Анализ существующих алгоритмов управления бпла

Рис. 1.2. Хвостовое оперение БПЛА (цифрами 1-3 обозначены элевоны)

БПЛА так же, как и большинство самолетов классической схемы, имеет два крыла, соединенные с фюзеляжем самолета, которые обеспечивают подъемную силу. Однако эти крылья не имеют отклоняющихся меньших консолей.
В классических схемах управления используют руль направления, руль высоты (аэродинамический орган управления самолёта, осуществляющий его вращение вокруг поперечной оси) и элероны (аэродинамические органы управления, симметрично расположенные на задней кромке консолей крыла у самолётов классической схемы[9]) которые предназначены для создания управляющих моментов вокруг трех ортогональных осей самолета.
Хвостовое оперение БПЛА представляет собой четыре крыла – элевоны (аэродинамические органы управления самолётом, симметрично расположенные на задней кромке консолей крыла) (рис. 1.2), располагающиеся перпендикулярно друг к другу на равном удалении друг от друга, в форме креста. Элевоны выполняют роль элеронов при управлении углом крена (поворот объекта вокруг его продольной оси) самолёта, и руля высоты при управлении нормальной перегрузкой по тангажу (угловое движение летательного аппарата относительно главной поперечной оси) и рысканию (угол поворота корпуса самолёта в горизонтальной плоскости). Для управления углом крена самолёта элевоны отклоняются дифференциально, то есть, для крена самолёта вправо правые элевоны поворачивается вверх, а левые — вниз; и наоборот. Синфазное отклонение элевонов позволяет управлять нормальной перегрузкой самолёта, то есть, для увеличения тангажа самолёта в горизонтальном полёте все элевоны поднимаются вверх. Такое управление самолетом создает большие трудности при ручном пилотировании, поэтому было предложено разработать алгоритм для управления БПЛА.

1.5 Определение требований к САУ

Во время управления движением ЛА возникают аэродинамические силы и моменты. В качестве регулирующих факторов, позволяющих воздействовать на летательный аппарат для управления его движением, используются углы отклонения по тангажу, рысканию, крену и тяги двигателя.
БПЛА как объект управления представляет собой сложную динамическую систему изза наличия большого количества связанных между собой параметров и сложных перекрестных взаимодействий между ними. Сложное движение часто разбивают на простейшие виды: угловые движения и движения центра масс, продольное и боковое движение. Органы управления, создающие управляющие воздействия, можно разделить на две группы:

• 
  органы продольного управления, обеспечивающие движение в продольной
  

плоскости;

• 
  органы управления боковым движением, обеспечивающие необходимый характер изменения углов крена, скольжения и рыскания.
  

Подобное деление органов управления является условным, так как можно привести режимы полета, в которых органы управления оказывают перекрестные воздействия на другие движения. В то же время такой подход позволяет выделить главные функции конкретных органов и каналов управления и независимо решать множество относительно простых и имеющих практическую ценность задач.
Для обеспечения полной автоматизации управления полетом необходимо четыре канала управления:

• 
  канал управления двигателем (тяги);
  
• 
  канал управления тангажом;
  
• 
  канал управления креном;
  
• 
  канал управления рысканием.
  

Канал управления двигателем осуществляет регулирование тяги в соответствии с заданной программой полета.
Три следующих канала управления, обеспечивают необходимое угловое положение аппарата в пространстве.
Информация о движении БПЛА поступает в соответствующие каналы, где формируются команды на рули, элероны и рычаг управления двигателем, которые обеспечивают заданное управление полетом. Стабильное управление полетом невозможно без создания приемлемой по качеству системы автоматического управления.
Система управления самолетом служит для обеспечения полета по заданной траектории путем создания на крыле и оперении потребных аэродинамических сил и моментов[10].
Возможны три типа систем управления - ручная, полуавтоматическая и автоматическая.
В ручной системе управления пилот-оператор, оценивая обстановку, обеспечивает выработку управляющих импульсов и с помощью командных рычагов через пульты управления отклоняет рулевые поверхности, удерживая их в нужном положении.
В полуавтоматической системе управляющие сигналы пилота-оператора преобразуются и усиливаются различного рода автоматами и усилителями, обеспечивая оптимальные характеристики устойчивости и управляемости самолета.
Автоматические системы обеспечивают полную автоматизацию отдельных этапов полета, освобождая пилота-оператора от непосредственного участия в управлении самолетом.
В процессе регулирования управления по углам или высоте полета ЛА в автоматической системе, на вход регулятора поступают желательные значения углов или высоты, а выходные переменные регулятора будут отклонять углы элевонов по каналам тангажа, крена и рыскания.
Требования к системе управления:

• 
  минимальное время переходного процесса,
  
• 
  отсутствие перерегулирования (апериодический процесс).
  

Необходимо, чтобы система управления обеспечивала заданные параметры переходного процесса.
Поставленная в данной дипломной работе задача требует исследования следующих вопросов:

• 
  Обоснование математического описания объекта управления.
  
• 
  Построение имитационной модели.
  
• 
  Исследование динамики модели.
  
• 
  Реализация законов управления объектом управления.
  

Задачей синтеза пилотажной системы является выбор структуры и параметров каналов управления, обеспечивающих получение заданного качества управления полетом, на основании динамических свойств.
Неотъемлемой частью систем автоматического управления движением ЛБЛА являются исполнительные механизмы. Включение математических моделей этих устройств в объект управления позволяет учесть их динамические и статические свойства.
Исполнительные приводы рулевых органов выбираются из условия, чтобы их нагрузочные характеристики обеспечивали необходимую динамику процессов управления, другими словами, от них требуется обеспечение перемещения с заданной скоростью рулевого органа, нагруженного внешними силами или внешними моментами.
На рис. 1.3 представлена упрощенная схема регулирования каналов управления и тягой двигателя. Через Ul и U2 обозначены соответственно векторы состояния движения исполнительных механизмов, являющихся входными сигналами отдельных каналов управления. На схеме также указаны перекрестные воздействия каналов управления. На основании полученных данных из САУ пересылаются управляющие регулирующие воздействия на ЛА через векторы δ1 и δ2.

Рис. 1.3. Функциональная схема автоматического управления полетом

Для рассматриваемого БПЛА классическое регулирование каналов управления не подходит, из-за нестандартной схемы конструкции управления полетом. Есть необходимость транслировать стандартную систему регулирования по каналам на управление четырьмя элевонами. На основании этого возникает задача составления алгоритмов управления четырьмя элевонами на каналах крена, тангажа и рыскания.
Основной задачей является создание полностью автоматической САУ, которая будет регулировать отклонения управляющих поверхностей для полета ЛА по желаемой траектории.