Применение логических алгоритмов для ограничения параметров движения летательного аппарата Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Решетневскуе чтения. 2013

УДК 681.51

ПРИМЕНЕНИЕ ЛОГИЧЕСКИХ АЛГОРИТМОВ ДЛЯ ОГРАНИЧЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА

В. И. Петунин, Л. М. Неугодникова

Уфимский государственный авиационный технический университет Россия, 450000, г. Уфа, ул. Карла Маркса, 12. E-mail: petunin_vi@mail.ru

Рассматривается задача ограничения параметров движения летательного аппарата. Показано, что эффективным средством построения систем автоматического управления с автоматами ограничений является селектор каналов управления.

Ключевые слова: система автоматического управления, автомат ограничений, селектор, летательный аппарат.

APPLICATION OF LOGICAL ALGORITHMS FOR RESTRICTION OF AIRCRAFT MOVEMENT PARAMETERS

V. I. Petunin, L. M. Neugodnikova

Ufa State Aviation Technical University 12, Karla Marksa str., Ufa, 450000, Russia. E-mail: petunin_vi@mail.ru

The problem of restriction of aircraft movement parameters is considered. Application of control channel selection is shown to provide an effective mean in development of automatic control system with automatic restriction machines.

Keywords: automatic control system, automatic restrictions, selector, aircraft.

При проектировании системы автоматического управления (САУ) летательного аппарата (ЛА) необходимо учитывать допустимые пределы изменения параметров движения ЛА. Эти параметры и пределы их изменения определяются эксплуатационными и аэродинамическими особенностями ЛА, а также характером выполняемой задачи. К аэродинамическим и прочностным ограничениям ЛА относятся [1]: угол атаки а, нормальная пу и боковая п z составляющие

перегрузки; угол тангажа 9 ; угол крена у ; скорость полета V .

Многочисленные ограничения, накладываемые на параметры полета ЛА, вызывают появление в фазовом пространстве области допустимых состояний Gд

и области недопустимых состояний Gн, которая является внешней по отношению к области Gд. Если ЛА

по тем или иным причинам приобрел состояние, при котором изображающая точка приблизилась к области недопустимых состояний Gн, то необходимо принять

меры по возвращению в область Gд. Эту функцию

выполняют автоматы ограничений.

Для построения САУ с автоматами ограничений параметров ЛА можно использовать логические устройства, реализующие алгоритмы алгебраического селектирования каналов.

Обычно применяется принцип селектирования, согласно которому регулируется параметр многомерного объекта управления, наиболее приблизившийся к величине, определяемой программой управления [1].

Такое селектирование реализуется с помощью алгебраических селекторов (АС).

Структурная схема САУ ЛА, включающей в себя автопилот (АП), автомат ограничения (АО), сервопривод (СП), датчики (Д1 и Д2), приведена на рис. 1. Здесь переменная 71 определяет изменение ограничиваемого параметра, а переменная Y2 - заданное изменение основного параметра ЛА.

Рис. 1. Структурная схема САУ ЛА с алгебраическим селектором

Для того чтобы регулируемые параметры не превысили максимальных допустимых значений (ограничение сверху), селектор должен пропустить на управление сигнал, соответствующий получению минимальной величины управляющего сигнала. Такое селектирование называют селектированием по минимуму, а селектор - селектором минимальных сигналов управления, функция преобразования которого имеет вид U = тт^ 1,U2,...,Um).

Информационно-управляющие системы

Если же ограничивают минимальные значения параметров (ограничение снизу), то предпочтение отдается регулятору параметра, для поддержания которого требуется наибольший управляющий сигнал, т. е. осуществляется селектирование по максимуму. В этом случае используют селектор максимальных сигналов управления, функция преобразования которого имеет вид U = шах^ 1,U2,...,Um).

Важным информативным параметром для АС и, следовательно, для САУ является разность его входных сигналов, знак которой говорит о включении того или иного канала, а величина - о близости к моменту переключения каналов.

Относительно разности входных сигналов е = U1 - U2 выражение, описывающее работу АС двух величин, преобразуется с использованием операции выделения модуля следующим образом: U = 0,5Ц^ + U2 + д|е|), где д = 1 для селектора максимального сигнала; д = -1 для селектора минимального сигнала.

Селекторы обеспечивают во всех условиях работы управляющее воздействие только одного из нескольких каналов управления, включаемых в работу в зависимости от режима работы объекта управления.

При этом каждый из каналов управления работает автономно и его параметры обычно выбираются без учета взаимодействия с другими каналами. Это позволяет сохранить статическую точность и запасы устойчивости, свойственные отдельным каналам управления.

Следовательно, алгебраический селектор обеспечивает плавное переключение с одного канала на другой, например, с автопилота на автомат ограничения и обратно на автопилот.

Синтез и результаты моделирования САУ углом тангажа ЛА с ограничением угла атаки (рис. 1) подробно рассмотрены в работе [1]. Здесь ¥1 =9 ; Г2 = а ; 5 = 5в; АП - автопилот угла тангажа; АО - автомат

ограничения угла атаки; АС - алгебраический селектор минимального сигнала.

Поворот ЛА в горизонтальной плоскости требует создания центростремительной силы, направленной к центру кривизны траектории, что возможно за счет накренения ЛА на угол крена. При таком движении ЛА одним из наиболее важных ограничений является ограничение нормальной перегрузки пу . Ограничение нормальной перегрузки в предлагаемой системе достигается за счет введения в ее структуру автомата ограничения нормальной перегрузки и алгебраического селектора минимального сигнала. Синтез и результаты моделирования такой САУ подробно рассмотрены в работе [2].

Структурная схема САУ углом курса и ограничения нормальной перегрузки ЛА приведена на рис. 2, где ЛА - летательный аппарат; ДНП - датчик нормальной перегрузки; ДУ - датчик угла; ВЗУК - вычислитель заданного угла крена; ВАОП - вычислитель автомата ограничения перегрузки; АС - алгебраический селектор; ВАУК - вычислитель автопилота угла крена; СПЭ - сервопривод элеронов; уз, уз, пуз -

заданные значения углов курса, крена и перегрузки ЛА.

Рис. 2. Структурная схема САУ углом курса и ограничения нормальной перегрузки ЛА

Таким образом, алгебраический селектор каналов управления является эффективным средством построения САУ с автоматами ограничений предельных параметров ЛА. Включение автомата ограничения в САУ ЛА с помощью алгебраического селектора позволяет обеспечить необходимую точность ограничения и плавные переходные процессы при переключении каналов. На рассмотренные САУ ЛА получены патенты на изобретения.

Библиографические ссылки

1. Петунин В. И. Синтез систем автоматического управления летательными аппаратами с автоматами ограничений предельных параметров // Изв. вузов. Приборостроение. 2010. Т. 53, № 10. С. 18-24.

2. Петунин В. И., Неугодникова Л. М. Синтез системы автоматического управления углом курса и ограничения нормальной перегрузки летательного аппарата // Авиакосмическое приборостроение. 2012. № 11. С. 10-18.

References

1. Petunin V. I. // Izv. vuzov. Priborostroenie. 2010, vol. 53, № 10, pp. 18-24.

2. Petunin V. I., Neugodnikova L. M. //

Aviakosmicheskoe priborostroenie. 2012, № 11, pp. 10-18.

© Петунин В. И., Неугодникова Л. М., 2013