Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее вреыя в гражданской авиации многих стран мира стоит задача повышение пропускной способности аэродрома за счет согласования и точного выдерживания' графиков движения с помощью цифровых ЭВМ и результатов современной теории управления. Особую реальность эта задача имеет для Китайской народной республики, что связано с густонаселея-ностью территории Китая и с интенсивный ростои в последние годы пассажирских и грузовых воздушных перевозок на внутренних и международных линиях. В Китае пропускная способность далеко не удовлетворяет потребностям бистро развивающейся экономики.
Рост воздушных перевозок приводит к увеличению интенсивности воздушного движения в зоне аэродрома, к задержкам самолетов в зоне ожидания, к необходимости увеличивать резерв топлива на борту, к нарушениям расписания и , в конечном итоге, к серьезным экономическим потерям. Особенно для сверхзвуковых самолетов значительная часть времени полета находится в зоне аэродрома. Поэтому важное реальное экономическое значение имеет задача повышения плотности воздушного движения в зоне аэродрома при соблюдении условий безопасности, решение которой позволяет увеличить пропускную способность аэропорта.
Повышение плотности воздушного движения в зоне аэродрома возможно путем максимального улучшения устойчивости и управляемости самолета, увеличения точности выдерживания заданного режима полета по программной траектории и разработки прецизионных законов управления,т.е. путем оптимального управления полетом.
Решение задачи оптимального управления полетом в зоне аэродрома осложняется жесткими ограничениями на защитное пространство, разрешенную зону маневрирования и величину воздушной скорости полета, противоречивыми требованиями к системам управления и значительным изменениям динамических характеристик самолета в такой зоне.
Настоящая диссертационная работа посвящена разработке ал-, горитма оптимального управления полетом с учетом повышения плотности воздушного движения в зоне аэродрома.
Цель работы. Целью диссертационной работы является повышение плотности движения самолета в зоне аэродрома за счет авто-
матиэации управления.
Задачи исследования:
анализ известных методов и технических средств навигации и управления;
исследование динамических характеристик свободного самолета и самолета с АБСУ;
создание линейной математической модели и определение условия применения" стационарной математической модели;
обоснование технических требований к системе управления в процессе предпосадочного маневре в зоне аэродрома;
разработка алгоритма оптимальных законов управления полетом, которые* минимизируют отклонения центра масс самолета от определенных траекторий, обеспечивающих максимальный комфорт для пассажиров н удобства экипажа г
разработка программных сигналов управления;
цифровое моделирование алгоритма синтеза системы оптимального управлении самолета для процесса предпосадочного маневрирования;
разработка алгоритма формирования программных траекторий,которые обеспечивают заданное время прибытия,благоприятные условия экипажа и максимальный комфорт для пассажиров;
упрощение оптимальных законов управления и разработки оценки точности управления с і'четом случайных возмущений.
Методы исследования. При решении поставленных задач использовались:
метод линеаризации нелинейной математической модели;
метод оптимального управления в пространстве состояния;
метод фильтра Калмана для уничтожения влияния случайных возмущений на полет самолета;
метод цифрового моделирования на ЭВМ оптимального управления;
метод цифрового моделирования на ЭВМ навигации и управления полетом самолета;
метод цифрового моделирования на ЭВМ влиянии случайных возмущающих факторов на точность системы управления;
метод математического описания случайных возмущающих факторов с помощью Гауссовских марковским случайных процессов.
Научная новизна работы заключается в получении условия стационарной линейной математической модели,в разработке методики моделирования и оптимальных законов управления При создании системи автоматического управления в процессе предпосадочного маневрирования.
Основные результаты, выносимые на защиту.
-
Результат исследования динамических характеристик свободного самолета и самолета с АБСУ.
-
Обоснование возможности использования единой стационарной линейной математической модели для исследования системы управления полетом в зоне аэродрома.
1) Результаты оптимального синтеза системы стабилизации центра масс самолета.
-
Программные управляющие сигналы, которые обеспечивают движение самолета по сложным криволинейным траекториям с учетом изменения воздушной скорости и наличия ветра с минимальной ошибкой стабилизации центра масс самолета;
-
Результаты цифрового моделирования по полученным алгоритма оптимальной стабилизации для продольного движения, бокового движения и движения по сложным траекториям.
-
Программные траектории, которые обеспечивают заданное время прибытия, удобства экипажа и комфорт пассажиров.
-
Алгоритм расчета элементов программы Полета самолета с учетом переменной воздушной скорости и наличия ветра.
-
Оценки точности управления с учетом случайных возмущающих факторов.
Практические результаты. 1.Разработана стационарная математическая модель,которая может использоваться для исследования и проектирования системы автоматического управления полетом в зоне аэродрома. 2.Получен алгоритм оптимальной системы стабилизации центра масс самолета.который может применяться в проектировании. Л.Алгоритм расчета программы полета самолета с учетом переменной воздушной скорости и наличии ветра можно прямо использовать в практике проектирования ЛБСУ в зоне аэродрома.
4.Разработанная оптимальная, траектория может программироваться в Бортовом навигационном вычислительном устройстве с помощью координат ППМ с цель» повышения точности управлення полетом в Зоне аэродрома.
5.Алгоритм оценки точности системы управления полетом самолета можно использовать, в практике проектирования САУ.
Реализация результатов работы.
Результаты работы интересны в Китайской Народной Республике для повышения пропускной способности аэропорта с помошью автоматизации управления полетом самолет».
результати диссертационной работы использованы в следующих отчете* По НИР " Системы навигации И управления воздушным движением" > приводимых кафедрой "Системы ориентации и стабилизации летательных аппаратов" СПГААПг
1). Разработка И исследование алгоритмов управления и обработки информации в зоне аэродрома, разработка методов активной коррекции функционального состояния человека-оператора";
2), Исследование комллексированных систем навигации и посадки на основе редуцированных алгоритмов обработки сигналов, разработка комплекса оценки функционального состояния оператора ІЩ базе ПЭВМ", Л^ГР. 01.9.30001700, >^нв.N029750001942.
Отчеты выполнялись в рамках международной Российско-китайской программы "Безопасность полета".
Апробация работы. Результаты работы обсуждены на научном семинаре кафедры "Системы ориентации и стабилизации летательных аппаратов" Санкт-Петербургской академии аэрокосмического приборостроения и доложены на Всероссийском Молодежном Научном Форуме " Интслек-туальный потенциал России в XXI век"(Санкт-Петербург, 22-24.11.95).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, трех приложений, заключения, библиографического списка.