Введение к работе
і7 Yds
Актуальность темы. Экономическое и социальное состояние регионов Сибири и Дальнего Востока неразрывно связано с эффективным функционированием транспортных систем. Отличительными особенностями Сибирских регионов являются сложные климатические условия и малая плотность населения на огромных территориях. Населенные пункты, как правило, расположены на берегах крупных рек. В таких условиях реки являются естественными и эффективными транспортными артериями. В последние годы объемы транспортной работы, выполняемой речным флотом, значительно снизились. Главными факторами, снижающими эффективность работы речного флота, являются короткий период навигации, невысокая скорость движения, значительное старение действующих судов, многочисленная перевалка грузов, необходимость длительного хранения грузов.
Все вышеперечисленное свидетельствует о том, что существует острая необходимость в создании нового эффективного вида транспорта, который мог бы обеспечить круглогодичное снабжение всем необходимым, населенных пунктов Сибири, Севера и Дальнего Востока. Наличие новых специфических качеств дает возможность экранопланам резко увеличить скорость и значительно расширить сферу их использования как во внутри районном, так и в межконтинентальном сообщении, обеспечить круглый год удовлетворение предприятий и населения в услугах транспорта.
Система управления является неотъемлемой частью экраноплана, позволяя обеспечить требуемое качество переходных процессов на различных эксплуатационных режимах. Обеспечение устойчивости продольного движения является наиболее важной задачей при построении системы управления движением экраноплана.
Большой вклад в создание теории околоэкранного движения, построении экранопланов и систем управления внесли такие отечественные ученые, как Р.Е.Алексеев, В.А. Бесекерский, Ф.Б. Гулько, В.Б. Диомидов, Р.Д. Иродов, А.И. Маскалик, А.В. Небылов, Д.Н.Синицын, В.М. Солдаткин, а также ряд зарубежных А. Липпиш, Г. Йорг, X. Фишер и др.
Цель работы: повышение качества переходных процессов и повышение безопасности движения легкого экраноплана.
Задача диссертационной работы заключается в разработке структуры системы управления с эффективным противодействием возмущающим факторам и выбор ее оптимальных параметров.
Методы исследования. В работе использованы методы дифференциального исчисления функций одной и многих переменных, линейной алгебры, теории автоматического управления, геометрического программирования, компьютерного моделирования и идентификации параметров на основе метода наименьших квадратов.
Научная новизна: разработана структура системы автоматического управления продольным пттпи-м "^гког экпанопланя с нелинейными
РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ БИ'ґі>-,«.іЕКА
С і і , е,)|>ург
»0j6PK
законами управления для канала руля высоты, обеспечивающая удовлетворительное протекание переходных процессов в продольном движении и эффективное противодействие возмущающим факторам.
Для систем регулирования пятого порядка получены характеристические полиномы из условия минимума интегрального квадратичного критерия качества. Предлагаемые характеристические полиномы являются обобщением известных в теории автоматического управления полиномов и позволяют реализовать в замкнутой системе желаемый характер переходных процессов при полной и неполной информации о векторе состояния объекта с учетом расположения нулей передаточной функции регулируемой величины.
На основе полученных оптимальных характеристических полиномов разработана методика параметрического синтеза системы управления продольным движением легкого экраноплана, обеспечивающая заданные показатели качества переходного процесса. Таким образом, на защиту выносятся:
1. Структура системы управления продольным движением легкого
экраноплана.
2. Нелинейные законы управления в канале руля высоты,
обеспечивающие эффективное парирование ветровых возмущений.
3. Постановка и решение задачи поиска для систем регулирования
пятого порядка коэффициентов характеристических полиномов,
минимизирующих интегральный квадратичный критерий качества при
ограничениях на произведение или (и) сумму корней полинома, а также на
произведение, сумму корней полинома и второй диагональный минор
матрицы Гурвица.
4. Методика выбора передаточных чисел в канале руля высоты на основе
предложенных оптимальных коэффициентов характеристического полинома,
обеспечивающая заданные показатели качества переходных процессов:
временя регулирования и относительный коэффициент затухания.
Достоверность полученных результатов. Обеспечивается строгостью постановок математических и технических задач, математической строгостью выполнения выкладок и преобразований, возможностями их контроля на каждом этапе решения задачи, присущими самому примененному методу геометрического программирования и подтверждается результатами математического моделирования.
Практическая ценность состоит в следующем:
разработана структура системы управления продольным движением легкого экраноплана, обеспечивающая удовлетворительные переходные процессы и повышающая безопасность движения в условиях действия на экраноплан возмущений.
получены оптимальные характеристические полиномы, которые могут найти применение не только при синтезе систем управления экранопланами, но и при синтезе систем управления для широкого класса объектов регулирования.
-г-
Реализация результатов работы. Результаты работы внедрены и используются при создании экранопланов РТС-6, НВА-06-10, в ОАО OKIi «Сокол» г. Казани, а также в учебном процессе КГТУ им А.Н. Туполева при выполнении курсовых и дипломных проектов.
Апробация работы. Основные результаты и положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на: III, IV и V Международных научно-практических конференциях «Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения информатики, экономики и права» (г. Москва, 2000, 2002, 2003 гг.); Четвертом всероссийском Ахметгалеевском семинаре «Аналитическая механика, устойчивость и управление движением» (г. Казань, 2000г.); Юбилейной научно-технической конференции «Автоматика и электронное приборостроение» (г. Казань, Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева, 2001г.), XXVII Гагаринских чтениях молодежной научной конференции (г Москва, 2001); Всероссийской научно-технической конференции "Современные технологии в кораблестроительном образовании, науке и производстве" (Н.Новгород, 2002); 9th International Student Olympiad on Automatic Control (Baltic Olympiad) (St.-Peterburg, 2002); IV Міжнародна молодіжна науково-практична конференція "ЛЮДИНА І КОСМОС"(Дніпропетровськ, 2002).
Публикации. Основные результаты диссертации отражены в 15 работах, включая 5 патентов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, одного приложения и содержит 217 страниц машинописного текста, 6 таблиц и 37 рисунков. Библиография включает 63 наименования.
