Романова И.К. Методы синтеза системы управления летательными аппаратами (2017) (1246991)
Текст из файла
Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана И.К. Романова Методы синтеза системы управления летательными аппаратами Учебное пособие москва издАтельстВО МГТУ й~. Н. Э. Б~Уй~н~ 2О17 УДК 62-52+629,7(075.8) ББК 32,965+39.52 Р69 Издание доступно в электронном виде на портале еЬооЪ.Ьтв/и,ги по адресу: Ьнр://еЬоо1сз.Ьп1зш.гп/са1а1о8/190/ЪооИ437.Ытп1 Факультет «Специальное машиностроение» Кафедра «Специальная робототехника и мехатроника» Рекомендовано Редакционно-издательским советом МГТУ им.
Н,Э. Баумана в качестве учебного пособия Рецензент д-р техн. наук профессор З.Е Смирнов Романова, И. К. Р69 Методы синтеза системы управления летательными аппаратами: учебное пособие. — Москва: Издательство МГТУ им. П, Э, Баумана, 2017, — 153, [31 с,; ил. 1БВХ 978-5-7038-4427-4 Издание посвящено методам обеспечения качества управления техническими объектами. Рассмотрены аналитические методы, основанные на упрощенных моделях управляемого движения, Сформулирована задача параметрической оптимизации системы управления. Изложены специальные методы конструирования оптимальных регуляторов, в том числе при наличии возмущающих воздействий и ошибок измерения, а также метод синтеза по эталонным моделям.
Рассмотрен специальный класс ПИД-регуляторов, обеспечивающих робастность управления, и приведена методика их синтеза. Дано описание внутренних контуров систем стабилизации, модели измерительных н исполнительных элементов. Отмечены особенности моделей разных аэродинамических схем, Приведена методика синтеза двухконтурной системы стабилизации с учетом свойств реальной аппаратуры. Для студентов МГТУ им. П.Э. Баумана„изучающих курс «Управление в технических системах», УДК 62-52+629.7(075.8) ББК 32.965+39.52 1:1 МГТУ нм.
Н.Э. Баумана, 2017 С Оформление. Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017 18ВХ 978-5-7038-4427-4 Предисловие Курс «Управление в технических системах» читается практически для всех направлений подготовки МГТУ им. 11.3. Баумана. Теоретической основой курса является теория автоматического управления и регулирования, полно и подробно изучаемая на профильных специальностях укрупненного направления подготовки «Управление».
Однако базовые знания по теории и практике управления необходимы всем студентам университета. Они помогают будущим специалистам общаться на одном языке с инженерами-управленцами в рамках данного вида инженерной деятельности. Данное пособие является третьим в общем цикле, направленном на описание теоретических аспектов управления в технических системах класса беспилотных летательных аппаратов 1ЛА). Как отмечалось в работах [1, 21, не гюдменяя собой фундаментальные книги по теории автоматического управления, он призван дать студентам непрофильных по отношению к направлению «Управление» специальностей систематизированные теоретические знания, достаточные для понимания основных методов управления в технических системах.
В данной части рассмотрены методы синтеза систем управления, обеспечивающие качество регулирования и особенности их применения к задачам управления полетом, а именно — синтеза двухконтурных систем стабилизации с учетом влияния свойств реальной аппаратуры, Примеры систем берутся из [1 — 91. Глава 1 Методы обеспечения качества регулирования 1.1.
Аналитические методы ИЛ 1' юг = ( 1200)А~ + ( ог02)г~~о + ( ог04ЦО + О' ~.~03 + + ( гг03)1ЗОв + гг05 З возм, ИЛа гг40ф~ + ( Й42Цо1+ ( 1244фО+ 1 Аозв + ~Й + ( гг43)Аб~ + ( 1245)1воз~ ~ ЫЛО = и401з~ + гг42Фсг + гг44АО + О 1503, + ггг (1,1) + а43г5о, + а45г- гИО3.- й 1210 + 12121240)А~ + ( ог12 + 1212гг42)Аог+ 12121244АО+ ЫЛб, + ( "г11 гг12)А03~ + (гг12вг43 1213)Аб~ + ( — гг13) + й + 12121245Звозм + Ог!5ОЗ звозм. Неизвестные этой системы: приращения скорости, угла атаки, угла наклона траектории и угловой скорости по тангажу Л1', Ла, ЛО, Л03,. Аналитические методы основаны на анализе упрощенных моделей движения объектов и их систем управления. Рассмотрим систему уравнений возмущенного движения в отклонениях 1Ц: Найдем эти неизвестные, Сначала рассмотрим поведение изолированного ЛА или свободное возмущенное движение.
Системе (1.1) соответствует характеристическое уравнение Х(Х + Язв + Ч2Х + Д1л+ ф~) = О. (1.2) Каждой паре сопряженных комплексных корней характеристического уравнения Х хае†- к + М соответствует частное решение уравнения (1.2): где ~ — угловая частота колебаний, рад/с. Анализ корней характеристического уравнения (12) проводят по следующим критериям: 2т~ Т = период колебаний; Ч 1п 2 0,693 ~г = — = — время уменьшения (или увеличения) ам- К К плитуды вдвое, оно характеризирует степень затухания (или нарастания) колебаний; к(п+1)т к(п)г = е~ "~ч — показатель уменьшения (возрастания) ам- плитуды колебаний за один период, так что чем больше к/~1~, тем сильнее затухание (возрастание) амплитуды за период. Как показывают расчеты и результаты летных испытаний, для продольного свободного возмущенного движения устойчивого ЛА характерно наложение друг на друга двух различных типов дви- жений: быстро затухающего и медленно затухающего.
Из расчетов, выполненных для различных ЛА, следует, что во всех случаях полета ЛА корни характеристического уравнения разделяются по абсолютной величине (по модулю) на два больших и на два малых корня, Независимо от характера возмущенного движения (сочетания двух колебательных движений, сочетания колебательного и двух апериодических движений, сочетания четырех апериодических движений) указанное соотношение корней всегда остается спра- ведливым, (р+ ааг)О.
+ ( — 1)ю, = — а4збв, а1го + (р + а11)оэл = а136в ° (1.3) Рассмотрим более подробно, например, реакцтпо угла атаки на отклонение руля, которая описывается формулой 11): ( ) о' (Р 4г)( 1з) б (~) (1 4) Л (р+ а4г)(р+ ап) + аи Для маневренных ЛА, у которых можно принять а~э —— = У~" /(тР') = О, ,„а К~ о, Т р +2с,Тр+1 Реакцию угла атаки на единичное ступенчатое отклонение рулей рассчитаем по аналитической формуле для типового колебательного звена 17, с, 243~; Вещественная часть комплексного корпя характеризует степень затухания возмущенного движения, а коэффициент при мнимой единице — его частоту. Отсюда следует, что паре больших вещественных корней соответствуют быстро затухающие апериодические движения, а паре малых вещественных корней — медленно затухающие.
Пара больших комплексных корней описывает быстро затухающее колебательное движение с большой частотой, т. е, с малым периодом. Это движение принято называть коро~лко~ериоди; ческим. Паре малых комплексных корней соответствует медленно затухающее колебательное движение с малой частотой, т. е. большим периодом. Такое движение называют длнннонериодичееким. Таким образом, продольное возмущенное движение любого устойчивого ЛА можно представить в виде суммы двух движений: быстро затухающего (короткопериодического колебательного или апериодического) движения и медленно затухакнцего (длиннопериодического колебательного или апериодического) движения.
Первое из этих движений будем называть быстрым, а второе— медленным. Первый этап возмущенного движения опирается на допущения и модель 1Ц: щ 1 У(ю)— ю'+2са„я+а,', (ю/а„) +2~я/а„+1 1 1 Т=— Т2~2+ ~Уу+1' (1,5) где а„— собственная круговая частота; Т вЂ” постоянная времени. Передаточную функцию дополнительно умножим на коэффициент К„. Применяя известные аналитические формулы, получим сФ) =Ка 1 — е соз г+ в!и г Ж!), (1.б) д'-~' Т,/~ ~2 Т время реакции или время переходного процесса; ° период колебаний; ° перерегулирование; время нарастания (достижения первого выброса).
Анализ аналитических выражений (1.5) и (1.б) сведем в табл. 1.1, применив формулы для параметров изучаемого ЛА: — ао Кп —— а11а4. + а12 Т= 1 а11а42 + а12 (1.7) а!1 + а42 а!1 + а42 Т а1! +а42 а! 1а42 + а1 2 2Т 2На««а«г «-агг 1 М~" Р+ У" а1з = —, а4 1, тР' и," ап =— 1, и," а12 =— Т.
' где ап, а!2, а!з, а42 — динамические коэффициенты. где ~ — коэффициент демпфирования; о(г) — зависимость входных воздействий от времени. Далее используем следующие характеристики колебательного звена: Аналитические выражения характеристик колебательного звена Характеристика Собственная частота колебаний 1211 042 Период колебаний с1уст Хаб Собственная круговая частота колебаний Установившееся значение выходной пере- менной Исходная формула для колебательного звена /1 ~2 Т Я ~2 с~„= 2ф;, =2н Т 1 22тТ о4 Формула с динамическзо4и коэффициентами ЛА — 1213 ~...= 12111242 + й12 2 «т=е -я~/ „>1-ф" 4Т Е 4Т 8 Т, 1(«211+ ««42)«21Т ««!1+««42 Т Т «"11+ П42 + ° Р!,2 +« 2 Время нарастания (время первого пересече- ния с установивппгмся значением) Время перерегулирования (максимального выброса) Максимальный выброс (в относительных величинах Время переходного процесса (время установления по уровню 2 %), или время реакции ЛА Корни характеристического уравнения ~2 ~ ««1 ~2 ег сов «+ яп' « =О; Т ~1 ~2 Т' ~2 ~ ~~ ~2 «1 ~2 ,6-~~ соя~р2 = -~.ш~р~; ут = п+~р«; ,,6-~' соя р = ~яп р; «1 — ~2)соя2уг=~2яш2у2; сов2у«=~2; 1 — яп2у2= Вшу«=,~$-~2; Бш(п+(н),6~ ~2.
Характеристики
Тип файла DJVU
Этот формат был создан для хранения отсканированных страниц книг в большом количестве. DJVU отлично справился с поставленной задачей, но увеличение места на всех устройствах позволили использовать вместо этого формата всё тот же PDF, хоть PDF занимает заметно больше места.
Даже здесь на студизбе мы конвертируем все файлы DJVU в PDF, чтобы Вам не пришлось думать о том, какой программой открыть ту или иную книгу.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
