Автореферат (Система автоматического управления посадочным маневром беспилотного летательного аппарата при действии бокового ветра), страница 3

рисунок 4)., град,маб, м/с, градвгРисунок 4, а – боковое отклонение от линии ВПП, м, б – угол курса (1) иугол пути (2), град, в – угол крена, град, г – боковая скорость, м/сДалее, поскольку в реальных условиях редко существует только боковаясоставляющая ветра, было проведено моделирование с дополнительным учетомвстречного ветра с такой же скоростью, что и у бокового ветра. При этомизменилось общее время выполнения маневра по сравнению с расчетным имоменты переключения между участками, что вызвало незначительное ухудшениерезультатов – отклонение от середины ВПП достигло 1.8м.

Однако придопустимом отклонении не более 3м это не влияет на факт совершения безопаснойпосадки.16Наконец, в четвертом случае для проверки общности предложенного подходапо отношению к ветровому возмущению моделировалось влияние ветра стурбулентной составляющей. При учете действия только бокового ветра скоростью8м/с вместе со случайной составляющей максимальной амплитуды 3м/с конечныерезультаты в точке приземления ухудшились незначительно, поэтому былопроведено новое моделирование, учитывающее турбулентность не только вбоковом, но и в продольном и вертикальном каналах.

Сравнение результатов привеличине постоянной составляющей бокового ветра wбокпост= 8м/с показано втаблице 2.Таблица 2 – Сравнение результатов моделирования при наличии всехсоставляющих ветра при wбок пост = 8м/сМаксимальная амплитудатурбулентной составляющейzк2м/с3м/с4м/с1.07м1.47м2.1мк0.21°0.45°0.75°к-0.35°-0.45°-0.58°Удалось выяснить, что при максимальной амплитуде изменения случайнойсоставляющей ветра, равной 4м/с, удалось выйти за пределы допустимыхограничений по разнице между курсовым и путевым углами: требуемое значение|к – к |max = 1° а данном случае |к – к| = 1.33°.После этого было проведено моделирование, учитывающее помимотурбулентности всех составляющих ветра еще и случайные вертикальные порывыветра различной амплитуды и различным средним временем между порывами.В связи с тем, что направление вертикальных порывов являлось случайным,при нескольких прогонах для одинаковых значений скорости порыва и среднеговремени между порывами, результаты оказывались различными.

Тем не менее, всреднем можно сказать, что при скорости вертикальных порывов до 4м/с и временимежду порывами до 5с при нескольких случайных реализациях, конечныерезультаты оказывались удовлетворительными. Кроме того, конечные результаты17посадки лежат в допустимых пределах и при наличии во время посадочногоманевра одного или двух порывов скоростью до 15 м/с.Результаты моделирования для случая скорости порыва 4м/с, среднимвременем между порывами 10с, при реализации двух нисходящих и одноговосходящего порыва показаны на рисунке 5.,м, м/ct, ct, c, град1, м/c2t, c, м/ct, c,мt, ct, cбаРисунок 5 – Результаты моделирования при наличии турбулентности,а – графики изменения скорости трех составляющих ветра, б – графикиизменения бокового отклонения, угла курса (1) и пути (2), высотыЧтобы определить границы области допустимых отклонений в точкеприземления, в шестой главе была сделана следующая попытка.

Вначале былсформирован единый параметрический критерий Iк штрафов, характеризующийкачество приземления и учитывающий три главных отклонения, представляющихнаибольшую опасность:Iк = (zк + k1к + k2к)2,(10)где z – боковое линейное отклонение от середины ВПП, к – отклонение покурсу от заданной линии пути, к – отклонение путевого угла, характеризующеебоковую скорость. Отличие предложенной формулы (10) от общепринятой формыв виде суммы квадратов состоит в том, что самым неудачным сочетанием этих18отклонений является совпадение их знаков, что соответствует физическому смыслунаиболее опасного удаление БЛА от середины ВПП при его пробеге по земле послеприземления.L = z + k1 + k2.(11)В формуле (10) недоопределены весовые коэффициенты k1 и k2, длявычисления которых необходимо обратиться к требованиям в техническом заданиина создание БЛА по каждому показателю в отдельности.

Например, придопустимом отклонении zк ≤ 3м, или путевого угла к = 1°, или курсового угла к= 1°, получим k1 = 3м/град; k2 = 3м/град, при этом одновременно оцениваетсямаксимально допустимое значение единого критерия штрафов Iк:I 0 k  zˆk 2  9.(12)Затем после получения компактного представления качества приземления ввиде одного числа Iк и его допустимого значения I0к, определяющего областьдопустимых ошибок в точке приземления, эту область можно распространить надругой момент времени до приземления, например в точке начала выравнивания,чтобы прогнозировать безопасность полета заблаговременно, и в случае угрозыдать команду ухода на повторный круг.Для определения новой искомой области в точке выравнивания предложеноиспользовать найденное выше значение порога (12) следующим образом. Знаяопорную траекторию бокового движения БЛА в точке выравнивания при заданнойскорости бокового ветра w, зададимся по отдельности такими нежелательнымиотклонениями z ,  , , , при которых качество в момент приземления непревосходит I0к.

Это можно сделать в результате моделирования на ЭВМ вискусственносозданных«неудачных»начальныхусловияхпроцессавыравнивания, чего достаточно для определения параметров новой областиприемлемого качества по аналогии с формулой (10) в следующем виде:I в  ( z  zв )2  k3 (  в )2  k4 (   в )2   I 0в ,(13)где новые коэффициенты k3 и k4 доопределяются прежним способом.Оказалось, что эти коэффициенты стали соответственно меньше значений k1 и k2,19что указывает на расширение возможных ошибок движения по мере удаления отточки приземления.

В частности,для БЛА были получены следующиесравнительные результаты, найденные для системы без координации действий вуправлении боковым и продольным движением:k1 = 3; k2 = 3; k1 = 1.44; k2 = 2.17.В заключение шестой главы приведена оценка влияния координации работыканалов на область принятия решения при следующем упрощенном подходе. Делов том, что изменение передаточных чисел регуляторов по принципу «коромысла»предписывает вмешательство в штатную аппаратуру автопилота, или КСУ –комплексную систему управления, что в настоящее время крайне нежелательно.Поэтому при моделировании использовался меняющийся угол θ зад наклонатраектории при выравнивании, чтобы либо отложить, либо ускорить процессснижения.

При этом внесенное изменение остается постоянным на все времявыравнивания. В результате моделирования оказалось, что конечное состояние вмомент приземления при координации такова, что оценка штрафа безопасности Iвуменьшилась на 25% по сравнению с управлением без координации работыканалов.Соответственно, если построить границу новой допустимой области в точкеначала выравнивания при наличии координации и без нее, как показано на рисунке6, то выигрыш по площади, характеризующий расширение возможностей посадкипредложенным способом, составляет около 50%.Рисунок 6 – Области приемлемого качества приземления без координации и скоординацией работы каналов управления20Таким образом, моделирование на ЭВМ подтвердило эффективностьпредложенного подхода к прогнозированию безопасности посадки в точкевыравнивания и полезности координации работы каналов управления назавершающем участке посадки.ЗАКЛЮЧЕНИЕНа основании проведенных исследований можно сделать следующиевыводы:1.

Предложен многорежимный способ выполнения посадочного маневра,состоящий в боковом канале из четырех участков: движения вдоль линии пути, споследующим уходом в попутную ветру сторону, а затем – навстречу ветру приснижении по глиссаде и управлении по крену, чтобы на конечном участкевыравнивания устранить отклонения по курсу и путевому углу при управлениирулём направления.2. Сформирован алгоритм переключения режимов полета и вычислениясоответствующих уставочных значений в регуляторы в реальном времени взависимости от скорости полета и бокового ветра.3.

С помощью динамического программирования сформулирована и решеназадача оптимального координированного управления боковым и продольнымдвижением при посадке БЛА, для чего предложено увеличивать передаточныечисла по положению и скорости в одном регуляторе, одновременно уменьшая их вдругом.4. Предложенединыйпараметрическийкритерийоценкикачестваприземления в зависимости от отклонений по курсу, путевому углу и боковомулинейному смещению относительно середины ВПП, учитывающий неудачноесочетание перечисленных параметров, а также найдена область допустимыхотклонений в начальной точке выравнивания.

Это позволяет прогнозироватькачество приземления БЛА и в случае опасного выхода из этой областисформировать вынужденную команду ухода на повторный круг.215. Моделирование на ЭВМ показало, что при скорости бокового ветра до 8м/с и турбулентных составляющих ветра амплитудой до 3м/с предложенныйспособ обеспечивает безопасную посадку при отклонениях от середины ВПП неболее 3м, по углам крена, пути и курса – не более 1 градуса. Кроме того, былоустановлено, что при учете дополнительного влияния вертикальных порывов ветрадо 15м/с конечные отклонения в точке приземления БЛА находятся в допустимыхпределах.СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИВ изданиях, рекомендованных перечнем ВАК:1. Лебедев Г.Н, Елисеев В.Д., Ивашова Н.Д.

Постановка задачиавтоматического управления посадочным маневром беспилотноголетательного аппарата при сильном боковом ветре и подходы к ее решению.// Электронный журнал «Труды МАИ». – 2013. – №70.URL: http://www.mai.ru/science/trudy/published.php2. Лебедев Г.Н., Ивашова Н.Д. Координированное управление посадочнымманевром при приземлении беспилотного летательного аппарата с учетомдействия ветровых возмущений // Авиакосмическое приборостроение. –2014 г. – № 4. – С.3-93.

Ивашова Н.Д. Система автоматического управления многорежимнымпосадочным маневром при сильном боковом ветре // Авиакосмическоеприборостроение. – 2014 г. – № 10. – С.15-21В других изданиях:1. Ву Суан Хыонг, Ивашова Н.Д. «Об одной задаче комплексированногоуправления летательными аппаратами при достижении заданнойтерминальной точки» //Труды XXII Международного научно-техническогосеминара «Современные технологии в задачах управления, автоматики иобработки информации» 18-24 сентября, 2013 г. Алушта. Сборник тезисовдокладов, С. 13.2.

Ивашова Н.Д. «Способ повышения безопасности посадки самолета присильном боковом ветре» //Труды XXIII Международного научнотехнического семинара «Современные технологии в задачах управления,автоматики и обработки информации» 14-20 сентября, 2014 г. Алушта.Сборник тезисов докладов, С. 14..