Оптимизация процессов управления пространственным движением воздушного судна на основе уравнений нелинейной динамики
Автор: Диль Виктор Фридрихович, Сизых Виктор Николаевич, Данеев Алексей Васильевич
Журнал: Известия Самарского научного центра Российской академии наук @izvestiya-ssc
Рубрика: Информатика, вычислительная техника и управление
Статья в выпуске: 1-1 т.19, 2017 года.
Бесплатный доступ
В статье рассматривается методика синтеза нелинейных систем управления воздушным судном (ВС) на основе оптимизации пилотажного контура по методу обратных задач динамики (ОЗД). Для синтеза алгоритмов управления применяется нелинейная математическая модель движения ВС на пилотажном и траекторном уровнях. Определены этапы методики синтеза на пилотажном уровне, включающие: назначение эталонных движений ВС по трем степеням свободы, выбор структуры алгоритмов управления и их параметров, определение степени близости текущего и эталонного движений с помощью квадратичного функционала с последующей организацией движения к экстремуму-минимуму градиентным методом. Через оптимизируемые параметры пилотажного уровня решается прямая задача динамики для траекторного уровня управления пространственным движением ВС. Основой для выполнения расчета траекторных параметров ВС является нелинейная математическая модель траекторного движения, входом для которого служат выходные параметры пилотажного уровня. При этом выходные параметры траекторного уровня определяются путем численного интегрирования входных сигналов с учетом динамических обдувочных коэффициентов ВС. Разработана структурная схема организации контуров управления пространственным движением ВС. Выполнено исследование функционирования пилотажного контура путем численного моделирования с использованием программ MathCad и Паскаль. Параметры эталонный модели определялись путем имитационного моделирования на языке Паскаль по реакции нелинейной модели ВС на «скачки» аэродинамических рулей. Показано, что задача управления пространственным движением оптимальна в смысле реализации управляющего воздействия. Кроме того, в сравнении с [9] можно утверждать, что из-за обратимости преобразований энергий вращательного и поступательного движений изменяется только содержание прямых и обратных задач динамики.
Автоматическое управление, пространственное движение, уравнения нелинейной динамики
Короткий адрес: https://sciup.org/148205008
IDR: 148205008 | УДК: 629.735:681.5
Optimization of processes of management of the spatial movement of the aircraft on the basis of the equations of nonlinear dynamics
The article considers the technique of the synthesis of non-linear aircraft control systems by flight optimization using inverse dynamics problems. To synthetize control algorithms a non-linear model of aircraft flight and trajectory movement is used. The authors define method stages of flight level synthesis which include: selection of aircraft reference movements in accordance with three degrees of freedom, structuring the control algorithms and their parameters, defining the proximity of current and reference movements by means of a quadratic functional and further extremum-minimum movement organization by the gradient method. Through the optimized parameters of flight level the direct dynamics problem of trajectory level control of the aircraft spatial movement is solved. The basis for calculating the aircraft trajectory parameters is a non-linear model of the trajectory movement for which flight level output parameters serve as input data. The trajectory level output parameters are defined by numerical integration of input signals allowing for aircraft dynamic blow coefficients. The structure diagram of aircraft spatial movement control organization is developed. The flight contour functioning is researched by numerical modelling with MathCad and Paskal programs. Reference parameters were determined by Paskal simulation modelling according to the reaction of a non-linear aircraft model to the “bounces” of aerodynamical flight controls. It is shown that the spatial control problem is optimal in terms of input control realization. Besides, in comparison with [9] it is possible to state that due to energy reversibility of rotational and progressive movements only the content of direct and inversed problems of dynamics changes.
Список литературы Оптимизация процессов управления пространственным движением воздушного судна на основе уравнений нелинейной динамики
- Крутько П.Д. Обратные задачи динамики управляемых систем. Нелинейные модели. М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988. 328 с.
- Крутько П. Д. Обратные задачи динамики в теории автоматического управления. М.: Машиностроение, 2004. 576 с.
- Ефремов А.В., Захарченко В.Ф., Овчаренко В.Н. и др. Динамика полета . М.: Машиностроение, 2011. 776 с.
- Бюшгенс Г.С. Студнев Р.В. Динамика продольного и бокового движения. М.: Машиностроение, 1979. 350 c.
- Красовский А.А. Системы автоматического управления полетом и их аналитическое конструирование. М.: Наука, 1973. 240 с.
- Красовский А.А. Динамика непрерывных самонастраивающихся систем. Физматгиз, 1963. -467с.
- Воробьев В.Г., Кузнецов С.В. Автоматическое управление полетом самолетов. М.: Транспорт, 1995. 448 c.
- Буков В.Н., Сизых В.Н. Метод и алгоритмы решения сингулярно-вырожденных задач аналитического конструирования регуляторов//Изв. АН. Теория и системы управления. 2001. №5. С. 43-61.
- Диль В.Ф., Сизых В.Н. Методика синтеза нелинейной системы управления воздушным судном на траекторном и пилотажном уровнях//Международный научно-исследовательский журнал. 2016, №5 (47). Часть 3. С. 87-91 DOI: 10.18454/IRJ.2016.47.267
- Пятницкий Е.С. Синтез иерархических систем управления механическими и электромеханическими объектами на принципе декомпозиции. I//Автомат. и телемех., 1989. №1. C. 87-99
- Пупков К.А. и др. Методы классической и современной теории автоматического управления . Том.3 Синтез регуляторов систем автоматического управления. М: изд. МГТУ им. М.Э. Баумана, 2004. 676 c.
