Системы автоматического управления полетом

Изучение особенностей высокоточного позиционирования воздушных подвижных объектов и возможности использования инерциальных датчиков низкого и среднего класса точности в системах автоматического управления полетом в летательных аппаратах разного класса.

Рубрика Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Вид статья
Язык русский
Дата добавления 30.05.2017
Размер файла 20,2 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

О возможности использования инерциальных датчиков низкого и среднего класса точности в системах автоматического управления полетом летательного аппарата

Н. Е. Хацько

Высокоточное позиционирование воздушных подвижных объектов в настоящее время является одной из ключевых задач управления в аэронавигации. Современная международная навигация развивается в соответствии с концепцией Performance Based Navigation - навигации, основанной на характеристиках [1]. В этой концепции рассматриваются характеристики воздушного судна в целом, а не отдельных его модулей (управления, навигации и тому подобное).

Чаще всего при пилотировании летательными аппаратами (ЛА) различного класса решается задача выведения объекта в заданную точку. Современные возможности высокоточного пилотирования основаны на комплексировании информации, получаемой от глобальных навигационных спутниковых систем и инерциальных систем. Вместе с тем, в процессе функционирования навигационной системы не исключаются случаи отсутствия информации от спутников. Перерывы в получении достоверной информации могут достигать 15 мин. [2]. В это время работа системы автоматического управления полетом (САУП) осуществляется только по информации инерциальной подсистемы.

Используемые в авиации инерциальные измерительные блоки (ИИБ) конструируются на основе дорогостоящих прецизионных датчиков, обеспечивающих высокое качество навигационной информации. В последнее десятилетие, в связи с развитием новых технологий, установилась тенденция к удешевлению инерциальных блоков за счет включения в них датчиков средней и низкой точности. Однако замена составляющих ИИБ ведет к понижению его точности, что влечет за собой понижение точности выработки навигационных параметров алгоритмом бесплатформенной инерциальной навигационной системы (БИНС). Одним из эффективных путей получения высокоточных оценок алгоритмом БИНС является алгоритмическая компенсация первичных измерений ИИБ с использованием калибровочных поправок ошибок измерений.

Методы калибровки за последнее время также претерпели изменения - с развитием массового выпуска инерциальных датчиков их индивидуальная калибровка стала невозможна. Это особенно актуально для нового типа микроэлектромеханических датчиков [3, 4]. Процессы калибровки унифицируются [5], и в настоящее время выпускаются стенды для проведения калибровки партий датчиков, вплоть до 1000 штук [6]. Массовая калибровка не дает индивидуальных характеристик, определяет только стандартизированный набор констант, который может не удовлетворять в последующем составу параметров математической модели компенсации ошибок. Поэтому перед использованием инерциальных датчиков средней и низкой точности в ИИБ необходимо дополнительно проводить их калибровку теми методами, которые позволят уточнить или идентифицировать необходимые для дальнейшего применения индивидуальные калибровочные параметры каждого датчика. Кроме того, методы и планы калибровочных экспериментов зависят от состава лабораторного оборудования. Активно развиваются методы калибровки с использованием лабораторного оборудования низкой точности, что также удешевляет производство ИИБ.

Таким образом, рассмотрение особенностей совместной работы системы автоматического управления и инерциальной навигационной системы с ИИБ средней и низкой точности является актуальным в рамках современной концепции PBN.

В Национальном техническом университете «Харьковский политехнический институт» (Украина) [7] разработаны методы калибровки инерциальных датчиков средней и низкой точности с использованием лабораторного оборудования низкой точности. Для проверки эффективности применения полученных калибровочных параметров разработан программный комплекс (ПК), моделирующий работу САУП. В состав ПК входят: блок синтеза управляющих воздействий, модель движения ЛА, модель ИИБ, алгоритм БИНС. На рис. 1 показана функциональная схема ПК, стрелками указано прохождение информации о параметрах состояния ЛА и параметрах управления. САУП позволяет корректировать управление ЛА с учетом оценки реального состояния объекта управления, формируемое алгоритмом БИНС. Вектор состояния всей системы включает координаты, скорости и углы ориентации ЛА: .

Входными данными ПК являются: массогабаритные параметры ЛА, необходимые для вычислений аэродинамические характеристики ЛА, краевые условия, характеризующие состояние ЛА в начальный и конечный моменты времени движения, время движения.

В блоке 1 определяется эталонная траектория движения, удовлетворяющая заданным краевым условиям и заданному времени движения. В блоке 2 в начале каждого такта работы САУП с учетом текущей информации о положении и скорости объекта вычисляются требуемые управляющие воздействия. Блок 3 реализует модель пространственного и углового движения ЛА. Блок 4 генерирует инерциальные данные, соответствующие показаниям гироскопов (ГС) и акселерометров (АК) в текущий момент движения ЛА, с учетом заданной модели погрешности измерений. Блок 5 формирует оценки текущих параметров движения ЛА, по значениям которых корректируются управляющие воздействия на следующем такте работы САУП.

Моделирование совместной работы системы автоматического управления и БИНС проводилось с данными ИИБ средней точности, а именно: дрейф нуля волоконно-оптического ГС ОИУС501 (производство ООО НПК «Оптолинк» [8], Россия) составляет 0,3 град/ч, сдвиг нуля АК (MMA8451Q, Freescale Semiconductor Inc (USA, Texas) - 0,005 м/с2. Экспериментальные исследования указанных приборов по оригинальным разработанным методикам калибровки [3, 4] позволили определить параметры математических моделей ошибок измерений указанных датчиков. А именно, моделей зависимости дрейфа нуля ГС от температурных параметров и внешнего магнитного поля; значение сдвига нуля АК. Использование алгоритмической компенсации измерений позволило снизить уровень ошибок датчиков: у ГС остаточный после компенсации дрейф нуля (уровень воспроизводимости) составил 0,05 град/ч, сдвиг нуля АК - 0,001 м/с2. инерциальный датчик управление полет

Для исследования влияния точности БИНС на точность САУП использовался критерий точности управления, определенный как близость фактических координат точки в конце интервала движения к эталонным значениям координат. В этом случае радиальной ошибке управления соответствует формула

где индекс «» обозначает реализованные, а «*» - эталонные координаты ЛА.

В табл. 1 приведены результаты моделирования 9-ти характерных участков полета продолжительностью около 10 мин. каждый, отличающихся формой траектории, скоростью движения и другими характеристиками. Для каждого примера синтез управления проводился в 5 режимах функционирования БИНС, которые предусматривали использование: идеальных (без погрешности) измерений датчиков; измерений с моделями погрешности, соответствующими датчикам среднего класса точности (ОИУС501, MMA8451Q); измерений с учетом компенсации ошибок только блока ГС с использованием разработанных математических моделей; измерений с учетом компенсации ошибок только блока АК; измерений с учетом компенсация ошибок измерений обоих блоков датчиков - ГС и АК.

Невозможность использования датчиков среднего класса в автоматических системах пилотирования вследствие высокого уровня ошибок управления; во-вторых, значительное снижение ошибки управления после применения компенсирующих моделей, как минимум, в 3 раза (пример №7). Результаты моделирования также показали, что степень влияния ошибок измерений и эффективности компенсации на точность управления, также как и на точность самой навигации, зависит от вида движения. Так, наблюдается уменьшение радиальной ошибки в 14 раз при движении в горизонтальной плоскости (примеры №1-3), при движении в вертикальной плоскости повышение терминальной точности на порядок ниже (примеры № 4-6). При пространственных маневрах (примеры №7-9), сочетающих движения в различных плоскостях, также наблюдается повышение точности, но устоявшейся зависимости не наблюдается из-за большой изменчивости динамики движения.

Приведенные данные свидетельствуют о том, что использование ИИМ средней точности с применением предварительной калибровки и последующей алгоритмической компенсации измерений в большинстве случаев позволяет САУП в периоды отсутствия достоверной спутниковой информации привести ЛА в заданную точку с достаточно высокой точностью.

Таким образом, разработанные методики калибровки инерциальных датчиков средней точности на низкоточном оборудовании позволяют повысить качество ИИБ до навигационного и использовать его в САУП ЛА.

Литература

1. Performance Based Navigation. Doc 9613, 3 edition [Text] // Montreal, ICAO, 2008. - 264p.

2. Performance Specification Dynamic Reference Unit HYBRID (DRUH) [Text] // INCH-POUND MIL-PRF-71185 (AR) 30 July 1999. - 237p.

3. Xie, H. Integrated microelectromechanical gyroscopes [Text] / H. Xie, G. K. Fedder // Journal of aerospace engineering.- 2003.- №4.- p. 65-75.

4. Лысенко, И.Е. Интегральный сенсор угловых скоростей и линейных ускорений [Электронный ресурс] // Инженерный вестник Дона, 2010, №3. - Режим доступа: http://ivdon.ru/magazine/ (доступ свободный) - Загл. с экрана.- Яз. рус.

5. Орехов В. С., Маляров С. В. Унифицированный компьютеризованный комплекс для испытаний датчиков вибрации [Электронный ресурс] // «Инженерный вестник Дона», 2007, №2. - Режим доступа: http://ivdon.ru/magazine/ (доступ свободный) - Загл. с экрана. - Яз. рус.

6. iTS - inertial Test Solutions [Электронный ресурс] // URL - http://www.acutronic.com/global/us/test-solutions.html

7. Официальный сайт кафедры систем и процессов управления [Электронный ресурс] // Режим доступа: http://kpispu.info/ru/ (доступ свободный)

8. Официальный сайт компании «Оптолинк» [Электронный ресурс] // Режим доступа: http://www.optolink.ru/ru/ (доступ свободный)

9. Успенский В. Б., Хацько Н. Е. Разработка и экспериментальная проверка методики паспортизации микроакселерометра [Текст] // Вестник НТУ «ХПИ»: «Системный анализ, управление и информационные технологии». - Харьков: НТУ «ХПИ», 2009. - №10. - С. 188-194.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Дискретные системы автоматического управления как системы, содержащие элементы, которые преобразуют непрерывный сигнал в дискретный. Импульсный элемент (ИЭ), его математическое описание. Цифровая система автоматического управления, методы ее расчета.

    реферат [62,3 K], добавлен 18.08.2009

  • Анализ устойчивости системы автоматического управления с применением алгебраического и частного критериев устойчивости. Составление передаточной функции разомкнутой и замкнутой САУ. Оценка ее точности в вынужденном режиме, качество переходного процесса.

    курсовая работа [5,7 M], добавлен 02.06.2013

  • Элементы автоматического управления. Проектирование цикловой дискретной системы автоматического управления с путевым контроллером. Исходный граф, схема механизмов и граф функционирования устройства. Синтез логических функций управления выходами.

    контрольная работа [783,3 K], добавлен 17.08.2013

  • Сферы применения технологий высокоточного спутникового позиционирования. Анализ состояния и тенденций развития систем высокоточного спутникового позиционирования в России. Механизм предоставления информации сетью станций высокоточного позиционирования.

    дипломная работа [5,9 M], добавлен 13.10.2017

  • Синтез систем автоматического регулирования простейшей структуры и повышенной динамической точности; получение переходных характеристик, соответствующих предельно-допустимым требованиям показателей качества системы; формирование управляющего воздействия.

    курсовая работа [2,0 M], добавлен 11.04.2013

  • Проектирование системы автоматического контроля и управления параметрами окружающей среды: температурой, влажностью, освещенностью и давлением с использованием микросхемы К572ПВ4. Разработка схемы сопряжения датчиков с ЭВМ, ее недостатки и достоинства.

    курсовая работа [1,4 M], добавлен 18.10.2010

  • Работа регулятора линейного типа, автоматического регулятора, исполнительного механизма, усилителя мощности, нормирующего преобразователя. Составление алгоритмической структурной схемы системы автоматического управления. Критерий устойчивости Гурвица.

    контрольная работа [262,6 K], добавлен 14.10.2012

  • Общие принципы построения систем автоматического управления, основные показатели их качества. Передаточная функция разомкнутой и замкнутой систем. Определение устойчивости системы. Оценка точности отработки заданных входных и возмущающих воздействий.

    реферат [906,1 K], добавлен 10.01.2016

  • Описание объекта автоматического управления в переменных состояниях. Определение дискретной передаточной функции замкнутой линеаризованной аналого-цифровой системы. Графики переходной характеристики, сигнала управления и частотных характеристик системы.

    курсовая работа [1,7 M], добавлен 21.11.2012

  • Структура замкнутой линейной непрерывной системы автоматического управления. Анализ передаточной функции системы с обратной связью. Исследование линейной импульсной, линейной непрерывной и нелинейной непрерывной систем автоматического управления.

    контрольная работа [1,6 M], добавлен 16.01.2011

  • Структурная схема системы автоматического управления (САУ). Ее статическая и переходная характеристика. Качество процесса управления. Определение показателей качества по расположению нулей и полюсов передаточной функции САУ в комплексной плоскости.

    методичка [273,7 K], добавлен 29.04.2010

  • Функциональная зависимость между входными и выходными параметрами как основная цель автоматического управления техническими системами. Система автоматического регулирования угловой скорости вращения коленчатого вала двигателя, алгоритмы функционирования.

    курсовая работа [2,4 M], добавлен 19.11.2012

  • Анализ устойчивости системы автоматического управления (САУ) по критерию Найквиста. Исследование устойчивости САУ по амплитудно-фазочастотной характеристике АФЧХ и по логарифмическим характеристикам. Инструменты управления приборной следящей системы.

    курсовая работа [1020,7 K], добавлен 11.11.2009

  • Уравнения связей структурной схемы САУ. Анализ линейной непрерывной системы автоматического управления. Критерии устойчивости. Показатели качества переходных процессов при моделировании на ЭВМ. Синтез последовательного корректирующего устройства.

    контрольная работа [157,2 K], добавлен 19.01.2016

  • Назначение и условия эксплуатации локальной системы автоматического управления (ЛСАУ). Подбор элементов и определение их передаточных функций. Расчет датчика обратной связи и корректирующего устройства. Построение логарифмических характеристик системы.

    курсовая работа [1,0 M], добавлен 09.03.2012

  • Структурная схема исходной системы автоматического управления и ее параметры. Асимптотическая ЛАЧХ нескорректированной САУ с дополнительным коэффициентом усиления в разомкнутом состоянии. Моделирование частотных характеристик нескорректированной системы.

    контрольная работа [1,2 M], добавлен 03.05.2017

  • Характеристика системы автоматического управления (САУ), предназначенной для линейного перемещения горизонтального стола станков фрезерной или координатно-расточной групп. Особенности блок-схемы и описание работы системы, синтез корректирующих звеньев.

    контрольная работа [2,1 M], добавлен 21.12.2013

  • Параметры регулируемой системы, передаточная и амплитудно-частотная функция, график переходного процесса. Построение логарифмической характеристики системы автоматического управления. Синтез параллельного корректирующего звена и программного устройства.

    курсовая работа [405,3 K], добавлен 20.10.2013

  • Расчет коэффициента усиления системы автоматического управления (САУ). Определение передаточной функции исходной САУ, проверка на устойчивость и моделирование переходных характеристик. Построение частотных характеристик эквивалентной разомкнутой САУ.

    курсовая работа [1,0 M], добавлен 16.04.2014

  • Анализ исходной системы автоматического управления, определение передаточной функции и коэффициентов. Анализ устойчивости исходной системы с помощью критериев Рауса, Найквиста. Синтез корректирующих устройств и анализ синтезированных систем управления.

    курсовая работа [442,9 K], добавлен 19.04.2011

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.