Введение к работе
Акіуальносіьтемьі
В условиях растущего антропогенного воздействия на природу существующий экологический резерв биосферы должен использоваться особенно внимательно, должны быть научно определены режимы рационального расходования этого резерва, регулирования состояния природной среды, обеспечивающие сохранение высокого качества биосферы и способность природы к воспроизводству. Должны быть разработаны надежные методы предохранения природной среды от чрезмерных нагрузок, методы профилактики элементов блосферы. Для этого необходимо организовать систему наблюдений за состоянием природной среды с последующей его оценкой и прогнозом на будущее.
Одним и направления защиты природной среды является обеспечение достоверной и оперативной информации о состоянии экологии в обширных районах. Организация системы наблюдений за состоянием природной среды с помощью стационарных постов, катеров, непосредственного наблюдения человека не позволяет получить оперативной информации о состоянии экологии в обширных районах днём и ночью, в сложных метеорологических условиях. Выходом является наблюдение с помощью космических или летательных аппаратов. Однако только развитые, богатые государства имеют доступ к космическим аппаратам. В настоящее время Вьетнам может применять только летательные аппараты (ЛА) для экологического мониторинга.
Использование пилотируемых ЛА требует значительно большего материально-технического обеспечения (по сравнению с беспилотными) и связано с возможной потерей экипажа или его отказом от выполнения задачи в критических ситуациях. В работе преложено применять беспилотный летательный аппарат (БПЛА) самолётного типа для ведения экологического мониторинга. Применение БПЛА самолётного типа гозволяет повысить время полета или радиус действия (по сравнению с БПЛА вертолётного типа) и экономить финансовые затраты на экологический мониторинг. Кроме того, разработка БПЛА самолётного типа соответствует настоящему уровню развития науки и технологии Вьетнама.
При применении БПЛА необходимо обеспе-шть высокое качество мо
ниторинга (высокое качество изображения наблюдаемой с помощью
БПЛА местности на экране оператора). Для этого система управления
БПЛА обеспечить высокую стабилизацию БПЛА в полёте, чтобы
не допустить "смаз" изображения на экране оператора. Аналогичные системы управления существуют в БПЛА военного назначения. Однако они дороги и имеют ограниченные сроки службы. В связи с этим акту-
1 РОС. НАЦИОНАЛЬНА* 1 ^БИБЛИОТЕКА 1
альной задачей является поиск технических путей построения простых систем, удовлетворяющих по качеству управления БПЛА для экологического мониторинга.
Известным простым и эффективным средством улучшения качества систем автоматического управления (САУ) является нелинейная коррекция, теория и практические применения которой наиболее широко представлены в трудах российских учёных Е. П. Попова, С. В. Емельянова, Е. И. Хлыпало. Ю. А. Бордова и др.
Ниже для сокращения записи под БПЛА подразумевается БПЛА для экологического мониторинга.
Целью диссертационной работы является исследование технических путей построения системы управления движением БПЛА и способов её нелинейной коррекции.
Для достижения цели в работе необходимо решить следующие основные задачи:
1. Параметрический синтез системы стабилизации высоты (ССВ)
БПЛА, включая определение допустимых погрешностей измерителей в
ССВ БПЛА и определение допустимых отклонений параметров БПЛА и
внешних условий.
Исследование влияния нелинейностей рулевого привода (РП) на качество ССВ БПЛА.
Коррекция ССВ БПЛА с целью уменьшения отрицательного влияния нелинейностей РП.
Методы исследования базируются на методах анализа и синтеза САУ. гармонической линеаризации нелинейных звеньев САУ, компьютерного моделирования.
Научна» новизна работы заключается в следующем:
предложен новый закон стабилизации высоты БПЛА в виде модифицированного ПИД-регуляторг, сущность которого заключается зо введении в подыьтеградьное выражение ПИД-регулятора производной от высоты БПЛА;
разработана методика оценки вредного влияния нелинейных звеньев РП на качество системы управления движением БПЛА;
разработана методика, позволяющая уточнить параметры вынужденных колебаний кинематической передачи с люфтом с учётом изменения скорости ведущего вала при неупругом ударе соединения с ведомым валом;
определены области параметров кинематической передачи, для которых существуют устойчивые и неустойчивые субгармонические колебания:
проведен сравнительный анализ способов и средств нелинейной коррекции системы управления БПЛД уменьшающих вредное влияние нели-
нелинейных характеристик, на основе которого определены области применения различных способов и устройств коррекции.
Практическая ценность работы выполняемой работы определяется:
разработкой новэго закона стабилизации высоты БПЛА;
разработкой метэдики синтеза ССВ БПЛА;
разработкой методики моделирования в среде Mai lab кинематической передачи с люфгом и инерционным ведомым телом; моделированием сухого трения исполнительного механизма при М'-^ > Мф(где М'^ -момент треьия покоя и Мтр - момент трения движения); моделированием сухого трения исполнительного механизма при М'тр > М и люфта с инерционным ведомым телом и построением диаграмм качества затухания нелинейных систем в среде Matlab:
количественной оценкой вредного влияния нелинейных звеньев РП на качество системы управления БПЛА;
- обоснованием рекомендаций по применению наиболее подходящего
способа коррекции системы для уменьшения вредного влияния нели
нейных звеньев в системе.
Реализация результатов работы
Результаты работы используются во Вьетнаме для оценки возможности использования БПЛА и его бортовой системы управления для экологического мониторинга.
На основе разработанного пакета программ в среде Matlab:
методика моделирования устойчивых и неустойчивых субгармонических колебаний в кинематической передаче с лофтом с учётом изменения скорости ведущего вала при неупругом ударе соединения с ведомым валом;
методика параметрического синтеза систем управлением движением БПЛА в вертикальной плоскости;
методика моделирования (в том числе статистического моделирования) система управления БПЛА в вертикальной плоскости с учётом совместного влияния характеристик типа люфта, сухого трения и ограничения в РП;
сравнительная оценка различных способов линейной и нелинейной коррекции для системы управления БПЛА в вертикальной плоскости;
разработанный шкет прикладных программ для анализа, параметрического синтеза и коррекции системь. управления движением БПЛА в вертикальной плоскости
- используются в учебном процессе по курсу "Проектирование систем
управления летательными аппаратами" и курсу "Информационные кана
лы систем утравления" в Балтийском государственном техническом
университете "ВОЕНМЕХ" им. Д.Ф. Устинова, а также в техническом университете им. Лэ Куй Дон (Вьетнам).
Апробация работы
Основные результаты работы докладывались на:
Всероссийской научно - технической конференции 'Моделирование и обработка информации в технических системах" - Рыбинск, РГАТА 2004;
научно - технических семинарах кафедры ИЗ "Кафедра систем обработки информации и управления" БГГУ в апреле и октябре 2004 г.;
Публикации
По теме диссертации опубликованы 5 печатных работ.
Положения, выносимые на защиту
ССВ БПЛА с модифицированным ПИД-регулятором;
допустимость и целесообразность использования упрощённых моделей нелинейных звеньев, а также метода гармонической линеаризации для исследования влияния нелинейных звеньев РП на качество ССВ БПЛА;
методика определения областей параметре в кинематической передачи, для которых существуют устойчивые и неустойчивые субгармонические колебания;
рекоме-щации по использованию нелинейных корректирующих устройств (НКУ) для уменьшения вредного влияния нелинейности в ССВ БПЛА на её качество;
пакет прикладных программ в среде Matlab для анализа ССВ БПЛА с уточнёнными моделями нелинейных звеньев РП и синтеза НКУ.
Структура и объём диссертационной работы
Поставленные задачи определили структуру работы, которая состоит из зведення, 4 основных глав, заключения, списка используемой литературы, приложения. Основная часть работы изложена на 153 страницах машинописного текста, содержит 66 рисунков и 19 таблкц.
Похожие диссертации на Нелинейная коррекция системы управления движением беспилотного летательного аппарата для экологического мониторинга
