Белоконь С.А. Разработка матмоделей, методов и средств исследования аэродинамики (2018) (1245245), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Ершова «Пе рспективы систем информатики», Новосибирск, 2009 г.• The IASTED International Conference “Automation, Control, and Infor mation Technology (ACIT 2010)”, Novosibirsk, 2010 г.•XII международная научно-практическая конференция «Энергетическая безопасность России: новые подходы к развитию угольнойпромышленности», Кемерово, 2010 г.•Третья российская конференция с международным участием "Техни ческие и программные средства систем управления, контроля и изме рения", Москва, 2012 г.• The 2013 IFAC International Conference «Intelligent Control andAutomation Science», Chengdu, 2013 г.•XVIII Международная конференция "Проблемы управления и моделирования в сложных системах", Самара, 2016 г.ПубликацииПо результатам выполненных в диссертационной работе исследований иразработок опубликовано 13 печатных работ, включая 4 статьи в рекомендованных ВАК журналах.14Личный вклад автораВсе выносимые на защиту положения и результаты диссертационной работыполучены и разработаны автором лично или при его непосредственном участии.Автор принимал активное участие в разработке и реализации программноаппаратной платформы полунатурного моделирования, создании математическихмоделей летательных аппаратов, элементов системы управления, а так жепроведении модельных и натурных экспериментов и анализе результатов.Структура и объем работыДиссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, 3 приложений,и списка цитируемой литературы из 99 наименований и изложена на 110страницах, включает 19 рисунков и 2 таблицы.В первой главе представлена разработанная программно-аппаратнаяплатформа полунатурного моделирования, отличительной особенностью которойявляются встроенные функции поддержки технологии динамически подобныхлетающих моделей, а так же работа в двух режимах: модельного времени (длячисленного моделирования) и реального времени (для тренажера пилотов,программно-аппаратного тестирования).Во второй главе приведена разработанная полная нелинейная модельдвижениятехнологическоголетательногоаппаратаЛЛвтрёхмерномпространстве и результаты численных экспериментов, демонстрирующихреакцию аппарата на отклонения органов управления при различных скоростяхдвижения и воздействия внешних возмущений.В третьей главе представлен разработанный метод управления угловымположением летательного аппарата, основанный на расчете потребных моментоввращения, приводящих летательный аппарат в заданное пространственноеположение по желаемым траекториям в пространстве состояний.15В четвертой главе для решения проблемы планирования маршрута,заданного последовательностью поворотных пунктов, предложен метод расчетаплоскойтраектории,состоящейизсопряженных клотоидами.16ориентированныхотрезковпрямых,Глава 1.
Программно-аппаратная платформаполунатурного моделирования1.1 ВведениеЛетающая динамически подобная модель самолета представляет собойбеспилотный летательный аппарат [18] научно-исследовательского назначения,способный совершать автономный или дистанционно управляемый полет позаданной программе и обеспечивающий возможность регистрации получаемой вполете информации. Метод исследований с помощью ЛДПМ позволяет устранитьразрыв между испытаниями моделей в аэродинамических трубах и летнымииспытаниями натурных летательных аппаратов.
Исследования на ЛДПМпозволяют получить достоверный прогноз поведения самолета на критическихрежимах полета, определить способы возвращения в область эксплуатационныхрежимов, оценить эффективность различных противоштопорных устройств ивлияниесистемыавтоматическогоуправления,скорректироватьпринеобходимости алгоритмы САУ. На ЛДПМ могут быть адекватно смоделированывзлетно-посадочные режимы и пространственные маневры с использованиемотклонения вектора тяги, есть возможность отработки системы активногоуправления перегрузкой.АлгоритмыуправленияполетомБПЛАреализуютсявбортовомпроцессоре и должны пройти стадию наземной отработки с целью устранениявозможных ошибок. Активно развивающиеся на сегодняшний день подходы котладке систем перспективных управляемых летательных аппаратов, а вдальнейшем и для оценивания и подтверждения их тактико-техническиххарактеристик, базируются на ресурсосберегающей технологии, ключевыемоменты которой:17• преобладание математического и полунатурного моделирования в сравнениис натурными работами;• обеспечениедостоверностииадекватностипроводимыхназемныхиспытаний составных частей изделий их штатному функционированию;• проведение модульного тестирования бортового программного обеспечения[19].На всех этапах проектирования систем управления БПЛА ключевую рольиграют стенды имитационного и полунатурного моделирования с полной иличастичной имитацией объекта управления, бортовых приборов навигации,органов управления, обеспечивая возможность испытаний системы управления сцелью оценки влияния на характеристики системы тех или иных факторов,имитирующих условия эксплуатации с заданными требованиями [20].Отработка алгоритмов функционирования и аппаратного обеспечениясистемы управления на имитационном стенде дает возможность разработчикамболее детально изучить поведение приборов и системы управления в целом, чтоснижает их стоимость, а также конечную стоимость объекта управления.Математические модели, входящие в состав программно-математическогообеспечения имитационного стенда должны создаваться по модульному принципу,позволять производить доработку программных модулей, либо их заменукомпонентами тестируемого бортового радио-электронного оборудования.Стенды полунатурного моделирования разрабатываются и применяются длямоделирования систем автоматического управления летательными аппаратами ивизуализацииполетавразличныхрежимах,тестированияалгоритмовпилотирования, сопровождающего моделирования летательных аппаратов, вкачестве тренажеров пилотов [19 — 32].В работе [19] исследуется полунатурная модель работы БПЛА, состоящая изинерциального блока, блока управления и рабочего места.
Полунатурная модельпостроена на основе математической модели пространственного движения БПЛА18при наведении на неподвижную точку прицеливания. Проведено модульноетестированиеблокауправленияЛА,атакжебесплатформенноймикромеханической инерциальной навигационной системы с помощью стендаполунатурного моделирования. Моделирование полной, замкнутой системыполетаобъектауправленияпроводитсявсредепрограммированияMATLAB/Simulink [33]. Контролируемые параметры на выходе из блокасравниваются с расчетными параметрами из математической модели.Работы [20, 21] посвящены созданию стенда для отработки и испытанийбортовой аппаратуры системы управления, а также отработки алгоритмовнавигации, управления, комплексирования с аппаратурой спутниковой навигации,начальной настройки системы управления, информационного взаимодействия.Стенд используется совместно со штатной бортовой САУ БПЛА и позволяет вреальноммасштабесоответствиисихвремениимитироватьэлектрическимииприборыокруженияинформационнымиСАУвпротоколамивзаимодействия.
Исследуется беспилотный летательный аппарат Aerosonde, AIICorporation, Melbourne. Для моделирования ЛА и системы управления авторыиспользуют MATLAB/Simulink. Математическая модель БПЛА выполнена помодульному принципу, что позволяет производить постепенную замену компонентматематической модели реальными компонентами системы управления для целейих автономной отработки.
Программное обеспечение стенда имитационногомоделирования реализовано на языке C++.Разработка платформ для программно-аппаратного тестирования системавтоматического управления рассматривается в работах [22 — 26]. В [24]подробноописываетсяпространственногоидентификацияпроцессдвиженияпараметровсозданияполнойбеспилотногоикоррекциянелинейнойлетательногомодели,созданиемоделиаппарата,системыавтоматического управления. Для реализации алгоритмов используется стендполунатурного моделирования, в состав которого входит моделирующий комплекс(Matlab/Simulink), подсистема визуализации (FlightGear [34]), макет наземного19пункта управления.
В качестве примера, в работе [25] рассматривается процесссоздания и исследования подсистемы автоматического движения ЛА по заданнойтраектории.В работе [27] описывается подход к организации тестирования алгоритмовпилотирования в форме имитационного моделирования объекта управления –самолета.Кромеэтогоосвещаютсявопросыразработкипрограммногообеспечения для бортового комплекса управления. В качестве системымоделирования полета летательного аппарата и в качестве среды визуализациииспользуется авиасимулятор FlightGear.
Имитационный стенд использован дляразработкии тестированияалгоритмовстабилизациитангажа икрена,стабилизации курса и высоты, а так же движения ЛА по заданной траектории.В статье [28] рассматриваются вопросы построения нелинейной моделипространственного движения летательного аппарата, создания и программноаппаратногомоделированиятестированияБПЛАисистемыавтоматическогосистемыуправленияуправления.используетсяДлясредаMATLAB/Simulink, визуализация реализована с помощью Microsoft FlightSimulator [35].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
