Введение к работе
Актуальность темы. Успехи, достигнутые в развитии систем связи и управления, радиоэлектроники, композиционных материалов, дешевых двигателей, с одной стороны, и.необходимость снижения стоимости работ, выполняемых с помощью авиационных средств, с другой стороны, стимулировали разработки нового вида техники - малоразмерных дистанционно-пилотируемых летательных аппаратов (МДШІА). В настоящее время концепция МДПЛА получила свое развитие и воплощение в многочисленных летательных аппаратах С ЛАЗ такого класса, к которым принято относить ЛА весом до 200 кгс, рассчитанные на полет в течение нескольких часов на высотах-не более 3000м. Подобные ЛА интенсивно разрабатываются во многих странах и находят все более широкое применение для решения различных задач военного и гражданского характера. Так, экспериментальные-МДПЛА применяются в качестве уменьшенных динамически подобных моделей перспективных пилотируемых летательных аппаратов для отработки их аэродинамики, новых концепций в конструкции и принципах управления. Прикладные МДПЛА успешно применяются для проведения метеонаблюдений, экологической разведки и различного рода рутинных работ, при проведении которых нет необходимости в непосредственном присутствии человека в рабочей зоне. Кроме того, МДПЛА незаменимы при обеспечении работ в зонах, опасных для жизни и здоровья человека. Используемый в МДПЛА принцип радиокомандного управления позволяет оператору находиться в безопасной зоне, но при этом обеспечивает получение информации с борта ЛА в реальном масштабе времени, что крайне важно в условиях, требующих немедленного реагирования. Такие ЛА имеют малые габариты и массу, что накладывает очень жесткие массо-габаритные ограничения на состав бортового оборудования, обеспечивающего полет. При этом время полета МДПЛА может быть достаточно продолжительным, а задачи, решаемые системой автоматического управления (САУ), - достаточно сложными, так как САУ полетом МДПЛА должна обеспечивать стабилизацию ЛА относительно трех осей, набор высоты и снижение, стабилизацию заданной высоты полета, развороты по курсу, полет по заданному маршруту и т. п. Поэтому известные САУ не удовлетворяют массо-габаритным ограничениям, накладываемым спецификой МДПЛА.
Таким образом, разработка САУ новой структуры, предназначенной для управления полетом МДПЛА, включающая создание эффективных инженерных методик синтеза таких систем, является важной задачей,
чему и посвящена данная диссертационная работа. '/
Цепь работы. Разработка системы управления полетом МДПЛА, не содержащей в своем составе гироскопического измерителя углов крена и тангажа, с целью уменьшения габаритов, массы-л стоимости САУ.
Разработка эффективной инженерной методики синтеза САУ поле
том, позволяющей уменьшить объем вычислений и сократить временные
затраты на проектирование САУ. ;>.-..
Применение разработанной методики для проведения расчета САУ полетом для конкретных аэродинамических форм ЛА.
Методы исследования. К основным методам, используемым при выполнении диссертационной работы, относятся аппарат линейной алгебры, методы теории автоматического управления, теории дифференциальных уравнений, геометрического программирования, математическое моделирование.
Научная новизна. Разработана новая структура САУ полетом :ЛА, обеспечивающая выполнение заданных требований.
Разработана методика параметрического синтеза. САУ полетом, основанная на построении оптимальных характеристических айолиномов. Предложенные характеристические полиномы являются обобщением существующих в теории автоматического регулирования известных стандартных форм, позволяют реализовать желаемый характер переходных процессов и требуемое время регулирования при неполной информации о векторе состояния объекта управления с учетом расположения нулей передаточной функции регулируемой величины. - .
Предложен новый нелинейный закон управления для.канала элеронов, позволяющий повысить быстродействие переходных' процессов по крену.
Достоверность' результатов обеспечивается соблюдением матема
тической строгости выкладок и преобразований на . теоретическом
этапе. Результаты расчетов согласуются с физической картиной
процессов регулирования. л
Достоверность предлагаемой методики синтеза САУ подтверждена моделированием пространственного движения ЛА с системой управле-; ния, в которой учтены ограничения по скоростям и углам отклонения* рулевых, агрегатов, описанного нелинейными дифференциальными уравнениями. ;
Практическая ценность работы. Разработана новая структура САУ полетом, которая дает возможность построения САУ меньших размеров, массы и стоимости. Уменьшение массо-габаритных- характеристик САУ позволяет увеличить запас топлива, увеличить возможное время
їлета, а также - расширить состав специального бортового !орудования, что повышает эффективность использования МДШІА.
Разработаны алгоритмы и реализующий их программный комплекс ючета. оптимальных параметров САУ на основе предложенных новых
зимёнение при синтезе систем, управления для 'широкого класса зъектов регулирования.
Оптимальные характеристические полиномы, предложенные в рабо-э, отличается от известных в теории управления тем, что дают воз-эжность проектировать системы управления полетом ЛА в соответ-гвии с требованиями к переходному процессу по регулируемой коор-шате, с учетом динамики привода и при отсутствии скоростной об-ітной связи привода С неполная информация).
Реализация результатов работы. Полученные в диссертации ре-ультаты внедрены в-учебный процесс кафедры Автоматики и управле-ля КГТУ им. А. Н. Туполева при выполнении курсовых и дипломных простое. Разработанная методика синтеза САУ реализована в виде ком-пекса программ для ЭВМ IBM PC/AT и совместимых типов, внедрена в рактику авиационных КБ и используется при создании новой техники.
Апробация работы. Основные результаты и положения диссертаци-нной работы докладывались и обсуждались на I Республиканском на-чно-техническом семинаре молодых ученых и специалистов "Актуальне вопросы использования достижений науки и техники в народном озяйстве" (г.Казань, 1989г.), на VII Всесоюзной конференции "Уп-авление в механических системах" С г.Свердловск, 1990г.), на науч-ой конференции "Моделирование сложных механических систем" г.Ташкент, 1991г)„ на VI Четаевской конференции "Аналитическая еханика, устойчивость и управление движением" Сг.Казань, 1992г.), а -Украинской конференции "Моделирование и исследование стойчивости систем" С г. Киев, 1993г).
Публикации. По теме'диссертации опубликовано 15 печатных ра-іот, включая патент ,РФ, 7 авторских свидетельств, заявку на изоб-іетение с положительным решением о выдаче патента РФ, 5 тезисов іокладов научно-технических конференций, статью.
Объем и структура' работы. Диссертация состоит из введения, 'р'ех глав, заключения, списка использованной литературы из "90 [аименований и 4 приложений на 27 страницах. Основная часть ізложена на 118 страницах, содержит 12 рисунков и 15 таблиц.
