Белоконь С.А. Разработка матмоделей, методов и средств исследования аэродинамики (2018) (1245245), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Разработанная САУ поддерживает режимы демпфирования крена ирыскания; удержания высоты, углового положения, скорости; координированногоповорота; полета по точкам. Стенд полунатурного моделирования используетсядля проверки разработанных алгоритмов управления до начала летныхиспытаний, планирования тестовых полетов, подготовки пилотов-операторов.По мере усложнения авиационной техники и условий ее эксплуатацииповышаются требования к обучению и переподготовке летного состава,надежности и оперативности выполнения поставленных в полете задач. Высокогопрофессионального качества летного состава при минимальных затратах можнодостигнуть при интенсивной форме обучения в условиях широкого использованияэффективныхсредствобучения,преждевсегоавиационныхтренажеровразличных видов [30].

Современный авиационный тренажер – эффективное ибезопасное средство не только первоначального обучения, но также повышения20летного мастерства, переучивания и поддерживания квалификации. Этомуспособствуетимеющаясянатренажеревозможностьвоспроизводитьбольшинство ситуаций, возникающих при взлете, полете и посадке, - отказысистем, выход параметров за рамки допустимых, аварийные внешние условия.Работа [30] затрагивает вопрос использования имитационной модели динамикиполета для современного авиационного тренажера. Сформулированы задачи,которые должны выполняться с помощью тренажера, внешние условия, которыенеобходимо учитывать при моделировании.

Приведена структурная схемаимитатора динамики полета, взаимосвязь его с другими имитаторами.Сопровождающее моделирование представляет собой совокупность методовиисследований,направленныхнаупрощениеанализарезультатовЛИпосредством имитационного моделирования движения аппарата с учетомосновныхподсистемидействующихвозмущений[32].Методикасопровождающего моделирования позволяет упростить анализ полетных данныхи доработать летательный аппарат с целью улучшения его летно-техническиххарактеристик.

По данным летных испытаний проводится коррекция модели и ееверификация. В работе [32] описываются методика и программный комплекссопровождающего моделирования в процессе летных испытаний беспилотныхлетательных аппаратов. В качестве объекта исследования рассматривается классмалоразмерныхбеспилотныхлетательныхаппаратов.Составленаискорректирована по данным ЛИ имитационная модель продольного управляемогодвижения в среде MATLAB/Simulink. На основе составленной модели былпроведен анализ ряда полетов БПЛА и предложены мероприятия по улучшениюего летно-технических характеристик.Новосибирскийнаучно-исследовательскийинститутавиационнойтехнологии и организации производства и Институт автоматики и электрометриисовместноработаютнадоднимизнаиболееперспективныхметодовисследования характеристик летательных аппаратов — технологией свободнолетающих динамически подобных моделей [36, 37] .

В рамках данной работы21создан программно-аппаратный комплекс полунатурного моделирования системуправленияфункциибеспилотнымиразработкилетательнымиматематическойаппаратами,моделипредоставляющийобъекта,исследованияхарактеристик системы управления в различных условиях полета, созданияалгоритмов и программного обеспечения наземного пункта управления ибортового радиоэлектронного оборудования, а также визуализации трехмерноймодели аппарата и закабинной обстановки в режиме тренажера.ОтличительнойособенностьюразработанноговИАиЭСОРАНпрограммно-аппаратного комплекса являются встроенные функции поддержкитехнологии динамически подобных летающих моделей, в частности, поддержкаанализа, сравнения и итерационного уточнения математического описанияобъекта по результатам летных испытаний, а такжереализация методаполунатурного моделирования, позволяющего задействовать как установленныйна самолете пилотажно-навигационный комплекс, так и наземный пунктуправления для регистрации и отображения телеметрических данных в реальномвремени и проверки функционирования системы в целом.1.2 Требования к разрабатываемой платформеИсследованиезадачиуправленияпространственнымдвижениемлетательного аппарата позволило выявить ряд специфических требований,которым должен удовлетворять моделирующий комплекс:•на всех этапах моделирования и исследования летательных аппаратов исистем автоматического управления разработчику требуется простой иудобный инструментарий, который позволяет в короткие сроки вноситьизменения в модели и проводить анализ результатов (MATLAB/Simulink);•для упрощения анализа пространственного движения ЛА, реакции ЛА наразличные возмущающие воздействия необходимы эффективные средствавизуализации;22•система автоматического управления при имитационном моделированиипространственногодвижениялетательногоаппаратаработаетнаперсональном компьютере, а при программно-аппаратном тестировании —набортовомрадиоэлектронномоборудовании.Необходимо,чтобымоделирующий комплекс поддерживал оба режима работы САУ;•включение в моделирующий комплекс бортового радиоэлектронногооборудования, исполнительных механизмов, макета наземного пунктауправления позволяет исследовать объект и систему управления до началалетных испытаний, что существенно снижает риск потери натурногообразца.Следовательно, удобной с точки зрения разработки и исследованийаэродинамики, динамики полета и систем автоматического управления свободнолетающих динамически подобных моделей является архитектура, включающая всебя: блок моделирования, предназначенный для построения математическоймодели объекта и системы управления, а так же необходимых датчиков и линийсвязи; блок визуализации трехмерной модели летательного аппарата и закабиннойобстановки; макет наземного пункта управления, состоящий из рабочего местапилота-оператора (оснащенного органами управления летательным аппаратом) ирабочего места инженера-оператора; макет объекта управления (бортовое радиоэлектронное оборудование, сервоприводы).

Подобный подход к построениюмоделирующего комплекса является дальнейшим развитием предыдущих работ, вчастности – автоматизированной системы диспетчерского управления движениемпоездов Новосибирского метрополитена [38 — 41].1.3 Структура и основные возможностиФункциональностьестественнымобразомиструктуравытекаетиз23программно-аппаратноготребованийтехнологиикомплексаоценкиаэродинамических и пилотажных характеристиклетательных аппаратов сиспользованием динамически подобных летающих моделей, положенной в основуразработки.Основныевозможности,предоставляемыеразработаннымкомплексом:• построение математических моделей объекта и системы автоматическогоуправления;• разработкаалгоритмовипрограммбортовогорадиоэлектронногооборудования и наземного пункта управления;• исследование динамики летательного аппарата и визуализация полета;• тестирование пилотажно-навигационного комплекса (ПНК) и наземногопункта управления;• тренажер летчика-оператора и инженера-оператора;• управление беспилотными летательными аппаратами в автоматическом иручном режимах полета;• идентификация и корректировка модели по результатам летных испытаний.На структурной схеме комплекса полунатурного моделирования (рисунок 1)представлены следующие элементы:• АРМ моделирования (среда MATLAB/Simulink);• АРМ визуализации (авиасимулятор FlightGear);• Макет наземного пункта управления:• АРМ инженера;• АРМ пилота;24• Контроллер модема;• Эмулятор радиолинии;• Макет летательного аппарата:• Пилотажно-навигационный комплекс;• Сервоприводы.Рисунок 1: Структурная схема комплекса полунатурного моделированияСиним цветом выделены линии связи, задействованные при программноаппаратном тестировании, зеленым — видеоканал макета носовой камеры ЛА.Приреализациипрограммногообеспечениястендаполунатурногомоделирования использовано модульное построение с изолированными рабочими25пространствами (контейнерами), которые могут исполняться одновременно как наодном, так и на нескольких компьютерах локальной технологической сети, чтопозволяет использовать сложные модели летательных аппаратов и системавтоматическогоуправления,требующиезначительныхвычислительныхресурсов; активировать несколько систем визуализации одновременно (ракурсы исценарии);имитироватьтелеметрическойпрограммныхоборудованиеинформациеймодулей;илиниипосредствомреорганизоватьобменадинамическирабочиеместакоманднойиподключаемыхразработчиковматематических моделей и программного обеспечения по мере необходимости.1.4 Моделирование и визуализацияМатематическое описание летательного аппарата (включая модели системыуправления, датчиков, исполнительных механизмов, радиолинии) и окружающейсреды (силы и моменты реакции опоры, аэродинамических возмущений и т.

п.)осуществляется на включенном в состав комплекса АРМ моделирования, которыйпредставляет собой одно или несколько рабочих мест, оборудованных средойразработки MATLAB/Simulink с расширениями Aerospace Toolbox и AerospaceBlockset.Модель системы автоматического управления в типовой конфигурацииотделена от модели объекта для более точной имитации реального программногообеспечения пилотажно-навигационного комплекса, которое (в отличие отMATLAB/Simulink модели ЛА), работает в режиме вычислений с фиксированнымшагом на постоянной частоте 100 Гц. Общая схема функционирования приведенана рисунке 2: в контроллер поступает информация о состоянии объектауправления (блок «From Plant_ll») и команды от органов управления (блок «FromRC»). Далее, в зависимости от показаний датчиков и выбранного режима полета,выбирается закон управления («прямое управление», «возврат на базу»,«планирование», «стабилизация») и рассчитываются необходимые параметры26управляющих контуров.

На следующем шаге вычисляются требуемые длявыполнения заданного маневра управляющие воздействия, которые затемраспределяются по исполнительным механизмам (блок «Control Allocation») ипоступают на выходы контроллера (блок «Controller Outputs»).Рисунок 2: Модель системы автоматического управленияОтдельные алгоритмы системы управления рассматривались в работах [42,43]. В качестве примера на рисунке 3 приведена траектории полета вавтоматическом режиме «возврат на базу», который активируется при отказеуправляющей радиолинии, либо пилотом вручную. На параметры полета приэтом накладывается ряд ограничений по высоте, скорости, максимальным угламориентации и радиусу поворота вокруг заданной точки.Визуализация трехмерной модели летательного аппарата и закабиннойобстановки реализована на основе свободно распространяемого авиасимулятора соткрытым исходным кодом FlightGear, который поддерживает режим отображенияданных, получаемых от внешней модели динамики полета.

Характеристики

Список файлов книги