RU2338235C1 - Method for generating of flying aircraft angular motion adaptive control signal - Google Patents
Method for generating of flying aircraft angular motion adaptive control signal Download PDFInfo
- Publication number
- RU2338235C1 RU2338235C1 RU2007115860/28A RU2007115860A RU2338235C1 RU 2338235 C1 RU2338235 C1 RU 2338235C1 RU 2007115860/28 A RU2007115860/28 A RU 2007115860/28A RU 2007115860 A RU2007115860 A RU 2007115860A RU 2338235 C1 RU2338235 C1 RU 2338235C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- generating
- angular velocity
- mismatch
- equal
- Prior art date
Links
Landscapes
- Feedback Control In General (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к бортовым системам автоматического управления существенно нестационарными беспилотными летательными аппаратами.The invention relates to airborne automatic control systems for substantially unsteady unmanned aerial vehicles.
Известен способ формирования сигнала управления летательным аппаратом, в котором формируют сигналы задающего воздействия, сравнения, суммирования и измеряют сигналы угла и угловой скорости [1].A known method of generating a control signal for an aircraft, in which the signals of the driving action, comparison, summation are generated and the signals of the angle and angular velocity are measured [1].
Недостатком известного способа является ограниченность функциональных возможностей в условиях нестационарности параметров летательного аппарата, вызванных изменениями скорости и высоты полета.The disadvantage of this method is the limited functionality in the conditions of non-stationary parameters of the aircraft caused by changes in speed and altitude.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ формирования адаптивного сигнала управления угловым движением нестационарного летательного аппарата, заключающийся в том, что измеряют текущие сигналы углового положения и угловой скорости, задают опорный сигнал углового положения, формируют сигнал рассогласования между заданным сигналом и текущим сигналом углового положения, формируют сигнал управления, равный сумме компонент сигналов рассогласования и угловой скорости, для воздействия на исполнительное устройство [2].Closest to the proposed invention is a method of generating an adaptive signal for controlling the angular motion of an unsteady aircraft, which consists in measuring the current signals of the angular position and angular velocity, setting the reference signal of the angular position, generating a mismatch signal between the given signal and the current signal of the angular position, a control signal equal to the sum of the components of the mismatch signals and the angular velocity to act on the actuator [2].
Недостатком этого способа являются ограниченные функциональные возможности по устойчивости и точности, обусловленные отсутствием средств инвариантности для решения проблемы нестационарности летательного аппарата в условиях существенного изменения условий полета по скорости и высоте.The disadvantage of this method is the limited functionality for stability and accuracy, due to the lack of means of invariance to solve the problem of unsteadiness of the aircraft in conditions of a significant change in flight conditions in speed and altitude.
Решаемой в предложенном способе технической задачей является обеспечение инвариантности показателей качества процессов стабилизации и повышение точностных характеристик управления. Предложенным формированием способа обеспечивается адаптация параметров регулирующей части закона стабилизации и повышение устойчивости и качества в условиях широкого диапазона параметров летательного аппарата.Solved in the proposed method, the technical problem is to ensure the invariance of the quality indicators of stabilization processes and improving the accuracy of control characteristics. The proposed formation of the method provides for the adaptation of the parameters of the regulatory part of the law of stabilization and increased stability and quality in a wide range of parameters of the aircraft.
Указанный технический результат достигается тем, что в известный способ формирования адаптивного сигнала управления угловым движением нестационарного летательного аппарата, заключающийся в том, что измеряют текущие сигналы углового положения и угловой скорости, задают опорный сигнал углового положения, формируют сигнал рассогласования между заданным сигналом и текущим сигналом углового положения, формируют сигнал управления, равный сумме компонент сигналов рассогласования и угловой скорости, для воздействия на исполнительное устройство, дополнительно измеряют сигнал скоростного напора q, формируют сигнал адаптации λ посредством пропорционального масштабирования сигнала скоростного напора λ=Aq, А=const, где mδ - производная коэффициента эффективности по отклонению рулей; s и l - характерные геометрические параметры летательного аппарата - площадь и длина, сохраняя при этом значения λmin=Aqmin при q<qmin и λmax=Aqmax при q>qmax, где qmin и qmax - соответственно расчетные сигналы минимального и максимального значений скоростного напора, формируют сигнал адаптивно перестраиваемого передаточного коэффициента К1 по рассогласованию, равный A1=const, формируют сигнал адаптивно перестраиваемого передаточного коэффициента К2 по угловой скорости, равный К2=А2К1, A2=const, при этом константы A1, А2 определены по условиям устойчивости и качества переходных процессов, формируют компоненту сигнала рассогласования, равную произведению сигналов рассогласования и адаптивно перестраиваемого передаточного коэффициента К1 по рассогласованию и формируют компоненту сигнала угловой скорости, равную произведению сигналов угловой скорости и адаптивно перестраиваемого передаточного коэффициента К2 по угловой скорости.The specified technical result is achieved by the fact that in the known method of forming an adaptive signal for controlling the angular motion of an unsteady aircraft, which consists in measuring the current signals of the angular position and angular velocity, setting the reference signal of the angular position, generating a mismatch signal between the given signal and the current signal of the angular position, form a control signal equal to the sum of the components of the mismatch signals and angular velocity, to affect the actuator oystvo further measured dynamic pressure q signal, generating adjustment signal λ by proportional scaling signal dynamic pressure λ = Aq, A = const, where m δ is the derivative of the coefficient of efficiency for the deviation of the rudders; s and l are the characteristic geometric parameters of the aircraft — the area and length, while maintaining the values λ min = Aq min for q <q min and λ max = Aq max for q> q max , where q min and q max are the calculated signals, respectively the minimum and maximum values of the pressure head, form a signal adaptively tunable gear ratio K 1 mismatch equal to A 1 = const, form the signal of the adaptively tunable gear coefficient K 2 at an angular velocity equal to K 2 = A 2 K 1 , A 2 = const, while the constants A 1 , A 2 are determined by the conditions of stability and quality of transients, form the component the mismatch signal equal to the product of the mismatch signals and the adaptively tunable transfer coefficient K 1 according to the mismatch and form the component of the angular velocity signal equal to the product of the angular velocity signals and the adaptively tunable transfer coefficient K 2 by angular velocity.
Действительно, при этом обеспечивается отработка сигналов управления с максимальным качеством в широком диапазоне изменения высоты, скорости полета посредством введения средств адаптации и реализации адаптивного закона управления.Indeed, this ensures the development of control signals with maximum quality in a wide range of altitude and flight speed changes through the introduction of adaptation tools and the implementation of the adaptive control law.
Рассмотрим обобщенное формирование предлагаемого способа формирования адаптивного сигнала управления угловым движением нестационарного летательного аппарата полностью на примере одного канала. Основные уравнения углового движения летательного аппарата, например, по [3] описываются в виде:Consider the generalized formation of the proposed method for the formation of an adaptive signal for controlling the angular motion of an unsteady aircraft in full on the example of one channel. The basic equations of the angular motion of an aircraft, for example, according to [3] are described in the form:
где а, в - динамические коэффициенты летательного аппарата по демпфированию и эффективности соответственно;where a, b are the dynamic coefficients of the aircraft for damping and efficiency, respectively;
φ - угол;φ is the angle;
ωφ - угловая скорость;ω φ is the angular velocity;
δ - угол отклонения рулевых поверхностей исполнительным устройством.δ is the angle of deviation of the steering surfaces by the actuator.
Закон управления, формирующий сигнал управления для исполнительного устройства, формируется в виде:The control law forming the control signal for the actuator is formed in the form of:
где Δφ - сигнал рассогласования:where Δφ is the error signal:
здесь φзад - сигнал задающего воздействия;here φ ass is the signal of the driving action;
К1, К2 - передаточные числа.To 1 , To 2 - gear ratios.
Приняв безинерционную отработку исполнительным устройством сигнала управления, т.е. положив δ≡σ из уравнений (1)÷(3), получаем описание процессов регулирования в замкнутом контуре (закон управления - летательный аппарат) в виде:Having adopted the inertia-free refinement by the actuator of the control signal, i.e. putting δ≡σ from equations (1) ÷ (3), we obtain a description of the regulation processes in a closed loop (control law - aircraft) in the form:
илиor
Характеристическое уравнение замкнутой системы управления в соответствии с (5) имеет вид:The characteristic equation of a closed-loop control system in accordance with (5) has the form:
Уравнение (6) позволяет оценить параметры закона управления (2) K1 и К2 с динамическими коэффициентами летательного аппарата а и в.Equation (6) allows us to estimate the parameters of the control law (2) K 1 and K 2 with the dynamic coefficients of the aircraft a and c.
Для обеспечения требуемых характеристик устойчивости и качества необходимо обеспечить в процессе полета выполнение условий стабильности (инвариантности) коэффициентов характеристического уравнения, т.е.To ensure the required stability and quality characteristics, it is necessary to ensure that the stability conditions (invariance) of the coefficients of the characteristic equation are satisfied during the flight, i.e.
В (7) коэффициент а, характеризующий собственное демпфирование летательного аппарата, достаточно мал, слабо изменяется и не является характерным, доминирующим в сравнении с параметром в К2, определяющим демпфирование замкнутой системы управления в целом. Поэтому условия сохранения требуемых показателей устойчивости и качества, исходя из (7), могут быть определены как:In (7), the coefficient a, which characterizes the aircraft’s own damping, is rather small, slightly changes, and is not characteristic, dominant in comparison with the parameter in K 2 , which determines the damping of the closed control system as a whole. Therefore, the conditions for maintaining the required indicators of stability and quality, based on (7), can be defined as:
где в - коэффициент эффективности органов управления, равный, например, по [3]:where in - the efficiency factor of the controls, equal, for example, according to [3]:
где mδ - производная коэффициента эффективности по отклонению рулей δ;where m δ is the derivative of the coefficient of efficiency with respect to the deviation of the rudders δ;
s, l - характерные геометрические параметры летательного аппарата: площадь и длина;s, l - characteristic geometric parameters of the aircraft: area and length;
J - момент инерции летательного аппарата;J is the moment of inertia of the aircraft;
q - скоростной напор:q - velocity head:
здесь ρ - плотность воздуха на текущей высоте полета, ρ=ρ(Н);here ρ is the air density at the current flight altitude, ρ = ρ (Н);
V - скорость полета.V is the flight speed.
Параметр mδ по текущему состоянию является, в основном, функцией числа Маха:The parameter m δ in the current state is mainly a function of the Mach number:
где а - скорость звука на текущей высоте полета; для аэродинамического летательного аппарата меняется в небольших пределах и может быть принята постоянной - осредняемой или максимальной для данной области высот. Этот коэффициент можно считать стабильным в окрестности балансировочных значений текущих углов летательного аппарата.where a is the speed of sound at the current altitude; for an aerodynamic aircraft varies within small limits and can be assumed constant - averaged or maximum for a given height range. This coefficient can be considered stable in the vicinity of the balancing values of the current angles of the aircraft.
Момент инерции J для беспилотных летательных аппаратов также меняется незначительно. Это обстоятельство тем более корректно, что конструктивно изменение массы летательного аппарата за счет выгорания топлива изменяет и центровочные характеристики, обусловливая максимальное сохранение стабильности моментов инерции.The moment of inertia J for unmanned aerial vehicles also varies slightly. This circumstance is all the more correct because structurally changing the mass of the aircraft due to fuel burnup also alters the centering characteristics, thereby ensuring the maximum stability of the moments of inertia.
Таким образом, основной нестационарностью является скоростной напор q. Исходя из уравнений (8) и на основе уравнений (9)÷(11) с учетом изложенного, для обеспечения процессов адаптации необходимо сформировать функцию адаптации - обозначим ее как λ:Thus, the main non-stationarity is the velocity head q. Based on equations (8) and on the basis of equations (9) ÷ (11), taking into account the above, to ensure the adaptation processes, it is necessary to form an adaptation function - we denote it by λ:
λ=Aq,λ = Aq,
где А=const, where A = const,
При этом для режимов с q, принадлежащих нерасчетным значениям q<qmin и q>qmax, величина λ принимается на соответствующих значениях, т.е. в целомMoreover, for modes with q belonging to non-calculated values q <q min and q> q max , the quantity λ is taken at the corresponding values, i.e. generally
Из уравнений (8) получаем алгоритмы адаптации:From equations (8) we obtain adaptation algorithms:
Наиболее точно достаточно сложные законы идентификации и адаптации на основе (12) могут быть реализованы благодаря применению средств БЦВМ. Сигналы функций идентификации и адаптации несложно реализуются алгоритмически; все звенья и блоки также могут быть реализованы на элементах автоматики и вычислительной техники, например, по [4, 5].Most accurately, rather complex laws of identification and adaptation based on (12) can be realized through the use of computer systems. The signals of the identification and adaptation functions are easily implemented algorithmically; all links and blocks can also be implemented on elements of automation and computer technology, for example, according to [4, 5].
Предложенный способ формирования адаптивного сигнала управления угловым движением нестационарного летательного аппарата позволяет обеспечить инвариантность показателей качества и повысить точность управления в условиях широкого диапазона условий полета.The proposed method for the formation of an adaptive control signal for the angular motion of an unsteady aircraft makes it possible to ensure the invariance of quality indicators and improve control accuracy in a wide range of flight conditions.
Источники информацииInformation sources
1. Аэродинамика, устойчивость и управляемость сверхзвуковых самолетов. Под ред. Г.С.Бюшгенса. М.: Наука. Физматлит, 1998, с.443.1. Aerodynamics, stability and controllability of supersonic aircraft. Ed. G.S. Byushgens. M .: Science. Fizmatlit, 1998, p. 433.
2. Патент РФ №2251136, 24.12.02, кл. G05D 1/08.2. RF patent №2251136, 12.24.02, cl. G05D 1/08.
3. А.А.Лебедев, Л.С.Чернобровкин. Динамика полета беспилотных летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1973, с.486.3. A.A. Lebedev, L.S. Chernobrovkin. Flight dynamics of unmanned aerial vehicles. M.: Mechanical Engineering, 1973, p. 486.
4. В.Б.Смолов. Функциональные преобразователи информации. Л.: Энергоиздат, Ленинградское отделение, 1981, с.22, 41.4. V. B. Smolov. Functional information converters. L .: Energy Publishing House, Leningrad Branch, 1981, p. 22, 41.
5. А.У.Ялышев, О.И.Разоренов. Многофункциональные аналоговые регулирующие устройства автоматики. М.: Машиностроение, 1981, с.107, 126.5. A.U. Yalyshev, O. I. Razorenov. Multifunctional analog control devices for automation. M.: Mechanical Engineering, 1981, p. 107, 126.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007115860/28A RU2338235C1 (en) | 2007-04-27 | 2007-04-27 | Method for generating of flying aircraft angular motion adaptive control signal |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007115860/28A RU2338235C1 (en) | 2007-04-27 | 2007-04-27 | Method for generating of flying aircraft angular motion adaptive control signal |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2338235C1 true RU2338235C1 (en) | 2008-11-10 |
Family
ID=40230442
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007115860/28A RU2338235C1 (en) | 2007-04-27 | 2007-04-27 | Method for generating of flying aircraft angular motion adaptive control signal |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2338235C1 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2460113C1 (en) * | 2011-03-02 | 2012-08-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие Московское опытно-конструкторское бюро "Марс" (ФГУП МОКБ "Марс") | Method of generating integral adaptive signal for stabilising gliding motion of unmanned aircraft and apparatus for realising said method |
RU2469373C1 (en) * | 2012-01-31 | 2012-12-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское опытно-конструкторское бюро "Марс" (ФГУП МОКБ "Марс") | Method of generating digital-analog adaptive control signal for drone angular motion onboard control systems and device to this end |
RU2487052C1 (en) * | 2011-11-09 | 2013-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Балтийский государственный технический университет "ВОЕНМЕХ" им. Д.Ф. Устинова (БГТУ "ВОЕНМЕХ") | Method of generating drone stabilisation system control signal |
RU2569580C2 (en) * | 2013-11-12 | 2015-11-27 | Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московской области "Международный университет природы, общества и человека "Дубна", (Университет "Дубна") | Method of formation of adaptive signal of control and stabilisation of angular movement of aircraft, and device for its implementation |
RU2600025C2 (en) * | 2014-10-22 | 2016-10-20 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Method for adaptive roll control of aircraft |
-
2007
- 2007-04-27 RU RU2007115860/28A patent/RU2338235C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Аэродинамика, устойчивость и управляемость сверхзвуковых самолетов. Под ред. Бюшгенса Г.С. М.: Наука. Физматлит, 1998, с.443. * |
Лебедев А.А., Чернобровкин Л.С. Динамика полета беспилотных летательных аппаратов, М.: Машиностроение, 1973, с.486. Михалев И.А. и др. Системы автоматического управления самолетом. М.: Машиностроение, 1987, с.174. * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2460113C1 (en) * | 2011-03-02 | 2012-08-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие Московское опытно-конструкторское бюро "Марс" (ФГУП МОКБ "Марс") | Method of generating integral adaptive signal for stabilising gliding motion of unmanned aircraft and apparatus for realising said method |
RU2487052C1 (en) * | 2011-11-09 | 2013-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Балтийский государственный технический университет "ВОЕНМЕХ" им. Д.Ф. Устинова (БГТУ "ВОЕНМЕХ") | Method of generating drone stabilisation system control signal |
RU2469373C1 (en) * | 2012-01-31 | 2012-12-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское опытно-конструкторское бюро "Марс" (ФГУП МОКБ "Марс") | Method of generating digital-analog adaptive control signal for drone angular motion onboard control systems and device to this end |
RU2569580C2 (en) * | 2013-11-12 | 2015-11-27 | Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московской области "Международный университет природы, общества и человека "Дубна", (Университет "Дубна") | Method of formation of adaptive signal of control and stabilisation of angular movement of aircraft, and device for its implementation |
RU2600025C2 (en) * | 2014-10-22 | 2016-10-20 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Method for adaptive roll control of aircraft |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7641152B2 (en) | Dynamic adjustment of wing surfaces for variable camber | |
CN107807663B (en) | Unmanned aerial vehicle formation maintaining control method based on self-adaptive control | |
RU2338235C1 (en) | Method for generating of flying aircraft angular motion adaptive control signal | |
CN110119089B (en) | Immersion constant flow pattern self-adaptive quad-rotor control method based on integral sliding mode | |
US20100132446A1 (en) | Wind tunnel testing technique | |
CN110162071B (en) | Attitude control method and system for reentry tail section of hypersonic aircraft | |
CN115079565B (en) | Variable-coefficient constraint guidance method and device with falling angle and aircraft | |
US20150360789A1 (en) | Method and device for controlling at least one actuator control system of an aircraft, associated computer program product and aircraft | |
RU2391694C1 (en) | Board digital-analogue adaptive system of aircraft control | |
Ansari et al. | Retrospective cost adaptive control of generic transport model under uncertainty and failure | |
RU2338236C1 (en) | Onboard angular stabilisation system for controlling flying aircraft | |
KR101052040B1 (en) | Autipilot apparatus of guided missile and method thereof | |
Farooq et al. | Path following of optimal trajectories using preview control | |
Regan et al. | mAEWing2: Initial Flight Test and System Identification of a Flexible UAV | |
Liu et al. | Application of the improved incremental nonlinear dynamic inversion in fixed-wing UAV flight tests | |
CN111007867B (en) | Hypersonic aircraft attitude control design method capable of presetting adjustment time | |
RU86326U1 (en) | ON-BOARD DIGITAL ANALOGUE ADAPTIVE AIRCRAFT CONTROL SYSTEM | |
RU2445599C1 (en) | Method for determining turning angle of thrust vector of hypersonic once-through air jet engine with chamfer cut of nozzle as per results of flight tests on hypersonic flying laboratory | |
Islam et al. | Modeling and simulation of longitudinal autopilot for general aviation aircraft | |
US11989037B2 (en) | Method and controller for turn coordination of an aircraft, and an aircraft with turn coordination | |
CN113568418A (en) | Rolling stability control method and system applied to composite guidance aircraft | |
CN114646238B (en) | Flight body state perception self-adaptive scheme trajectory tracking method | |
CN113064443B (en) | Gain online adjustment method and damping loop control method using same | |
Tennakoon et al. | Design and simulation of a UAV controller system with high maneuverability | |
CN114754628B (en) | Flying body trajectory control method based on drop point prediction and virtual tracking |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200428 |