.
1.1 ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К СИСТЕМЕ УПРАВЛЕНИЯ БПЛА
БПЛА должен состоять из подвижной платформы (ПП), блока бортового управления (ББУ), навигационного комплекса (НК), телевизионной системы (ТС), системы электроснабжения (СЭ) и системы радиосвязи (СР). Управление БПЛА осуществляется с поста управления (ПУ).
Общие требования к БПЛА
БПЛА должен иметь возможность управляться как оператором вручную, так и в автоматическом режиме.
Время подготовки БПЛА к эксплуатации (перевод из транспортировочного состояния в эксплуатационное) не должно превышать 30 минут.
Требования к подвижной платформе (ПП)
В подвижную платформу должны входить:
- планер:
- шасси;
- приводы (тяговый и рулевые);
- система электроснабжения для приводов на основе аккумуляторных батарей.
Габариты БПЛА (не более):
- ширина: 8 м;
- длина: 5 м;
- высота: 1.5 м;
Масса (не более): 200 кг;
Максимальная скорость БПЛА (не менее): 160 км/ч;
Питание ПП должно осуществляться от встроенных аккумуляторов. Время работы (не менее) - 10 ч.
Требования к блоку бортового управления (ББУ)
ББУ должен обеспечивать:
- полет БПЛА в автоматическом режиме по введенному маршруту;
- полет БПЛА в режиме ручного управления (по командам оператора);
- оперативное изменение полетного задания;
- регистрацию полетной информации;
- траекторное управление БПЛА;
- прием информации от НК, ТС, СР;
- выполнение полета по стандартным маршрутам.
ББУ должен обладать следующими интерфейсами: RS-232, RS-485, SPI, I2C.
Требования к навигационному комплексу (НК)
Навигационный комплекс должен:
- непрерывно определять и выдавать потребителям углы крена, тангажа, курса, географические координаты, путевую скорость, высоту полета, линейные и угловые ускорения;
- измерять воздушную скорость, атмосферное давление и температуру;
- определять магнитный курс.
Требования к телевизионной системе (ТС)
Телевизионная система должна содержать широкоугольную обзорную телекамеру (угол зрения не менее 60 градусов), а также управляемую стабилизированную камеру с 4х кратным оптическим увеличением.
Данные от ТС должны поступать на пост управления (ПУ) при помощи беспроводного канала связи.
Требования к системе электроснабжения (СЭ)
Система электроснабжения должна обеспечивать электропитанием бортовые потребители. Система должна обладать следующими характеристиками:
Выходное напряжение – 12В;
Номинальная выходная мощность – 40 Вт;
Максимальная выходная мощность (не более 30с) – 60 Вт;
Емкость – 2.5 Ач;
Время непрерывной работы (не менее) – 15 ч.
Требования к системе радиосвязи (СР)
Система должна передавать телеметрическую информацию с борта БПЛА на ПУ, а также передавать команды управления с ПУ на БПЛА.
Система должна обладать следующими характеристиками:
Дальность приема-передачи (не менее): 25 км;
Скорость приема-передачи (не менее): 35 Кбит/с;
Время непрерывной работы (не менее): 10 ч.
Требования к посту управления (ПУ)
В состав ПУ должны входить:
- переносной полевой персональный компьютер;
- программное обеспечение поста управления;
- система приема и передачи данных (СППД);
- система обработки видеоизображения.
ПУ должен обеспечивать возможность:
- ручного управления БПЛА;
- изменения программы полета;
- отображение пользовательской информации (телеметрические данные, служебную информацию);
- отображение положения БПЛА и его маршрута на карте.