Диссертация (Система автоматического управления посадочным маневром беспилотного летательного аппарата при действии бокового ветра)

2ОГЛАВЛЕНИЕВВЕДЕНИЕ ................................................................................................................... 4ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ИЗВЕСТНЫХ СИСТЕМ ПОСАДКИ. ПОСТАНОВКАЗАДАЧИ .......................................................................................................................... 81.1Анализ известных систем управления посадкой самолета .........................

81.2Анализ известных способов посадки самолета при боковом ветре ......... 211.3Анализ известных методов теории оптимального управления ................ 231.4Постановка задачи ......................................................................................... 321.5Выводы по главе 1 .........................................................................................

36ГЛАВА 2. ФОРМИРОВАНИЕ АЛГОРИТМОВ МНОГОРЕЖИМНОГОУПРАВЛЕНИЯ БОКОВЫМ ДВИЖЕНИЕМ САМОЛЕТА ПРИ СНИЖЕНИИПО ГЛИССАДЕ И ВЫРАВНИВАНИИ .................................................................. 372.2Выбор алгоритмов автоматического управления боковым движением .. 382.3Выбор алгоритмов управления продольным движением ......................... 402.4Выводы по главе 2 ......................................................................................... 43ГЛАВА 3.

ФОРМИРОВАНИЕ ЛОГИКИ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ С ОДНОГОРЕЖИМА ПОЛЕТА НА ДРУГОЙ ПРИ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ПОСАДКЕ . 443.1 Определение необходимых расстояний на выполнение каждого изчетырех режимов полета ........................................................................................ 453.2 Определение контрольных значений высоты полета при посадке в точкахпереключения .......................................................................................................... 463.3 Оценка необходимого бокового и углового положения БЛА на первомучастке маневра .......................................................................................................

483.4Назначение уставок в регуляторы управления посадкой.......................... 483.5 Алгоритм автоматического переключения режимов управления посадкойпри использовании трех регуляторов ................................................................... 503.6Выводы по главе 3 ......................................................................................... 53ГЛАВА 4. РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ КООРДИНАЦИИ БОКОВОГО ИПРОДОЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ С ЦЕЛЬЮ ОДНОВРЕМЕННОГООБНУЛЕНИЯ НУЖНЫХ КООРДИНАТ ПОЛОЖЕНИЯ И СКОРОСТИ ВТОЧКЕ ПРИЗЕМЛЕНИЯ.......................................................................................... 544.1 Постановка задачи оптимального управления координированнымдвижением при посадке ..........................................................................................

544.2 Формулировка задачи оптимального управления с помощьюдинамического программирования ....................................................................... 5634.3 Сокращение числа алгебраических уравнений при нахождениикоэффициентов функции Беллмана ...................................................................... 604.4 Получение коэффициентов функции Беллмана и передаточных чиселквазилинейных регуляторов в квадратурах ......................................................... 614.5 Синтез регуляторов бокового и продольного движений,координированных по положению и скорости .................................................... 634.6Выводы по главе 4 ......................................................................................... 66ГЛАВА 5.

МОДЕЛИРОВАНИЕ НА ЭВМ ПРОЦЕССОВАВТОМАТИЧЕСКОЙ ПОСАДКИ ПРИ СИЛЬНОМ БОКОВОМ ВЕТРЕ .... 675.1. Моделирование без учета перекрестных связей между каналами ........... 705.2. Моделирование с учетом перекрестных связей ......................................... 725.3. Моделирование с учетом бокового и встречного ветра ............................

775.4. Моделирование с учетом турбулентности ветра ....................................... 795.5. Идентификация бокового ветра ................................................................... 845.6. Результаты моделирования идентификатора ветра ................................... 865.7. Выводы по главе 5 .........................................................................................

88ГЛАВА 6. ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ПРИЗЕМЛЕНИЯ В ВИДЕ ЕДИНОГОПАРАМЕТРИЧЕСКОГО КРИТЕРИЯ И ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВАВТОМАТИЧЕСКОМ ОПРЕДЕЛЕНИИ РИСКА БЕЗОПАСНОСТИПРИЗЕМЛЕНИЯ ......................................................................................................... 896.1 Формирование единого параметрического критерия безопасностиприземления в конце посадочного маневра .........................................................

896.2 Построение области приемлемого качества движения ЛА в точке началавыравнивания на основе результатов моделирования на ЭВМ ......................... 926.3 Оценка влияния процесса координации работы каналов управлениябоковым и продольным движением ЛА на область принятия решений ........... 966.4Выводы по главе 6 ....................................................................................... 101ЗАКЛЮЧЕНИЕ ...........................................................................................................

102СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.................................................. 103ПРИЛОЖЕНИЕ .......................................................................................................... 1074ВВЕДЕНИЕАктуальность работы. Существующая практика посадки пилотируемыхсамолетов в гражданской авиации показывает, что при сильном боковом ветре восновном используются два типа маневров при снижении по глиссаде – в одномслучае отклонение по курсу ликвидируется при управлении по крену, и тогдавозникает либо приземление на одно колесо шасси, либо оказываетсязначительной боковая скорость, что недопустимо при недостаточной прочностистоек шасси.В другом случае осуществляется предварительное отклонение в сторонуветра, и вблизи земли ненулевой курс выравнивается без крена, но при этомбоковая скорость оказывается еще больше, чем в первом случае.

Таким образом,известными способами ручного управления невозможно одновременно свести кнулю углы крена, пути и курса в момент приземления.Особенно остро существует проблема безопасной посадки на шасси улегких беспилотных летательных аппаратов (БЛА) в сложных погодныхусловиях,когдавотсутствиичеловеканеобходиморешитьзадачуавтоматического управления либо с борта, либо с земли. Поэтому тема даннойдиссертационной работы, посвящённая задаче автоматической посадки БЛА присильном боковом ветре, является актуальной.Цель диссертационной работы – это повышение безопасности посадкиБЛА при расширенном диапазоне ветровых возмущений.Объект исследований – система автоматического управления посадкойБЛА при снижении по глиссаде и выравнивании.Предметом исследования является многорежимное управление боковым ипродольным движением, определение области приемлемых отклонений БЛА отноминальной траектории в начале выравнивания и оценка преимуществпредложенного подхода.5На защиту выносятся следующие основные научные положения:1.Многорежимный способ выполнения посадочного маневра приначальном боковом движении в попутную ветру сторону от линии пути, а затем –навстречу ветру при снижении по глиссаде и управлении по крену, чтобы наконечном участке выравнивания устранить отклонения по курсу и путевому углупри управлении рулём направления.2.Формулы расчета моментов переключения режимов управлениябоковым движением ЛА и соответствующих уставок в регуляторы.3.движенияАлгоритмы координации работы каналов бокового и продольногоспомощьюизмененияпередаточныхчиселквазилинейныхрегуляторов.4.Единый параметрический критерий оценки качества приземления играницы области приемлемого качества полета ЛА в точке выравнивания, внутрикоторой гарантируется безопасность посадки.Научная новизна полученных результатов состоит в следующем:1.В предложенном способе выполнения маневра летательный аппаратне движется все время вдоль заданной линии пути, а осуществляет отход от неё споследующим возвращением.

Однако к началу выравнивания боковое движение вотличие от известных способов происходит навстречу ветру. Это создаётпринципиальную возможность при выравнивании добиться одновременногообнуления путевого и курсового углов в точке приземления при отсутствии крена.2.При разбиении процесса посадки на 4 участка для каждого из ниханалитически определены их границы и уставки в регуляторы как алгебраическиефункции от скорости ЛА и силы бокового ветра.

Это позволяет в реальноммасштабе времени автоматизировать процесс переключения режимов управленияпосадкой.3.Найденный на основе динамического программирования алгоритмкоординации позволил получить структуру не линейных, а квазилинейныхрегуляторов управления элеронами и руля высоты. При этом предложено6увеличивать передаточные числа в одном регуляторе при одновременном ихуменьшении в другом в зависимости от отставания или опережения работыодного канала от другого.4.Предложенныйединыйпараметрическийкритерийкачестваприземления учитывает с помощью мультипликативных членов неудачноесочетание в точке приземления отклонений по положению, курсу и путевойскорости от линии пути.

С его помощью найдена область приемлемыхотклонений в точке начала выравнивания, что позволяет при выходе из неёсформировать вынужденную команду ухода на повторных круг.Практическая ценность работы состоит в том, что с помощьюпредложенного подхода удается значительно расширить условия разрешеннойпосадки при силе бокового ветра, в 1,5÷2 раза большей существующих летныхнорм. Кроме того, внутри допустимых норм общее качество приземлениясущественно повышается, т.к. обнуление необходимых отклонений происходитодновременно. Также при использовании предлагаемого подхода исключаетсявлияние человеческого фактора,т.к. предлагается использовать системуавтоматического управления.

При этом, соответственно возрастает безопасностьприземления поскольку обеспечивается приемлемое качество приземления даже вувеличенной в 2 раза области внезапных отклонений в начале выравнивания,возникающих в результате резких порывов ветра.Достоверностьобнаруженныйполученныхтехническийрезультатовэффектповышенияопределяетсябезопасноститем,чтопосадкиподтвержден результатами моделирования полета. Кроме того, один из способовкоординации работы каналов управления боковым движением и высотой найден спомощью научно-обоснованного метода теории оптимального управления –динамического программирования.Ценность работы для науки и практики определяется тем, чтопредложенный способ посадки реализован в виде системы автоматическогорегулирования координированным движением на основе теории оптимальных7систем и обеспечивает существенное повышение качества приземления врасширенной области ветровых возмущенийЛичный вклад автора состоит в проведении анализа известных способовпосадки самолетов на шасси; разработке алгоритмов многорежимного управленияи координации работы линейных и релейных регуляторов в разных каналахбокового и продольного движения; личном участии в моделировании на ЭВМ иподготовке основных публикаций.Публикации и апробация работы.