Диссертация (Система автоматического управления посадочным маневром беспилотного летательного аппарата при действии бокового ветра), страница 12

Поэтому сравнивая вычисляемую оценку Iк снекоторым порогом I0к можно делать вывод о допустимости безопасной посадки.В формулах (1 – 2) остались недоопределенными весовые коэффициенты k1и k2, которые можно найти, зная некоторые установки по требованию к каждомупоказателю в отдельности.Пусть, например, при нулевых отклонениях курсового и путевого угловзадано допустимое отклонение от середины ВПП zˆk  3 ì .

Это позволяет получитьоценку порога I0к:I 0 k  zˆk 2 .(6.3)Далее пусть при нулевом линейном отклонении zк и путевом угле к заданодопустимое отклонение по курсу ψk = 1°. Тогда коэффициент k1 равенk1 =zˆk= 3ì / ãðàä.ψˆ kАналогичным образом можно найти коэффициент k2 при назначенномдопустимом отклонении Ψˆ k путевого угла (пусть Ψˆ k  1 ):k2 =zˆk= 3ì / ãðàä.Ψˆ kПри указанных выше численных значениях zˆk ,ψˆ k ,Ψˆ k для легкого БЛА всюфункцию Iк при её равенстве порогу I0к можно представить в виде трехмерной92фигуры, как показано на рисунке 6.1.

Фигура наклонена с учетом того, что приудачном сочетании знаков ошибок общий штраф явно меньше, чем принеудачном.z, м, град , градРисунок 6.1 – Области приемлемого качества приземления для БЛА «Орион»Компактное преставление качества приземления в виде единой оценкиудобно не только для расчетов, но и для определения области допустимыхошибок в момент приземления. Кроме того, эту область можно распространить надругой момент времени до приземления, чтобы можно было прогнозироватьбезопасность заблаговременно, и в случае угрозы дать команду ухода наповторный круг. Таким моментом была выбрана точка начала выравнивания принулевом крене.6.2Построение области приемлемого качества движения ЛА в точкеначала выравнивания на основе результатов моделирования на ЭВМТочка начала выравнивания является одной из решающих и ключевых приформировании вынужденной команды ухода на повторный круг.

В этой точкезаканчивается снижение по глиссаде с одним углом наклона траектории порядка93трех градусов, а затем возникает вопрос: либо уходить на повторный круг принеудачном стечении обстоятельств, либо перейти к конечной фазе посадки путемвыравнивания, с меньшим углом наклона траектории. В этой точке высота полетав зависимости от типа ЛА составляет порядка 20-30 метров, а оставшееся времядо приземления – 8-15 секунд. В этих условиях еще возможно избежатьаварийнойситуацииесликонтролироватьуспешностьвыполненияпредложенного посадочного маневра, а точнее – прогнозировать безопасностьвыполнения полета на последнем участке выравнивания.Для определения искомой области можно использовать найденное вышезначение порога I0к следующим образом. Имея найденную в результатемоделирования на ЭВМ опорную траекторию бокового движения при заданнойсиле ветра w, зададимся в точке начала выравнивания такими нежелательнымиотклонениями от этой траектории –z ,  ,  , при которых в моментприземления его качество равно I0к.При моделировании процесс выравнивания рассматривался в 6случаях:z  zв  z1 ;   в ,    в ,z  zв  z2 ;   в ,    в ,z  zв ;   в   1 ,    в ,z  zв ;   в   2 ,    в ,z  zв ;   в ;    в  1 ,z  zb ;   b ;    b   2 ,где zв ,  в ,  в – координаты движения по опорной траектории в точкевыравнивания.

Для БЛА эти координаты равны zв  0.19w2 ; в  0.1w2 ; в  0.5wРезультаты моделирования процессов выравнивания в искусственносозданных «неудачных» начальных условиях представлены графиками на рисунке6.2.маневра при измененных начальных условияхРисунок 6.3 – Результаты моделирования завершающего9495Графики указывают, что в точке приземления разброс по линейномуотклонению в точке приземления не превышает 3 м, по курсу не более 1 градуса,по путевому углу – не более 1 градуса.Эти конечные условия явились следствием следующих начальных условий,которые оказались соответствующими следующим найденным экспериментальноотклонениям:Δz1 = 3.05м; Δz1 = 2.714м; Δψ1 = 2.231⁰; Δψ1 = 1.769⁰;ΔΨ1 = 1.46⁰; ΔΨ1 = 1.2⁰(6.4)Найденных значений (6.4) достаточно, чтобы определить параметрыискомой области приемлемого качества начала выравнивания, которую поаналогии с формулой (6.2) можно ограничить следующим равенством:I в  ( z  zв )2  k3 (  в )2  k4 (   в )2   I 0в ,(6.5)где Iв – функция штрафа бокового движения ЛА в точке выравнивания, I0в –порог, превышение которого соответствует прогнозируемому факту неудачногоприземления и поэтому требует формирования команды ухода на повторный круг,zв ,  в ,  в – параметры опорной траектории в начале выравнивания, k3 и k4 –весовые коэффициенты, которые были назначены следующим образом.Сначала возьмем среднее значение найденных отклонений z1 и z2 и c ихпомощью определим порог I0в:I 0 в  ( z1  z2 ) 2  0.25.Затем найдем среднее значение отклонений  1 и  2 и с их помощьюопределим коэффициент k3:k3 z1  z2. 1   2Аналогичным образом найдем второй коэффициент k4:k4 z1  z2.1   2Оказалось, что коэффициенты k3 и k4 стали соответственно меньшезначений k1 и k2, что указывает на расширение возможных ошибок движения по96мере удаления от точки приземления.

Очевидно, что и порог I0в больше конечногопорога I0к. В частности, для БЛА были получены следующие сравнительныерезультаты:k1 = 3;k3 = 1.441;k2 = 3;k4 = 2.17;I ОК = 9;(6.6)I ов = 8.3.Заметим, что результаты (6.6) были получены для системы управления безкоординации действий в управлении боковым и продольным движением. В итогеможно сделать вывод о том, что если вычислить в момент начала выравниванияфункцию штрафа Iв и сравнить ее с найденным порогом I0в, то в случае егопревышения дается команда ухода БЛА на повторный круг, что повышаетбезопасность посадки. Заметим также, что отличие в показателях безопасности вточках начала и конца выравнивания не могут быть значительными, т.к.возможности управления рулем направления ограничены.6.3Оценка влияния процесса координации работы каналовуправления боковым и продольным движением ЛА на область принятиярешенийКак было сказано выше, возможности устранения отклонений от траекторииполета только рулем направления при нулевом крене ограничены, особенно еслификсировать время выполнения выравнивания, а значит не решать задачукоординации бокового и продольного движения.

Рассмотрим и промоделируемпроцесс регулирования времени выравнивания, используя при этом следующийупрощенный подход. Дело в том, что предложенный в главе 4 подход ккоординации предусматривает одновременное вмешательство в работу двухканалов управления – по высоте и по боковому движению и по принципу«коромысла» предписывает изменение передаточных чисел двух регуляторов.Однако вмешательство в штатную аппаратуру автопилота, называемого в болееобщем виде КСУ – комплексной системой управления, в настоящее время крайненежелательно.97Поэтому в данной работе исследовано и промоделировано вмешательство вработу одного канала управления по высоте, стремясь либо отложить, либоускорить процесс снижения.

При этом канал управления боковым движениемработает в неизменном режиме.В качестве регулируемого параметра используется меняющийся заданныйугол  зад наклона траектории при выравнивании. В штатном режиме полета БЛАего заданная величина  0   1  2 град.

Меняя его в некоторых пределах,30например интервале в интервале [-1 град, -3 град], можно, не вмешиваясь в работуКСУ, обеспечить первоначальную координацию. Эти изменения должныопределяться в зависимости от прогнозируемого итогового отклонения l припробеге после приземления, которое в соответствии с формулой (6.1) для точкиначала выравнивания можно вычислить с учетом (6.5) по формуле:l  ( z  zв )  k3 (  в )  k4 (   в )(6.7)Нужно сразу подчеркнуть, что внесенное изменения угла  зад наклонатраектории остается постоянным на все время выравнивания, т.e первоначальнойкоррекциисоответствуетоднократноевмешательствовмоментначалавыравнивания.Возможны два варианта зависимости регулируемого параметра  зад отпрогнозируемого отклонения l после приземления – релейный и линейный.При релейном способе будет достигнуто более активное вмешательство впроцесс выравнивания при назначении одной из трех альтернатив:если значение l 2 не превосходит величины порога I0в, т.е приемлемоебезопасное приземление гарантировано, тогда используется первая альтернатива:вмешательства нет, и  зад  0  2( град);если значениеl 2  I 0в ,а знак самого отклонения l положителен, (т.е.канал управления боковым движением отстает и ему нужно большее время), тотогда используется вторая альтернатива уменьшения по модулю заданного угланаклона траектории, т.е.

 зад  0    (2  1)  1 град;98еслизначениеl 2  I 0в , иl 0(т.е.нужноускоритьпроцессвыравнивания), то тогда используется третья альтернатива увеличения по модулюзаданного угла наклона траектории, т. е  зад  0    (2  1)  3 град.Структурная схема блока, моделирующего релейный способ изменениявремени выравнивания, показана на рисунке 6.3.Рисунок 6.3 – Структурная схема блока релейного изменения временивыравнивания при посадкеСогласно приведенной структуре, при положительном знаке l на входитогового сумматора поступает сигнал – либо нуль, либо единица, а приотрицательном знаке – либо минус единица, либо нуль. Сигнал на выходесумматорапослеумножениянаисложенияс0даетнужныйтрехальтернативный ответ    ;0 ; 0  При линейном способе ожидается более плавное, хотя и менее энергичное,однократноевмешательствовпроцессвыравнивания,длячегоможновоспользоваться следующей простой формулой: зад   0  k0l(6.8)где k0 – коэффициент, который необходимо назначить.Этот способ рассмотрен в данной работе более подробно и промоделировандля легкого БЛА на ЭВМ.99Прежде чем приступить к моделированию, необходимо оценить значениекоэффициента k0, зная, что пороговое значение прогнозируемого отклонения l,равноеI 0в , соответствует установлению заданного угла наклона траектории  зад, равного 0  kl .

Поэтому можно записать:k0 I 0в   ; отсюда k0 θI 0в(6.9)Значение k0 в (6.9) было уточнено в результате моделирования, котороеустановило факт улучшения качества приземления при предложенном способеоднократной координации. Один из результатов моделирования при учетекоординации между каналами показан на рисунке 6.4.Рисунок 6.4 - Результаты моделирования посадки БЛА при координацииработы каналов продольного и бокового движения100Графики поведения отклонений z, курсового и путевого углов  и  прибоковом ветре w = 12м/с представлены на рисунке 6.4. Конечное состояние вмомент приземления таково, что оценка безопасности Iв уменьшилась на 25% засчет координации.Соответственно, если построить границу допустимой области отклонений вточке начала выравнивания с учетом координации и без неё, то выигрыш поплощади, характеризующий расширение возможностей посадки предложеннымспособом, составляет около 50%. Картина улучшения области допустимыхусловий представлена на рисунке 6.5Рисунок 6.5 – Области приемлемого качества приземления без координациии с координацией работы каналов управления боковым и продольным движениемЛА1016.4Выводы по главе 6На основании проведенных исследований можно сделать следующиевыводы:Предложен единый квадратичный параметрический критерий оценки1.качества приземления в зависимости от отклонений по курсу, путевому углу ибоковому линейному смещению относительно середины ВПП, учитывающийнеудачное сочетание перечисленных параметров с помощью мультипликативныхчленов.Найдена область допустимых отклонений по курсу, путевому углу и2.боковому смещению от номинальной траектории предложенного маневра вначальнойточке выравнивания.

Это позволяет прогнозироватькачествоприземления ЛА и в случае опасного выхода из этой области сформироватьвынужденную команду ухода на повторный круг.3.В результате моделирования на ЭВМ выявлена важность координацииработы каналов управления боковым и продольным движением ЛА на участкевыравнивания.Установлено,чтодажеприпростомлинейномспособерегулирования заданного угла наклона траектории в точке начала выравниванияобластьвозможнойбезопаснойпосадкирасширяется за счет координации в 1,5-2 раза.поприемлемымотклонениям102ЗАКЛЮЧЕНИЕВ диссертационной работе была разработана система автоматическогоуправления посадочным маневром БЛА. Основные результаты могут бытьсформулированы в виде следующих положений.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.