Буков В.Н. Адаптивные прогнозирующие системы управления полетом (1987) (1246771), страница 24
Текст из файла (страница 24)
— векторная и матричная функции, отражаюшие основные динамические свойства "внутреннего контура управления" или нижнего уровня многоуровневой системы. Выбор этих функций основывается на опыте создания систем управления дпя объектов рассматриваемого типа. Уравнение (5.22) представляет собой упрощетааую модель процессов в блоке нижнего уровня иерархии.
Наличие такой модели позволяет прн синтезе управлений верхнего уровня учесть лииамичеасие воэможности нижнего уровня. Чтобы получить алгоритм управления блоком хэ„= Д, (хьм т) + р„(х„, г) и„, (5.23) х =Р' (хм,х~), необходимо зги уравнения представить в виде (3.8) „а затем воспользоваться соотношениями (3 15) и (3.29) -(3.31). Введем обозначения хэа А. йе х ав, г" ю р= х- Р'- О Воспользовавшись, например, выражениями (ЗЗ2), (ЗАО), (3.45) и (3.46), . получим О ЭД~, дхм д~. дгдхэ дхр дхэ, (т) д~~;,(т) дхэ.(т„) дат„) У(т) = Ы~(т~ ~~(т) д,.(т„) д д(т.) дхм и, вводя обозначение Т(т) = 1Я, найдем аг'<~„>, ~, аг,', .<~„> дг~„,() ' Г, да,(), дО(т)1 ~9(т) ти Мэ(т) ~9(т) Здесь матрицы гя(т) и Уд(т) удовлетворяют уравнениям а дл,.
а др) дг. у 'у у, у+ Су 1т" д,. "' Дт ' д,. " дх,. (5.25) (5.26) с начальными условиямн Уя =Е„У„= О. Уравнения (5.25) н (5 26) вычисляются на решениях уравнений ~1 И вЂ” х;, = Ды(хы. т), — хр =Е;(хм,х) (5.27) (5.28) с начальными условиями зсы(ги) =%1(гн)» зсг(ги) =ху(ги) ° (5.29) Алгоритм (5.25) — (5.29) является обобщением алгоритма (5.21) для объекта (5.23).
Действительно, объект (5.23) приводится к последним двум уравнениям (5.19) выполнением условий ~', = О и ры = Е. Но зти же условия приводят с учетом переобозначения У11 = У11 к алгоритму (5.21) . Лля зыючи управления движением лА существует традиционное разделение на ряд подзадач различного уровня.
В качестве таких уровней можно указать; — уровень выбора и расчета маршрута движения ЛА, на котором по целевой установке использования ЛА определяется оптимальная или предпочтительная траектория движения ЛА от начального пункта к конечному или формируются условия текущего формирования такой траектории (программированне полепюго задания); — уровень траекторного управления, на котором ЛА, как правило, полагается материальной точкой н определяется отклонение деиствнтельной траектории движения ЛА от заданной нли формируемой по установленным правилам, а также синтезируются команды сокращения зтого отклонения; — уровень пилотирования, для которого характерно управление движением ЛА как твердым телом с целью реализации команд траекторного уровня.
На рис. 5.3 схематически показано установившееся на практике взаимодействие различных уровней управления полетом (ПрНК вЂ” прнцелыюнавигационный комплекс, предназначенный для решения задач уровня траекторного управления; ПК вЂ” пнлотажиый комплекс, осуществляющий непосредственное управление движением ЛА) . Такое разделение существен- 4Ьадаелу лззчпвФювл) явойазв Гю миг Рнс. 5.3. Взаимодействие различима уровней управлении полетом 112 но упрощает решение многих практических задач управления, хотя, с одной стороны, является условным, а с другой стороны, не исчерпывает все воэможнме уровни. Так, могут рассматриваться, например, уровни управления грущювым полетом ЛА и уровни управления функционированием различных авиационных систем (сютовой установкой, вооружением и пр.) .
Автоматизация н оптимизация заданных уровней управлений возможны на основе алгоритмов с прогнозирующимн моделями. 3 52. Непрерывное управление на пнлотажном уровне Предполагается, что в пилотажный комплекс из более высокого уровня иерархии управления поступает командный сигнал. Если этим более высоким уровнем является прицельно-навигационный комплекс, то командный сигнал может поступать в виде, например, зацанных перегрузок (2.19) вдоль осей какой-либо выбранной системы коордянат или в виде заданного углового положения ЛА. Если же роль старшего уровня иерархии в рассматриваемом режиме играет экипаж, то в пилотажный комплекс поступают сигналы, соответствующие перемещениям органов управления в кабине экипажа.
В этом случае заданные перегрузки нли заданное угловое положение ЛА может формироваться с помощью эталонной модели (илн совокупности эталонных моделей) . Эталонные модели представляют собой математические (часто улрощениыс) модели движения ЛА, отвечающие наиболее высоким оценкам его пилотажных свойств. Принципы формирования этих моделей опираются на особенности ощущений летчика и его возможности работы в контуре управления движением ЛА 15.б, 5.7). Задачей системы управления на пилотажном уровне является формирование управляющих сн!т!алов для рулевых органов ЛА, обеспечивающее достижение и выдерживание заданных перегрузок нли заданного углового положения.
Критерии оптимизации управляющих сигналов пнлотажиого комплекса формируются в отклонениях действительного состояния ЛА от заданного (эталонного). Пилотажный комплекс, построенным по изложенным выше принципам, обеспечивает оптимальное в смысле этого критерия слежение управляемым ЛА за заданным состоянием нли эа состоянием эталонной модели. Будем рассматривать задачи, в которых используемь!е рулевые органы характеризуются непрерывным во времени изменением положения, В число таких рулевых органов, как правило, входит большинство аэродинамических рулей (см.
табл. 2.1). Применительно к задаче улучшения устойчивости и управляемости ЛА общая схема многопараметрической адаптивной оптимальной системы (см, рис. 15) с прогнозирующей и эталонной моделями прн управлении скоростью перемещения рулевых органов принимает вид, показанный на рнс. 5.4. Здесь используются обозначения: хм(г) — прогнозируемое в ускоренном времени т состояние лА; хэаа (т) — заданное состояние„ формируемое в том же ускоренном времени эталонной моделью; оп~ и е" — отклонения рулевых органов, создаваемые соответственно ПК н летчиком; х" и иа — информация, воспринимаемая летчиком, н управляющие воздействия летчика. ! ~ Абоами0~оя аистааат щоааВги~ рас.
5А. Структура явнпнаноа нрогноанруалнаа анатомы упраалення самолетом управляющее воздействие летчика пл поступает непосредственно на входы сервоприводов (б") и на вход эталонной модели. Разность значе. ннй компонент состояний эталонной и прогнозирующей моделей используется для формирования управления ипк(г) интегрирующими приводами (возможно интегрирование сигнала и (1) программными сред-. ствами на выходе управляющей БЦВС). Алгоритмическое и программное обеспечения соответствующего блока системы определяются выбором варианта алгоритма оптимизацви (см. $3.4).
В случае управления п о л ож е 'н и е м рулевых органов, а не с к о р о с т ь ю их перемещения на рис. 5.4 следует исключить блок "интегрирующие приводы". Непосредственное управление ол при "длинноходовых" интегрирующих приводах имеет значение лишь в начальной фазе отработки управляющнх воздействий ил летчика. Поскольку система управления использует информацию о суммарном положении рулевых органов ЛА б(г) н минимизирует интегральную оценку невязки хааа(г) и лм(т), то с течением времени, каково бы ни было о", формируется б так, что реальное положение рулевых органов оптимизирует в смысле (3.12) движение ЛА. 114 С конкретной постановкои задачи управления тесно связан вопрос о выборе адекватной модели движения обьекта.
Для пилотажных задач, как отмечалось ранее, характерна концентрация внимания на наиболее сильных связях динамической модели ЛА. С необходимой степенью деталыюсти воспроизводятся процессы создания силовых и моментных воздействий на ЛА. Так, при решении задач пилотирования на установившихся илн почти установившихся режимах полета, когда управляемое движение осуществляется в некоторой малой окрестности установившегося режима полета, можно воспользоваться линеаризованными моделями изолированных движений ЛА.
К таким моделям, например, относятся (2.83) нли (2.84), (2.85) нли (286). Ясли же пилотирование осуществляется в условиях интенсивного маневрирования, изменения в широких диапазонах скорости, высоты полета и углового положения ЛА, то достаточную сшпень точности моделирования могут обеспечить только нелинейные модели его пространственного движения.
В качестве таких моделей можно испольэовать (254) илн (2.60). Каждая из этих моделей описывает формирование сил и моментов, действующих на жесткий ЛА при произволыюм пространственном движении (модель (2.60) не учитывает изменение скорости полета, что можно исправить добавлением соответствующего уравнения), н является исчерпывающей для исследовании пилотажных задач. Входом этих моделей является совокупность положений всех рулевых органов, значение н относительное направление тяги двигателя. Векторы же состояния либо непосредственно связаны, либо однозначно пересчитываются в кс.,шоненты перегрузки или в параметры, характеризующие угловое положени ши скорость вращения ЛА.
Прн необходимости рассмотренные моде л могут быть дополнены моделями работы двигателей.ЛА 12.4, 5.8]. Перейдем теперь к прогноэирующим моделям. Более полное н точное воспроизведение ркшичных эффектов прогиозирующен моделью позволяет более полно осуществить оптимизацию управления движением ЛА, достовернее предвидеть и парировать явления, снижающие безопасность или эффективность ЛА. Поэтому в соответствии с решаемой задачей в качестве прогнознрующей модели целесообразно использовать те же модели (283) — (2.86) или (254), (2.60).
Кроме того, эти модели следует дополнить по крайней мере моделями исполнительных приводов (2.89) илн (2,90) в случаях, когда динамические характеристики приводов существенно влияют на процессы управления (зиачительные нелинейности, сопоставимость полосы пропускания привода и объекта и т.д.) . Однако для прогнозирования возможно использование н упрощенных моделей.
В этом случае значительно снижается трудоемкость алгоритмов управления. В [5.91 иокаэано, что в практических задачах соответствующий подбор коэффициентов функционала позволяет получить высокое качество управления прн использовании упрощенных прогнозирующих моделей. Прн решении пилотажных задач подынтегральная функция качества процесса управления Д„,„в функционале (3.12) и (3.7) (как и термннальна» функция Гэья) может назначаться в виде квадратичной формы компонент вектора состояния (см. 3 3.1) .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
