Управление вертикальным перемещением демонстратора системы посадки

Автор: Садов В.Б., Чернецкий В.О., Алшин Е.А., Масягин В.С.

Журнал: Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение @vestnik-susu-engineering

Рубрика: Расчет и конструирование

Статья в выпуске: 4 т.24, 2024 года.

Бесплатный доступ

В статье приводится подход к конструированию системы управления демонстратора, служащего для отработки двигателей, алгоритмов управления и навигации летательного аппарата на этапе посадки. Использование подобных демонстраторов позволяет провести испытания отдельных узлов техники, оценить возможности применяемых технологий, разработать и проверить методики проектирования и определения требуемых параметров составных частей для получения в итоге нужных свойств изделия в целом. Механическая конструкция демонстратора представляет собой сложную систему из движущихся друг относительно друга частей. Основным подходом к синтезу систем управления подобными системами является цифровое моделирование. С этой целью в статье приводится вывод динамических уравнений движения частей демонстратора, основанных на использовании уравнений Лагранжа 2- го рода. При составлении модели также учитывались характеристики используемых ракетных двигателей, регуляторов расхода горючего, датчиков, синтезированных регуляторов и особенности цифровой реализации системы управления. Приведены результаты моделирования движения демонстратора на этапе подъема и посадки. Моделирование производилось с использованием программной системы Simulink. На этапе моделирования были определены параметры регулятора, обеспечивающего движение платформы ракетного двигателя по вертикали без перерегулирования с минимальной установившейся ошибкой отработки в верхнем положении. Результаты моделирования позволяют сделать вывод о качестве движения демонстратора для реализации движения платформы демонстратора на этапах имитации взлета и посадки летательного аппарата. Весь материал статьи иллюстрирован необходимым графическим материалом, приведены ссылки на литературные источники, подтверждающие возможность и качество использования тех или иных научных подходов и технологий.

Еще

Система управления, цифровое моделирование, динамические уравнения движения, регуляторы, алгоритм управления, программная траектория движения

Короткий адрес: https://sciup.org/147247590

IDR: 147247590   |   УДК: 621.45.051   |   DOI: 10.14529/engin240403

Vertical movement control landing system demonstrator

The article provides an approach to the design of the demonstrator control system, which serves to test the engines, control algorithms and navigation of the aircraft at the landing stage. The use of such demonstrators allows you to test individual components of equipment, evaluate the capabilities of the technologies used, develop and verify design techniques and determine the required parameters of the components to obtain the desired properties of the product as a whole. The mechanical design of the demonstrator is a complex system of moving parts relative to each other. The main approach to the synthesis of control systems of such systems is digital modeling. To this end, the article provides a derivation of the dynamic equations of motion of the demonstrator parts based on the use of Lagrange equations of the 2nd kind. When compiling the model, the characteristics of the rocket engines used, fuel consumption regulators, sensors, synthesized regulators and features of the digital implementation of the control system were also taken into account. The results of modeling the movement of the demonstrator at the stage of lifting and landing are presented. The simulation was performed using the Simulink software system. At the modeling stage, the parameters of the regulator were determined, which ensures the vertical movement of the rocket engine platform without overshooting with a minimum steady-state error in the upper position. The simulation results allow us to conclude about the quality of the demonstrator's movement for the implementation of the movement of the demonstrator platform at the stages of simulated takeoff and landing of an aircraft. The entire material of the article is illustrated with the necessary graphic material, references to literary sources confirming the possibility and quality of using certain scientific approaches and technologies are provided.

Еще

Список литературы Управление вертикальным перемещением демонстратора системы посадки

  • Создание демонстратора технологии авиастроения / К.И. Сыпало, А.Л. Медведский, О.В. Бабичев, Г.Г. Казаринов, А.В. Кан // Труды МАИ, 2017. № 95. URL: https://trudymai.ru/publi-shed.php?ID=84545.
  • Семенов А.И., Кузнецов Д.А., Хомутов А.А., Макаров И.А. Летательный аппарат – многоразовый летный демонстратор. Патент RU 186186U1, 2018.
  • Louis N.H., Janet D.F. Analytical Mechanics. Cambridge University Press, 1998. 592 p.
  • Медведев Б.В. Начала теоретической физики. Механика, теория поля, элементы квантовой механики. М.: Физматлит, 2007. 600 с.
  • Мусалимов В.М., Сергушин П.А. Аналитическая механика. Уравнение Лагранжа второго рода. Свободные колебания. СПб.: СПбГУ ИТМО, 2007. 53 с.
  • Goldstein H., Poole C.P., Safko J.L. Classical Mechanics (3rd Edition). Addison-Wesley: 2002, 638 p.
  • Методы классической и современной теории автоматического управления: учебник для вузов: в 5 т. Т. 1: Математические модели, динамические характеристики и анализ систем автоматического управления / К.А. Пупков, Н.Д. Егупов, А.И. Баркин и др.; под ред. К.А. Пупкова, Н.Д. Егупова. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. 654 с.
  • Benjamin C.K. Automatic control systems. Prentice-Hall, 1995. 800 p.
  • Ким Д.П. Теория автоматического управления. Т. 1: Линейные системы. – М.: ФИЗМАТ-ЛИТ, 2003. 288 с.
  • Chen C.-T. Linear system theory and design (the Oxford series in electrical and computer engi-neering). Oxford university press, 2012. 400 p.
  • Лурье Б.Я., Экрайт П.Дж. Классические методы автоматического управления. СПб.: БХВ-Петербург, 2004. 640 с.
  • Ким Д.П. Теория автоматического управления. Т. 2: Многомерные, нелинейные, оптимальные и адаптивные системы: учебное пособие. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004. 464 с.
  • Чиликин М.Г., Сандлер А.С. Общий курс электропривода. М.: Энергоиздат, 1981. 576 с.
  • Терехов В.М., Осипов О.И. Системы управления электроприводов: учебник для студентов вузов. М.: Издательский центр «Академия», 2006. 304 с.
  • Куо Б. Теория и проектирование цифровых систем управления. М.: Мир, Машиностроение, 1986. 448 c.
  • Houpis C.H., Lamont G.B. Digital control systems: theory, hardware, software. McGraw-Hill, 1992.
  • Levesque A.H., Giordano A.A. Modeling of digital communication systems using SIMULINK. John Wiley & Sons Limited, 2018. 352 p.
  • Dingyü X., YangQuan C. System simulation techniques with MATLAB and Simulink. Wiley, 2018. 485 p.
  • Дьяконов, В. MATLAB 6: Учебный курс. СПб., Питер, 2001. 592 с. 20. Jongrae K. Dynamic system modeling and analysis with MATLAB and Python: for control en-gineers. Wiley-IEEE Press, 2022. 336 p.
Еще