Введение к работе
Актуальность проблемы. Проблема автоматического управления летательными аппаратами (ЛА), в частности самолетом-амфибией (СА), остается весьма актуальной научно-технической проблемой. Обусловлено это, прежде всего, существенной нелинейностью, многосвязностью и нестационарностью ЛА как объекта управления на многих ответственных режимах полета. Кроме того, основное направление совершенствования Л А как единицы транспортной системы (или как боевой единицы), в настоящее время связывают именно с новыми методами и принципами управления. Не только создание новых материалов, новых двигателей или применение новых конструктивных решений, но и совершенствование алгоритмов функционирования бортовых систем управления, существенно расширяющих область эксплуатации, повышающих безопасность и надежность пилотируемых ЛА, является залогом создания конкурентоспособных образцов авиационной техники.
Многие задачи автоматического управления ЛА уже решены с помощью методов линейной теории (работы В.А. Боднера, Г.С. Поспелова, В.Г. Тарасова, И.А. Михалева, Б.Н. Окоемова, М.С. Чикулаева). Принятые в этом случае допущения о линейности математической модели объекта управления, об отсутствии перекрестных связей между каналами управления в некотором диапазоне изменения эксплуатационных параметров полета вполне соответствуют физической сущности процесса управления. Следует также отметить крупный вклад в решение проблемы синтеза автопилотов ЛА в различных её постановках сделанный научной школой А.А. Красовского, в которой развиты методы аналитического конструирования оптимальных регуляторов на основе функционала обобщенной работы (ФОР). Применение метода ФОР с использованием прогнозирующей модели процесса управления показано в работах В.Н. Букова.
Расширение диапазонов изменения параметров полета, увеличение скорости, неуклонное повышение требований к точности управления ставят под вопрос адекватность использования линейной доктрины решения прикладных задач автоматического управления ЛА. Одной из таких прикладных задач является синтез систем управления посадкой СА. Как свидетельствует статистика летных происшествий, примерно половина катастроф и аварий сухопутных пассажирских самолетов происходит на посадке. Посадка самолета-амфибии на воду представляет собой ещё более сложный процесс. Поэтому проблема совершенствования законов управления для обеспечения заданного уровня безопасности автоматической
посадки СА остается актуальной, о чем свидетельствует появление целого ряда исследований в данной области (работы В.А. Кобзева, Ф. Нгуена).
Целью работы является решение прикладных задач синтеза систем векторного управления посадкой СА на основе метода аналитического конструирования агрегированных регуляторов (АКАР). В соответствии с поставленной целью, основными задачами работы являются:
Анализ особенностей динамики самолета-амфибии как объекта управления;
Синергетический синтез нелинейных законов векторного управления посадкой СА;
Разработка алгоритмов работы прикладного программного обеспечения в составе программно-моделирующего комплекса динамики полета конкретных СА с синтезированными законами управления;
Приложение разработанных стратегий и алгоритмов для исследования свойств системы «самолет-автопилот» в условиях действия внешних и параметрических возмущений.
Методы исследования. Для решения поставленных в диссертации задач использовались методы механики твердого тела, теории дифференциальных уравнений, динамики полета ЛА, синергетической теории управления и методы компьютерного моделирования динамических систем. Исследование динамических свойств синтезированных систем управления СА осуществлялось в среде моделирования MATLAB/Simulink.
Научная новизна результатов диссертации заключается в следующем:
сформулирован подход к решению задач синтеза систем векторного управления посадкой самолета-амфибии, основанный на анализе нелинейной модели движения;
разработана процедура синергетического синтеза систем векторного управления посадкой самолета-амфибии, позволяющая получить аналитические выражения для законов управления;
получены законы векторного управления посадкой конкретного самолета-амфибии на воду и сухопутную ВПП, позволяющие повысить точность и быстродействие системы;
исследовано поведение системы «самолет-синергетический автопилот» в условиях воздействия внутренних (параметрических) и внешних возмущающих факторов.
Практическая ценность работы. Результаты выполненных в диссертации научных исследований могут найти широкое применение как при разработке автопилотов перспективных самолетов-амфибий, так и при модернизации уже существующих автопилотов. Использование полу-
ченных результатов позволит повысить быстродействие, точность и роба-стность систем управления посадкой самолетов-амфибий.
Реализация результатов. Полученные в диссертации научные и прикладные результаты используются на Таганрогском авиационном научно-техническом комплексе (ТАНТК) им. Г.М. Бериева при проведении научно-исследовательских работ по созданию перспективных систем управления самолетов-амфибий; также к основным результатам работы следует отнести создание программного комплекса моделирования пространственного движения самолета-амфибии Бе-200.
Публикации и апробация работы. Материалы диссертации опубликованы ВІЗ печатных работах и докладывались на
VII всероссийской конференции молодых ученых «Навигация и управление движением», март 2005 г., Санкт-Петербург;
III научно-практической конференции молодых ученых и специалистов, Москва ОАО хол д. комп. «Сухой», ОАО «ОКБ Сухого», 2005 г.;
III всероссийской научной конференции «Управление и инфор
мационные технологии (УИТ-2005)» 30 июня -2 июля 2005 г.,
Санкт-Петербург;
VI научной конференции по гидроавиации «Гидроавиасалон-2006», г. Геленджик;
VIII всероссийской научной конференции студентов и аспирантов «Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления», Таганрог, ТРТУ, 19-20 октября 2006 г.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы, содержащего 104 наименования и приложения. Основное содержание диссертации изложено на 158 страницах, содержит 107 рисунков и 6 таблиц.
