Синтез системы управления беспилотного летательного аппарата по высоте методом бэкстеппинга

С. А. Ахрамович, А. В. Баринов, В. В. Малышев, А. В. Старков

Аннотация


Рассматривается синтез системы управления беспилотного летательного аппарата (БПЛА) с мягким крылом, к которым относятся параплан, аэрошют и паралёт. Приведено описание и показана схема БПЛА, рассматриваются силы и моменты, действующие на него в продольной плоскости. Математическая модель движения БПЛА описывается в связанной системе координат. Непосредственно управление осуществляется двигателем тяги. Двигатель тяги устанавливается на БПЛА так, чтобы направление силы тяги действовало вдоль оси OX в плоскости OXY. Предлагается формировать закон управления по высоте через момент силы тяги. Это даёт преимущество в том, что он будет стабилизировать угловую скорость и угол тангажа. Для синтеза системы управления и стабилизации применяется метод бэкстеппинга. Согласно этому методу задача разработки закона управления для всей системы разбивается на последовательность соответствующих подзадач до подсистем меньшего порядка. Алгоритм бэкстеппинга заключается в том, чтобы сделать каждый интегратор объекта устойчивым путём добавления обратной связи. Полученное управление учитывает нелинейность объекта и зависит от вектора состояния. Основные преимущества полученного регулятора: система устойчива в больших пределах входных значений; варьируя коэффициенты регулятора, можно подобрать желаемые характеристики качества управления. Приведены результаты численного моделирования в среде MATLAB движения БПЛА с полученным регулятором.


Ключ. слова


Беспилотный летательный аппарат; параплан; аэрошют; паралёт; система управления; бэкстеппинг; метод обратного хода интегратора; критерий устойчивости по Ляпунову

Полный текст:

PDF

Список литературы

1. Усачов В.Е., Таргамадзе Р.Ч. Принципы и алгоритмы формирования системы математических моделей целевой миссии беспилотного ЛА // Труды МАИ. 2011. № 49. http://trudymai.ru/published.php?ID=28282

2. Зайцев П.В., Формальский А.М. Параплан: математическая модель, автоматическое управление // Доклады академии наук. 2008. Т. 420, № 6. С. 746-749.

3. Иванов П.И. Проектирование, изготовление и испытания парапланов: методическое руководство для разработчиков парапланерных систем, конструкторов и испытателей. Феодосия: КП «Гранд-С», 2001. 256 с.

4. Бюшгенс Г.С., Студнев Р.В. Динамика самолёта. Пространственное движение. М.: Машиностроение, 1983. 320 с.

5. Бураго С.Г., Садекова Г.С. Расчёт аэродинамических характеристик летательного аппарата с применением ЭВМ: уч. пособие. М.: Московский авиационный институт, 1987. 60 с.

6. Биард Р.У., МакЛэйн Т.У. Малые беспилотные летательные аппараты: теория и практика. М.: Техносфера, 2015. 312 с.

7. Лебедев А.А., Чернобровкин Л.С. Динамика полёта беспилотных летательных аппаратов: уч. пособие для вузов. М.: Машиностроение, 1973. 615 с.

8. Ахрамович С.А., Баринов А.В., Малышев В.В., Старков А.В. Синтез системы стабилизации четырёхроторным конвертопланом по каналам тангажа и крена в вертикальном режиме // Вестник НПО С.А. Лавочкина. 2018. № 1. C. 72-78.

9. Халил Х.К. Нелинейные системы. М.: Институт компьютерных исследований, 2009. 812 с.

10. Чебыкин Д.В. Backstepping – метод синтеза управления для нелинейных объектов // Сб. докладов международной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Информационные технологии, телекоммуникации и системы управления». Екатеринбург: Уральский федеральный университет, 2015. С. 248-254.

11. Черных И.В. SIMULINK: среда создания инженерных приложений. М.: Диалог-МИФИ, 2003. 491 с.

12. Лебедев Г.Н., Елисеев В.Д., Ивашова Н.Д. Постановка задачи автоматического управления посадочным манёвром беспилотного летательного аппарата при сильном боковом ветре и подходы к её решению // Труды МАИ. 2013. № 70. http://trudymai.ru/published.php?ID=44508

13. Леонов В.А., Чубарев И.В. Робастно-адаптивный регулятор для пространственного движения высокоскоростного летательного аппарата // Труды МАИ. 2012. № 50. http://trudymai.ru/published.php?ID=28699

14. Чубарев И.В., Леонов В.А. Робастно-адаптивный регулятор для продольного движения высокоскоростного летательного аппарата // Труды МАИ. 2011. № 44. http://trudymai.ru/published.php?ID=25047


DOI: http://dx.doi.org/10.18287/2541-7533-2018-17-2-7-22

Ссылки

  • Ссылки не определены.


 

Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 International License.

 

ISSN: 2541-7533