Автореферат (Информационно-измерительная и управляющая система малоразмерного беспилотного летательного аппарата повышенной точности), страница 3

7 показана траектория полета МБПЛА при аварийном возвращении вточку ППМ1. Ошибка ∆ ≈ 40 м.11С учетом указанных алгоритмов и замены коэффициентов автопилотафункционалами (6) было проведено математическое моделирование.На рисунках 8, 9 приведенырезультаты математического моделирования системы «МБПЛА-УС» на примеремодели TwinStarII, при полете через четыреконтрольные точки (ППМ1 … ППМ4) свозвратом в точку старта (ППМ1).Суммарная длина маршрута L3 =3200м, заданное время полета tз = 140 с,путевая скорость прибытия Vпз ≈ 23 м/с (82км/ч). Скорость ветра в западномРис. 7. Траектория полета МБПЛА внаправлении Wзапад = 2 м/с, скорость ветрарежиме аварийного возвращенияв северном направлении Wсевер = 2 м/с.Рис.8. Траектория полета МБПЛА в режиме терминальной навигации с учетомвлияния ветровых возмущенийа)б)12в)г)д)Рис.9.

Графики переходных процессов системы «МБПЛА-УС» в режиметерминальной навигации: а – путевая скорость, б – высота, в,г,д – углы курса,тангажа и кренаВ третьей главе рассматривается ИИС, в которой для повышения точностиопределения параметров ориентации датчиков угловых скоростей (ДУС), в роликоторых выступают ММГ, используется акселерометрическая коррекция.Повышение точности ИИС включает в себя решение двух вопросов: формированиетребованийкдатчикамиустранениевлиянияпостоянныхилимедленноменяющихся ускорений на точность определения параметров ориентации.Так как значение систематической погрешности остается постоянным илизакономерно изменяющимся при повторных измерениях, то большинствосистематических погрешностей возможно компенсировать или свести к минимумупутем калибровки, введением термокомпенсации и т.

д.Вкачествепогрешностейдатчиковрассматриваютсяслучайныесоставляющие (шум и нестабильность нулевого сигнала).Требования к датчикам формируются исходя из следующей зависимости:   i   WИИСi  i ,(12)где i - погрешность определения углов ИИС по одному из каналов; WИИСi передаточная функция ИИС по погрешности одного из каналов от каждого датчика;i суммарная погрешность измерительного датчика (состоит из шума инестабильности нуля).В соответствии с зависимостью (12) задача сводится к определениюпередаточных функций WИИСi для каждого датчика.13Задача решена путем линеаризации и перехода от цифровой к аналоговоймодели ИИС. Единственным цифровым элементом ИИС является дискретныйфильтр Винера (ФВ) (рис.

11), использующий рекуррентную зависимость:(13)X i 1  X i  i  X i  K ( Ai 1  X i  i  X i ) ,где i  N – шаг работыФВ;X i - вектороцененных значенийвектораускорениясвободногопаденияземли;шагдискретизации ИИС; i - показания ДУСна i-ом шаге работыРис. 11. Функциональная схема цифровой ИИСфильтра Винера; K коэффициент передачи ФВ; Ai показания акселерометров на i-омшаге работы ФВ.Переходя к пределу в выражении (13) при   0 , дифференциальное уравнение модели ФВпринимает вид:dX KK X i   X i  i 1  K   A .d В соответствии с полученнойзависимостью, структурная схемааналоговойИИСимеетвид,представленный на рис.12, где углытангажа и крена определяются поизвестным зависимостям:gxθ=arctg  g 2y  g z2g ,  =  arctg  z gy.Рис.12.Структурнаясхемааналого-вой модели ИИС: T   ; k    (1  K )KKПри движении МБПЛА наэталонных режимах полета (набор высоты, координированный разворот и др.)некоторые угловые скорости и угловые ускорения в связанной системе координатменяются несущественно, поэтому их влияние на gx, gy, gz может быть учтено вконтуре управления как постоянные множители для каждого режимы полета:g x  g sin  ; g y  g cos cos  ; g z  g cos  sin  .

В этом случае представляетсявозможным заменить нелинейную модель ИИС ее эквивалентной линейноймоделью для каждого режима полета.14На рис. 13 приведен фрагментструктурной схемы линеаризованноймоделиИИС,иллюстрирующийвлияние погрешности ММГ по оси ОХнапогрешностьуглакрена,передаточная функция которой имеетвид: mW 1( p),(14)WSwx( p) cos где: m – коэффициент аппроксимациитригонометрической функции арксинуса,W 1( p) Рис.13. Структурная схема линеаризованной модели БГA0 p 4 ( g y )  B0 ( g y ) p 3  C0 ( g y , g z ,  y ,  z ) p 2  D0 ( g y , g z ,  y ,  z ) p  E0 ( g y , g z ,  y ,  z )A1 p 5  B1 p 4  C1 ( y ,  z ) p 3  D1 ( y ,  z ) p 2  E1 ( y ,  z ) p  F1 ( y ,  z )где A0 , B0 , C0 , D0 , E0 ; A1 , B1 , C1 , D1 , E1 , F1 – коэффициенты передаточнойфункции, зависящие от динамических свойств МБПЛА на эталонных режимахполета.Пример влияния ММГ LPY510AL и ММА LIS344ALH на точность угла кренаприведен на рис.

14.а)б)Рис. 14. Выходной сигнал ИИС по каналу крена: а – влияние ММГ; б –влияние ММА; 1 – погрешность, возникающая в результате влияния шума; 2 –погрешность, возникающая в результате нестабильности нулевого сигнала; 3 –результирующая погрешность15,Влияние погрешностей датчиков на погрешность системы по одному изканалов можно представить в следующем виде:(15)i  k1М  Sa ммг  k 2М  ммг  k1A  Sa A  k 2A  A ,где Sa A ,  A – амплитуда шума инестабильность нуля акселерометра; Sa ммг , ммг – амплитудашума и нестабильность нуляММГ.Согласнорис.14коэффициенты в выражении(15)имеютследующиезначения: k1М = 6,2° /рад/с,k 2М =2,865 °/рад/с, k1A = 25°/g,k 2A = 46 °/g.Для устранения влиянияпостоянных или медленноменяющихся ускорений на точностьопределения параметров ориентации предлагается дополнительно ввести в контур ИИСблок коррекции (БК) (рис.15).БК (БКх, БКу, БКz) пред- Рис. 15.

Структурная схема ИИС с БК,ставлен тремя передаточными пересчитывающим коэффициенты передаточныхфункциями Wx ( p) , Wy ( p) , функций на основании показаний ДУСскоэффициентами,Wz ( p)пересчитываемыми в каждую единицу времени на основании сигналов ДУС:A0 p 2  B0 ( x ) p  C0 ( x )Wx ( p ) ;(16)32A1 p  B1 ( x ) p  C1 ( x ,  y ,  z ) p  D1 ( x ,  y ,  z )W y ( p) Wz ( p ) A2 p 2  B2 ( y ) p  C2 ( y )A3 p 3  B3 ( y ) p 2  C3 ( x ,  y ,  z ) p  D3 ( x ,  y ,  z )A4 p 2  B4 ( z ) p  C4 ( z );(17),(18)A5 p  B5 ( z ) p  C5 ( x ,  y ,  z ) p  D5 ( x ,  y ,  z )где Wx(p), Wy(p), Wz(p) – передаточные функции по каналам проекций gx , gy, gzсоответственно, A0 , A1, A2 , A3 , A4 , A5 , B0 , B1, B2 , B3 , B4 , B5 , C0 , C1 , C2 , C3 ,32C4 , C5 , D1 , D3 , D5 – коэффициенты передаточных функций, зависящие отдинамических свойств МБПЛА.Результаты моделирования системы без коррекции и с коррекцией при полетепо траектории «коробочка» на примере канала крена приведены на рисунках 16 и1617, из которых видно, что погрешность до коррекции достигает примерно 0,3 рад именее 0,02 рад после нее.Рис.16 – угол крена для системы безкоррекции: 1 – угол МБПЛА; 2 –показания модели ИИСРис.

17 – угол крена для системы скоррекцией: 1 – угол МБПЛА; 2 –показания модели ИИСТаким образом, демонстрируется эффективность применения предложенногоспособа коррекции влияния линейных ускорений для повышения точностиопределения углов ориентации.В четвертой главе предлагается методика проектирования ИИиУС МБПЛА,представляющая собой единую систему проектных процедур, реализуемая всоответствии с рис. 18.Достоинством описанной методикиявляется сокращение времени припроектированииИИиУСзасчетавтоматизации ряда проектных процедур, а также применения способа виртуальной продувки при определениипараметров математической моделипланера. В рамках методики при разработке ИИС используется новый способкомпенсации линейных ускорений, атакжеприменяетсяматематическаямодель погрешностей, позволяющаяоценить влияние погрешностей датчиковРис.

18.Основные проектные процедурына погрешность ИИС.при создании САУ МБПЛАДанная методика подтверждается математическим моделированием иэкспериментальными исследованиями макетного образца ИИС и результатамилетных испытаний.Проверка функционирования способа коррекции осуществлялась следующимобразом: на багажник автомобиля горизонтально закреплялась ИИС. Автомобильразгонялся до скорости 20 м/с (72 км/ч, по показаниям GPS) по ровной дороге, послечего производилось резкое торможение до полной остановки. Одновременно с этимна жесткий диск ноутбука записывались показания ИИС.17Производилась серия из четырех опытов:1.Установка ИИС без коррекции. Ось ОX направлена по ходу движения автомобиля.2. Установка ИИС без коррекции. Ось ОZ направлена по ходу движения автомобиля.3.

Установка ИИС с коррекцией. Ось ОX направлена по ходу движения автомобиля.4. Установка ИИС с коррекцией. Ось ОZ направлена по ходу движения автомобиля.Результаты испытаний приведены на рисунках 19, 20. При этом времяторможения составляло около 5 с, таким образом ускорение составило 4 м/с2.Рис. 19. Выходной сигнал нескорректированной (а) и скорректированной (б)ИИС по каналу крена под действиемускорения 4 м/с2Рис.

20. Выходной сигнал нескорректированной (а) и скорректированной (б)ИИС по каналу тангажа под действиемускорения 4 м/с2Исходя из рисунков 19, 20 можно сделать вывод, что предложенный методработоспособен. Погрешность до коррекции составила по тангажу 30°, послекоррекции 3°, а по крену до коррекции 20°, после коррекции около 3°.С целью исследования работы ИИС в составе САУ МБПЛА былипроизведены экспериментальные полеты (рис.

20) МБПЛА TwinStarII.В задачу экспериментальных исследований входило изучение полета планерав полуавтоматическом режиме пилотирования при прямолинейном полете сэлементами координированного разворота с целью подтверждения данныхмоделирования и проверки работоспособности ИИС и контура САУ в целом.а)б)Рис. 21. Графики отработки сигналов по каналу тангажа (а) и крена (б): 1 – заданныйугол; 2 – показания ИИС18Исследуемая ИИиУС показала свою работоспособность и обеспечилатребуемое безаварийное пилотирование МБПЛА.В заключении приведены основные результаты, полученные вдиссертационной работе.В приложении приведены акты внедрения и использования результатовисследования, а также вспомогательные математические зависимости и значения ихкоэффициентов для ряда частных случаев.1.2.3.4.5.6.7.ЗАКЛЮЧЕНИЕМатематическая модель погрешностей ИИС позволяет проводить анализвлияния первичных измерителей на результирующую погрешность системы.Разработан способ повышения точности ИИС, основанный на компенсациивлияния линейных ускорений на ИИС.Приведена методика проектирования ИИиУС МБПЛА, позволяющаясократить время за счет автоматизации ряда проектных процедур, а такжеприменения метода виртуальной продувки при определении параметровматематической модели МБПЛА.Разработано алгоритмическое и программное обеспечение, позволяющееоптимизироватьпроектныепроцедурыИИиУС,подтвержденныерезультатами имитационного моделирования, лабораторных и полевыхиспытаний опытных образцов.Разработанный способ «виртуальной продувки» позволяет с достаточнойточностью определять значения аэродинамических коэффициентовлетательного аппарата и существенно снижает временные и материальныезатраты при проектирования УС МБПЛА.Разработан способ оценки влияния линейных ускорений на точность ИИС,основанный на применении передаточных функций линеаризованной моделисистемы при движении по эталонным режимам полета.Работоспособность предложенных алгоритмов повышения точности ИИСподтверждена математическим моделированием и рядом экспериментов.ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО 11 РАБОТ,ОСНОВНЫМИ ИЗ КОТОРЫХ ЯВЛЯЮТСЯ:1.