Диссертация (Система автоматического управления посадочным маневром беспилотного летательного аппарата при действии бокового ветра), страница 6

Известные методы посадки при боковом ветре требуют либо участиячеловека в процессе управления, либо дополнительное оборудование, либовызывают значительные нагрузки на шасси.5. Аналитическое конструирование регуляторов позволяет найти законоптимального управления в квадратурах, что сразу определяет структурурегулятора замкнутой системы управления.5. Посадочный маневр был разбит на 4 участка, для каждого из которыхнеобходимо определить его размер, сформировать законы управления и логикупереключения между ними, а также предложить логику координированногоуправления боковым и продольным движением БЛА.37ГЛАВА 2. ФОРМИРОВАНИЕ АЛГОРИТМОВ МНОГОРЕЖИМНОГОУПРАВЛЕНИЯ БОКОВЫМ ДВИЖЕНИЕМ САМОЛЕТА ПРИ СНИЖЕНИИПО ГЛИССАДЕ И ВЫРАВНИВАНИИ2.1Общий подход к последовательности действий при выполнениипосадочного маневраОсновной замысел бокового движения БЛА состоит в том, что вначале научастке A1 (см.

рисунок 1.5) осуществляется отход на расстояние zзад от заданнойлинии пути, чтобы затем лететь параллельно ей при путевом угле, равнымзаданному курсу ВПП и не равным нулю курсовом угле, для оказанияпротиводействия боковому ветру w [28]. Время t1 выполнения этого действия,включая параллельный полет рядом с заданной линии пути, не лимитировано посравнению с заранее рассчитываемой величиной zзад, зависящей от силы боковоговетра.Основным является участок A2 весьма энергичного возвращения назаданную линию пути, который должен начаться в заранее рассчитанный моментснижения по глиссаде, отстоящий от момента приземления на определенноевремя (t2 + t3).Участок A3 вблизи земли исключает управление по крену, и поэтому нужноперейти на использование только руля направления, стремясь двигаться поокружности, для которой характерно совпадение курсового и путевого углов,чему соответствует простая формула:z ( z  w) 2.aminТаким образом, подводя итоги рассмотрения различных действий, дляуправления боковым движением можно считать необходимым использование накаждом из участков двух регуляторов: управления рулем направления иуправления элеронами [29].382.2Выбор алгоритмов автоматического управления боковымдвижениемРассмотрим последовательно каждый из участков бокового маневра,представленного на рисунке 1.5, и зададимся законами управления рулемнаправления и элеронами для каждого из них.На участке A0 происходит полет с нулевым отклонением от оси ВПП, тоесть управление в боковом канале должно осуществлять стабилизацию накурсовой линии.

При этом простейший типовой закон управления, как этопоказано в [30], имеет вид: э  kэ ( зад   )  kэx x ; зад  kz z  k  ,где γ – угол крена, γзад – заданное значение крена, ωx – угловая скоростькрена, z – боковое расстояние от оси ВПП, Δψ – значение курсового угла наполосу, kэ , kэ , kz , k – коэффициенты закона управления.xДанный закон можно переписать в следующем виде, добавив в негослагаемое, пропорциональное боковой скорости для демпфирования колебанийотносительно оси ВПП: э0  Kэ0  Kэ0x x  Kэz0 z  KэVz0Vz  Kэ0 .(2.1)Во время полета информация об углах и угловых скоростях БЛА, а также обистинном угле курса может быть получена с бортовых датчиков, а дляопределения значений боковой скорости и бокового отклонения можноиспользовать либо навигационные системы, например спутниковые, либоназемные курсо-глисадные системы при наличии на борту приемников сигналовкурсового и глиссадного радиомаяков [31].В канале руля направления главной задачей является выдерживаниенаправления на ВПП, поэтому закон управления включает в себя значения угловкурса, пути и угловой скорости курса, умноженные на соответствующиекоэффициенты:39 н 0  K н 0  K н0y y  K н0.(2.2)На участке А1, где происходит уход на заданное расстояние от ВПП,главную роль в боковом движении играет канал управления по крену, так какизвестно, что данный способ является более эффективным по сравнению сметодом управления скольжением, поэтому регулятор управления элероноввключает в себя отклонение, пропорциональное рассогласованию между текущимбоковым отклонением z и желаемым zзад, и имеет следующую линейную форму: э1  Kэ1  Kэ1x x  Kэz1 ( z  zзад )  KэVz1 Vz.(2.3)Руль направления при этом должен действовать так, чтобы на выходе изучастка A1 значение угла курса было равно некоторому заданному значению ψзад,а путевая скорость была направлена по оси ВПП, то есть, чтобы носовая частьБЛА была направлена против ветра при движении параллельно первоначальнойлинии пути.

Также в законе управления необходимо добавить член, отвечающийза демпфирование колебаний, и таким образом закон управления рулемнаправления получает следующий вид: н1  Kн1 (  зад )  K н1y y  K н1 .(2.4)На участке А2 начинается маневр по энергичному возвращению к оси ВПП,то есть канал крена продолжает играть главную роль на данном этапе. При этом вконце данного участка необходимо набрать такую боковую скорость противветра, которая бы позволила на последующем участке A3 снизить ее до нуля вмомент возвращения к линии пути и одновременного приземления. В законуправления элеронами входят слагаемые, отвечающие за устранение боковогоотклонения и его колебаний, за устранение крена и его колебаний, а такжепутевой угол, как член, пропорциональный боковой скорости: ý2  Ký2  Ký2x x  Kýz2 z  Ký1 (   çàä ).(2.5)Руль направления здесь имеет вспомогательное действие, и его законуправления имеет следующий вид: н 2  K н 2  K н2y y  K н2 (   зад ).(2.6)40На участке А3 роли каналов изменяются, так как здесь БЛА находитсяблизко к земле, в связи с чем управление по крену запрещено из-за опасностизадевания крылом земли.

Поэтому элероны на данном этапе только лишьустраняют крен: э3  Kэ3  Kэ3x x ,(2.7)а основное управление ведется рулем направления, который на данномзавершающем участке маневра устраняет оставшееся значение боковогоотклонения, боковой скорости и угла скольжения: í 3  K í 3 (   )  K í3y y  K íz3 z  K íVz3Vz.(2.8)Коэффициенты всех законов управления могут быть найдены методоманалитического конструирования оптимальных регуляторов, который подробнобыл описан в главе 1, а затем должны быть уточнены при моделировании дляопределенного типа воздушного судна.Выбор алгоритмов управления продольным движением2.3Управление в вертикальной плоскости производится путем отклонения рулявысоты.

Обычно вертикальный канал называют каналом тангажа, так как этотугол является основным, определяющим движение в продольной плоскости.Простейший вид закона управления тангажом имеет следующий вид: рв  K рв (  зад )  K рвzz ,(2.9)где Δδрв – отклонение руля высоты,  – угол тангажа, çàä – заданный уголтангажа, ωz – угловая скорость тангажа, K рв , K рвz – коэффициенты законауправления.Внашемслучаезаданныйуголтангажадолженбытьпропорционален отклонению от глиссады ΔH:зад  KHзад H .(2.10)Глиссада же, в свою очередь, может задаваться либо глиссаднымрадиомаяком, о чем было сказано в главе 1, либо же при отсутствии41радиооборудования, она может быть определена простой формулой, получаемойгеометрически из оставшейся дальности до точки приземления:H = H0 – θ·V·t,(2.11)где H0 – начальная высота, с которой начинается снижение, θ – угол наклонаглиссады, V – путевая скорость самолета, t – время от начала снижения.Таким образом, объединив выражения (2.9) – (2.11), можно получитьобщую формулу для управления продольным движением ЛА при снижении поглиссаде: ðâ1  K H 1  H 0  Vt   K1  K z1z .(2.12)Во время снижения по глиссаде ЛА имеет довольно высокую вертикальнуюскорость, при наличии которой соприкосновение с землей недопустимо.

В связи сэтим необходимо уменьшить вертикальную скорость при касании земли, чтодостигается за счет уменьшения угла наклона траектории движения. Этап полета,в процессе которого ЛА переходит от снижения по глиссаде на новую траекториюс меньшим углом наклона, называется выравниваниемВ процесса выравнивания ЛА, как правило, движется по криволинейнойтраектории, сопрягающей глиссаду и прямую, параллельную или имеющуюмалый наклон к земной поверхности. Искривление траектории происходитвследствие действия центростремительной силы, возникающей при увеличенииугла атаки самолета [32]. В настоящее время для посадки гражданских самолетовприменяется следующий закон изменения вертикальной скорости во времявыравнивания: H  cH ,где c – коэффициент пропорциональности.1cВведя обозначение T  , получим:(Tp  1) H  0.Решение этого уравнения дает текущее значение высоты:421TH (t )  H 0e ,(2.13)где H0 – высота начала выравнивания.

В формуле (2.13) присутствуетэкспонента,поэтомутакуютраекториювыравниванияназываютэкспоненциальной [33].Для обеспечения плавного перехода к выравниванию необходимо, чтобы вточке начала выравнивания касательная к экспоненте совпадала с глиссадой. Этовозможно, еслиTH0.VТаким образом, получаем закон управления рулем высоты на этапевыравнивания: ðâ1  K H 2  H  H çàä   K 2  K z 2z ,где H зад  (2.14)H  T1e .TОднако для БЛА нет большой необходимости в сложной реализации этапевыравнивания, кроме того, цель данной работы сосредоточена на управлении ЛАв боковом канале, поэтому для упрощения моделирования было решеноиспользовать для выравнивания закон управления вида (2.11), в которыйподавался бы угол, меньший, чем угол наклона глиссады.432.4Выводы по главе 2На основании проделанных в данной главе исследований можно сделатьследующие выводы:1.

Найдены формулы для законов управления в боковом канале длякаждого участка таким образом, что: на участке A0 ЛА старается двигаться вдоль оси ВПП, и,следовательно, законы управления рулей направления и элероновдолжны работать на устранение бокового отклонения; на участке A1 происходит уход от первоначальной курсовой линиивбок по ветру на некоторое расстояние zзад, то есть необходимотраекторное управление с преобладающим значением управления покрену; на участке A2 канал элеронов продолжает влиять главную роль внаборе скорости против ветра во время маневра по возвращению к осиВПП; на участке A3 элероны должны поддерживать нулевое значение, а рульнаправления устраняет оставшееся боковое отклонение и разницумежду курсовым и путевым углами.2.

Также найдены законы управления в продольном канале для двух этаповпосадки: снижения по глиссаде и выравнивании. Во время снижения по глиссадезакон управления рулем высоты может использовать либо значение высотыполета и вертикальной скорости, полученные с бортовых датчиков, либо сигналотклонения от глиссады, который подается с наземной курсо-глиссадной системы.44ГЛАВА 3.