Диссертация (Система автоматического управления посадочным маневром беспилотного летательного аппарата при действии бокового ветра), страница 7

ФОРМИРОВАНИЕ ЛОГИКИ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ СОДНОГО РЕЖИМА ПОЛЕТА НА ДРУГОЙ ПРИ АВТОМАТИЧЕСКОЙПОСАДКЕВ предыдущих главах был подробно описан специальный маневр,выполняемыйвовремязаходанапосадку,однакоещеосталисьнеисследованными следующие вопросы:а) Определение зависящих от силы w бокового ветра размеров областей A0,A1, A2, A3, для которых назначаются свои законы управления ЛА,б) Автоматизация переключения этих законов с одного на другой припопадании ЛА в очередную область Ai, показанную на рисунке 3.1..0A0. .

. .12A1точкаприземленияна ВПП3A2A3Рисунок 3.1 – Схема расположения участков выполнения отдельныхрежимов управления посадочным маневромПри решении данных вопросов были приняты следующие допущения:1. Считается, что при снижении по глиссаде реализуются три новыхрежима полета в соответствии с областями A1, A2, A3 – уход от заданной линиипути в направлении действия бокового ветра, возвращение к ней при управлениипо крену и заключительное движение при нулевом крене с помощью рулянаправления.2. Скорость полета V считается заданной и неизменной.3. Снижение по глиссаде происходит на участках A1 и A2 с углом наклонаmax, на участке A3 – с меньшим углом наклона min.454.

Боковое движение ЛА определяется заданной линией пути, для которойизвестны координаты x0, z0 точки приземления и заданный путевой угол 0.5. С помощью спутниковой навигации известны текущая дальность r доточки приземления и координаты y и z высоты полета и бокового отклонения.6. Для управления посадкой используются три регулятора – управлениярулем высоты U1, управления рулем направления U2 и управления по крену U3элеронами.При этом требуется определить условия автоматического переключенияработы системы с одного режима посадки на другой.3.1Определение необходимых расстояний на выполнение каждого изчетырех режимов полетаКак было сказано выше, при попадании ЛА в один из показанных нарисунке 3.1 прямоугольных участков реализуется нужный режим посадочногоманевра. Заметим, что одна из сторон zi каждого прямоугольника неизменна иодинакова, а две другие границы xmin, xmax заранее неизвестны и должны бытьрассчитаны в полете в зависимости от скорости w бокового ветра и скоростиполета V.

Этим границам соответствуют показанные на рисунке 3.1 дальности r0,r1, r2, r3 до заданной точки приземления, которые вычисляются, исходя изследующих соображений [34].Дальность r3 последнего завершающего участка A3, на котором исключеноуправление по крену из-за близости к земле, определяется минимальной высотойHmin, меньше которой ненулевой крен запрещенr3 H min. min(3.1)Дальность r2 для участка A2 определяется располагаемым временем t2  Cw ,необходимым для возвращения ЛА на заданную линию пути, и скоростью полетаV.r2  r3  Vt2  r3  CwV ,(3.2)46где C = 0,8  0,9.Дальность r1 складывается из r2 и пути S, необходимого на участке A1 дляухода с линии пути в подветренную сторону.

На участке A2 противоположноебоковое движение осуществляется навстречу ветру, поэтому пути S, равного Vt2,будет вполне достаточно для совершения первой части маневра. Отсюда получим:r1  r2  S  r3  2S  r3  2CwV .(3.3)Наконец, дальность r0 есть функция начальной высоты H0, с которойначалось снижение, и с учетом того, что сначала снижение происходит с однимуглом max наклона траектории, а на этапе выравнивания на участке A3 – с другимуглом min. Тогда получим:r0 H0 max 11 H min   min  max.(3.4)Формул (3.1 – 3.4) достаточно, чтобы назначить все параметры участков Ai,определяющих стороны прямоугольников.3.2Определение контрольных значений высоты полета при посадкев точках переключенияПри выполнении посадочного маневра необходимо контролировать нетолько дальность до точки приземления, но и текущую высоту полета.

Этооказывается особенно важным при наличии ветровых возмущений не только вбоковом, но и в продольном канале. Кроме того, информация о дальности доточки приземления не всегда может быть получена, в связи с этим переключениемежду каналами системы управления посадкой возможно осуществлять подостижению некоторых контрольных значений высоты, которые могут бытьполучены из рассчитанных дальностей участков по формуле:Hi = θmax (ri – r3) + H3,где i = 1,2, H3 – высота начала выравнивания, ri – длина i-го участка.(3.5)47Таким образом, получается, что каждому участку соответствует как егодальность r, так и два значения высоты, которые определяют границы участка впространстве. Это наглядно представлено на рисунке 3.2.0A0A1A2A3tzзадr0zr1r2yr3H0H1H2H30tРисунок 3.2 – Схема расположения участков выполнения отдельныхрежимов управления посадочным маневромЕсли подставить в формулу (3.5) выражение (3.3) для дальности каждого изучастков, можно определить каждую из высот, задающих границы участков:H1 = 2CwVθmax + H3 ,H2 = CwVθmax + H3 ,H3 = Hmin.483.3Оценка необходимого бокового и углового положения БЛА напервом участке маневраНа участке A1 боковое отклонение zзад от обычной заданной линии пути,используемой в отсутствие бокового ветра, определяется при допущении оравноускоренном боковом движении, и предлагается следующая оценка,полученная экспериментальным путем по данным моделирования на ЭВМ:z зад  sign( w)9 w  0.68w20.1  V.(3.6)Кроме того, в конце данного участка ЛА должен иметь некоторое значениеугла курса таким образом, чтобы его продольная ось была направлена противветра.

Данное значение курсового угла пропорционально углу ветра: зад Bw,Vгде причем B – коэффициент пропорциональности зависит от характеристикЛА. После проведения оценки при помощи моделирования на ЭВМ удалосьвыяснить, что его значение изменяется в пределах от 0.5 до 1.На участке A2 при завершении маневра по крену нужно иметь такуюпутевую скорость, чтобы ЛА двигался навстречу ветру с некоторой боковойскоростью не менее 0,5w. Поэтому можно получить следующую оценкужелаемого путевого угла: çàä 3.40,5w.V(3.7)Назначение уставок в регуляторы управления посадкойВ предыдущих подразделах формулами (3.1 – 3.7) были описанынеобходимые параметры предлагаемого посадочного маневра.

Эти параметры,или уставки, передаются в регуляторы, управляющие движением по желаемойтраектории. Полученные уставки для наглядности сведены в таблицу 3.1.49Таблица 3.1 – Определение участков посадочного маневра и назначения уставокX max задH задZ зад çàä  зад  зад№ X minA0r1r0 max  r A1r2r1 max  r A2r3r2 max  r A3r30H min  min H min  min H min  min min r00 max maxBwV0 max max000,5wV max max0000min0sign(w)9 w + 0.68w 20.1VВерхняя строка и левый столбец этой таблицы являются заголовочными.Второй и третий столбцы определяют меняющиеся размеры участков Ai, которыенадо вычислять в реальном масштабе времени в зависимости от w и V.Столбцы 3 – 7 правой части таблицы 3.1 содержат следующие уставки врегуляторы – задающее текущее значение высоты Hзад при снижении по глиссаде,заданное боковое отклонение zзад от линии пути, проходящей по середине ВПП,заданный требуемый путевой угол зад, заданный максимально допустимый уголкрена зад и заданный модуль |зад| наклона траектории.

Таким образом, уставкамиявляются те задающие воздействия, которые подаются в регуляторы дляуправления рулем высоты, рулем направления и элеронами. При этом заданнаяскорость V считается известной и поддерживается постоянной автоматомуправления тягой.Уставки меняются либо скачком, либо вычисляются по следующимформулам. На участке A0 задающее воздействие Hзад вычисляется как функцияизвестной текущей дальности r.HH зад   max  r  min min.(3.8)На участке A3 при сходе с глиссады скачком меняется угол наклонатраектории с целью её выравнивания, и вместо max в таблице указано значениеmin.50В итоге выделенные более жирно элементы таблицы 3.1 вычисляются врежиме реального времени в полете как функции текущей дальности r, скоростиw бокового ветра и скорости V – всего 5 элементов при определении размеровучастков и 6 элементов при вычислении уставок.3.5Алгоритм автоматического переключения режимов управленияпосадкой при использовании трех регуляторовСам алгоритм переключения режимов полета весьма прост и может бытьпредставлен блок-схемой, показанной на рисунке 3.3.r>r0да горизонтальный полетна заданной высоте Н0нетr>r1да обратиться в сроку 1, табл.1 и переслать уставки изстолбцов 3-7 в регуляторынетr>r2нетr>r3нетда обратиться в сроку 2, табл.1 и переслать уставки изстолбцов 3-7 в регуляторыдаобратиться в сроку 3, табл.1 и переслать уставки изстолбцов 3-7 в регуляторыобратиться в сроку 4, табл.1 и переслать уставки изстолбцов 3-7 в регуляторыРисунок 3.3 – Блок-схема алгоритма автоматического переключения режимовуправления посадочным маневромКак видно из блок-схемы, переключение между участками посадочногоманевра происходит в зависимости от текущей дальности r до точки приземления.При уменьшении этой дальности до известных значений ri происходит передачауставок в регуляторы.