Диссертация (Разработка адаптивного алгоритма автоматического управления посадкой пассажирского самолета на основе антропоцентрического подхода), страница 11

Они выходят за ограничения побезопасности соприкосновения с полосой аэродрома (см. в разд. IV.3).При высоте выравнивания выше Нвыр=21.8 м – реализуются недопустимыевеличины вертикальной скорости и угла тангажа в точке касания ВПП, посколькупри моделировании выравнивании с высоты Нвыр=21.9 м (рис. IV-37) полученыϑкас=–0.06359 град. и Vвер.кас=–4.44459 м/с. Они выходят за ограничения побезопасности соприкосновения с полосой аэродрома (см. в разд.

IV.3).880.750.6Ky=0.41.01.251.52.03.0Рис. IV-37. Допустимая зона Нвыр при (RT1;TD=2.0;Tl=0.1) и моделирование выравнивания с некоторых Нвыр (9.9 м; 10 м;15.9 м; 21.8 м; 21.9 м) при Ky=1.089-7.515-810-8.55ETA (град.)Н (м); ALP (град.); TET (град.); Vy (м/с); DeltaV (м/с); DRGR(%)20-9000.511.52-52.533.544.5-9.5Время (с)ALPTETHDRGRVyDeltaVETAРис. IV-38. Изменение значения параметров векторов состояния и управления самолета: H – высота полета (м); ALP –угол атаки (град.); TET – угол тангаза (град.); Vy – вертикальная скорость (м/с); DeltaV – изменение скорости полета(м/с); DRGR – отклонение сектора газа (%); ETA – отклонение руля высоты (град.)ЗначениеРазмерностьТабл.

IV-32. Значения параметров векторов состояния и управления самолета в момент касанияВремяVкасVвер.касϑкасαкасωz.касXкасδв.касδТ.кас4.5977.84783 -2.274163.076264.750270.37037 363.57045 -9.32589 0.004384см/см/сград.град.град./смград.%90И так, высота начала выравнивания и иные параметры траектории полученына основе оптимизации по доступным значениям Kу, TD, Tl ММ летчика ипредлагаемым законам изменения тяги, и поэтому выбранные оптимальные(позволяющие допускать максимальные относительные ошибки) для реализациилетчиком закон изменения тяги двигателяR  ,1Tвысота начала выравнивания(Ндоп.опт=15.9 м) и вид траектории выравнивания (рис. IV-38) далее используютсякак требуемые для задачи формирования оптимального управления выравниваниемсамолета в автоматическом режиме, поскольку обеспечивают при необходимостинаиболее комфортный переход на ручной режим по соответствующей схеме, чтодает больший диапазон для допустимых ошибок летчика.Выбор высоты выравнивания по такому алгоритму целесообразен и дляработы ИВК при автоматическом управлении, так как допускает большуюпогрешность в оценке высоты высотомером ИВК.IV.6.

Идентификация параметров критерия оптимального управлениявыравниваниемЧтобы автоматический режим управления при выравнивании максимальносогласован с ручным поставлена задача нахождения критерия оптимальногоуправления, который позволит формировать программное управление самолетомпри выравнивании и параметры траектории тогда как можно максимальносовпадают с параметрами ручного режима.В данной работе были приняты виды подынтегральной и терминальнойфункцийкритерияоптимизациипривыравниванииtfJ выр  выр [ x(t f )]   Lвыр [ x(t ), xж (t ), u (t ), uж (t ), t ]dt :t0Lвыр [ x(t ), xж (t ), u (t ), uж (t ), t ]  1  H ж (t )  H (t )   2  в.ж (t )   в (t )  22 3 V (t )  Vж (t )   4 Vвер.

(t )  Vвер.ж (t )   5  (t )  ж (t )   6  (t )   ж (t ) 222291гдеНж(t), Vж(t), Vвер.ж(t), ϑж(t), αж(t), δв.ж(t) – желаемые значения высоты, скоростиполета, вертикальной скорости, угла тангажа, угла атаки, отклонения руля высотысоответственно в данный момент времени t;Н(t), V(t), Vвер(t), ϑ(t), α(t), δв(t) – фактические значения высоты, скоростиполета, вертикальной скорости, угла тангажа, угла атаки, отклонения руля высотысоответственно в конечный момент времени tf;22выр [ x(t f )]  7 V (t f )  Vкас.тр   8 Vвер.

(t f )  Vкас.вер.тр  2 9  (t f )  кас.тр   10  Прл(t f )  Прлкас.тр где2V(tf), Vвер(tf), ϑ(tf), Прл(tf) – значения скорости полета, вертикальной скорости,угла тангажа, пролета самолет соответственно в конечный момент времени tf(момент касания ВПП);Vкас.тр, Vвер.кас.тр, ϑкас.тр, Прлкас.тр – требуемые значения скорости полета,вертикальной скорости, угла тангажа, пролета соответственно в конечный моментвремени tf (момент касания ВПП).при ограничении в момент tf: Ψвыр[x(tf)]=[H(tf); ωz(tf)]T=0, где H(tf); ωz(tf) –соответственно высота и проекция на ось Оz угловой скорости самолета, заданные вправом конце, которые выдерживают самолета в неповоротном положении присоприкосновении с ВПП и дают ему благополучно приземлиться.Сформируем критерий оптимального управления следующим образом:1. Подынтегральная функция Lвыр[x(t), xж(t), u(t), uж(t), t], отвечающая засогласование в течение интервала управления параметров оптимальногоиполученноговышеручноговыравнивания,содержитсуммувзвешенных ошибок по высоте, скорости полета, вертикальнойскорости, углам тангажа и атаки, и руля высоты.

Ёе координатныеслагаемыеобеспечиваютадаптациюдвижения(траектории)оптимального управления самолетом при выравнивании в сравнении с92так называемой желаемой траекторией для автоматической посадки,полученной при решении задачи ручной посадки. А слагаемый поуправлению отклонением руля высоты обеспечивает минимизациюрасхождения управляющих воздействий между ручного и оптимальноговыравнивания;2. Терминальная функция Φвыр[x(tf)], отвечающая за требование кпараметрам вектора состояния самолета при оптимальном управлениивыравниванием в терминальной точке (в момент касания ВПП).В данной работе принят закон изменения тяги двигательной установки приоптимальном управлении как и в ручном режиме с целью повышения удобства длялетчика при пилотировании. Это значит, что программа оптимального управленияищет в данном случае только оптимальное отклонение руля высоты.Вид критерия Jвыр сформирован, состоится задача определения значенийнеизвестных искомых параметров μ1÷μ10 данного критерия.В данной работе приняты в критерии оптимизации Jвыр при выравниванииследующие значения весовых коэффициентов μ1÷μ10:Табл.

IV-33. Значения искомых параметров критерия Jвырμ1μ2μ3μ4μ5μ6μ7μ8μ9μ10150.025.050.0200.010.015.00.110.02.01.0Таким образом, критерий оптимизации при выравнивании имеет следующийвид:2222J выр  0.1 V (t f )  80   10 Vвер. (t f )  (2)   2  (t f )  3   Прл(t f )  65 tf  150  H ж (t )  H (t )   25  в.ж (t )   в (t )  50 V (t )  Vж (t ) 222t0 200 Vвер. (t )  Vвер.ж (t )   10  (t )  ж (t )   15  (t )   ж (t )  dt22293IV.7.

Автоматическое оптимальное управление выравниванием самолета сполученным критериемВ этом разделе решается задача оптимального управления выравниваниемсамолета с полученным критерием, найденным в предыдущем разделе на основеоптимальных желаемых параметров траектории и управляющих воздействийручного выравнивания, которые определенны по антропоцентрическому походу.При решении данной задачи в работе рассматриваются три варианта учетаинерционности привода по каналам руля высоты и сектора газа:1. вариант 1 – с учетом инерционности привода по каналам руля высоты исектора газа;2. вариант 2 – тяга оптимального выравнивания равна тяге ручноговыравнивания (линейное уменьшение) и с учетом инерционностипривода руля высоты;3.

вариант 3 – тяга оптимального выравнивания равна тяге ручноговыравнивания и без учета инерционности привода руля высоты.Результаты решения задачи по принятому выше критерию при второмварианте приведены на рис. IV-39, IV-40 и IV-41, а результаты при остальныхвариантах см. в приложении IV данной работы.Изменения параметров векторов состояния и управления автоматическогооптимального и ручного режимов приведены одновременно вместе на однихграфиках с целью сравнения расхождения между ними.На этих графиках пунктирные линии (линии с названием, обозначенным“_ос”) – параметры оптимального управления выравниванием, а нормальные (линиис названием, обозначенным “_manual”) – ручного выравнивания.94181614Высота полета (м)12108642000.511.52-22.533.544.554.55Время (с)H_ocH_manualДистанция от порога ВПП до точки касания (м)Изменение высоты полета при выравнивании (м)40035030025020015010050000.511.522.533.54Время (с)X_ocX_manualДистанция от порога ВПП до точки касания – X (м)9580.5Скорость полета (м/с)8079.57978.57877.500.511.522.533.544.553.544.55Время (с)V_ocV_manualСкорость полета – V (м/с)000.511.522.53-0.5Вертикальная скорость (м/с)-1-1.5-2-2.5-3-3.5-4-4.5-5Время (с)Vy_ocVy_manualВертикальная скорость – Vy (м/с): знак (-) указывает направление полета963.5Угол тангажа (град.)32.521.510.5000.511.522.533.544.553.544.55Время (с)Teta_ocTeta_manualУгол тангажа – ϑ (град.)54.5Угол атаки (град.)43.532.521.510.5000.511.522.53Время (с)Alpha_ocAlpha_manualУгол атаки – α (град.)97Проекция угловой скорости на ось Oz (град./с)1.41.210.80.60.40.2000.511.522.533.544.554.55-0.2-0.4Время (с)wz_ocwz_manualПроекция угловой скорости на Оz – ωz (град./с)000.511.522.533.5Отклонение руля высоты (град.)-2-4-6-8-10-12-14Время (с)Eta_ocEta_manualОтклонение руля высоты – δв (град.)49825Отклонение сектора газа (%)2015105000.511.52-52.533.544.55Время (с)DRGR_ocDRGR_manualОтклонение сектора газа – δТ (%)Рис.

IV-39. Графики изменения некоторых фазовых координат и управляющихвоздействий двух режимов управления самолетом по времени (с)991816Высота полета (м)14121086420050100150200250300350400Дистанция от порога ВПП до точки касания (м)H_ocH_manualРис. IV-40. Изменение высоты полета при выравнивании (м) по дистанции отпорога ВПП (м)Параметры векторов состояния и управления самолета в момент касания ВППпри ручном и оптимальном управлении показаны в табл. IV-34:ОбозначениеВремя выравниванияТраекторная скоростьВертикальная скоростьУгол тангажаУгол атакиТабл.

IV-34. Параметры самолета при касании ВППРазмерностьРучнойОптимальноережимуправление4.6с4.677.847831м/с77.854769-2.27416м/с-2.4722873.076261град.2.4637994.7502740.370374.2835380.000393град.град./сДистанция от порога ВППдо точки касанияПролет363.570457364.321885м60.1860.93мОтклонение сектора газаОтклонение руля высоты0.004384-9.3258920.004384-4.950442%град.Проекция угловой скоростина Оz1002520Нвыр (м)151050012345678910Время (с)HFL_10.0HFL_15.9HFL_21.8HFL_15.9_ocРис. IV-41. Траектории выравнивания по времени (с) с разных высот начала выравнивания: HFL_10.0 – c 10.0 м;HFL_15.9 – c 15.9 м; HFL_21.8 – c 21.8 м; HFL_15.9_oc – c 15.9 м при оптимальном управлении101IV.8. ВыводыРазработан и реализован алгоритм нахождения оптимальной высоты началавыравнивания и закон изменения управляющих воздействий (тяга и отклонениеруля высоты), по которым формируется желаемая траектория автоматическойпосадки пассажирского самолета на основе антропоцентрического принципа,позволяющая снизить нагрузку на летчика, то есть допускается максимальноотносительная ошибка в оценке высоты начала выравнивания.

На основеполученных желаемой траектории и управления автоматической посадки найденкритерий оптимального управления автоматического выравнивания.Длянеэнергичногодвижениясамолета(участкавыравнивания)приоптимальном управлении по результатам, показанным на вышеуказанных графиках,видно что значения параметров вектора состояния самолета при оптимальномуправлении как высоты, траекторной скорости, вертикальной скорости, угловтангажа и атаки, так и управляющих воздействий отклонений руля высоты, секторагаза существенно мало отличаются от значений соответственных параметровручного выравнивания, найденных на основе антропоцентрического подхода иявляющихся желаемыми автоматического выравнивания.