RU2473107C1 - Method of generating digital-analogue control signal for onboard angular motion control systems of unmanned aerial vehicles and device for realising said method - Google Patents
Method of generating digital-analogue control signal for onboard angular motion control systems of unmanned aerial vehicles and device for realising said method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2473107C1 RU2473107C1 RU2012103063/08A RU2012103063A RU2473107C1 RU 2473107 C1 RU2473107 C1 RU 2473107C1 RU 2012103063/08 A RU2012103063/08 A RU 2012103063/08A RU 2012103063 A RU2012103063 A RU 2012103063A RU 2473107 C1 RU2473107 C1 RU 2473107C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- digital
- signal
- analog
- control signal
- output
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к бортовым системам управления угловым движением беспилотных летательных аппаратов (БПЛА).The invention relates to airborne control systems for the angular movement of unmanned aerial vehicles (UAVs).
Известен способ формирования сигнала управления для системы управления, при котором задают управляющий сигнал, измеряют регулируемые координаты и формируют управляющее воздействие на исполнительные приводы БПЛА [1].A known method of generating a control signal for a control system, in which a control signal is set, adjustable coordinates are measured and a control action is formed on the UAV executive drives [1].
Известно устройство формирования сигнала управления, содержащее задатчик сигнала управления, датчик угла, датчик угловой скорости и формирователь управляющего воздействия [1].A device for generating a control signal, comprising a control signal setter, an angle sensor, an angular velocity sensor and a control driver [1].
Недостатками известных способа и устройства являются ограниченность выбора коэффициента усиления обратной связи по датчику угловой скорости, ограниченность возможностей управления и дефицит управления.The disadvantages of the known method and device are the limited choice of gain feedback on the angular velocity sensor, limited control capabilities and control deficiency.
Наиболее близким способом к предлагаемому является способ формирования цифроаналогового сигнала управления для бортовых систем управления угловым движением беспилотных летательных аппаратов, заключающийся в том, что измеряют текущий цифровой сигнал углового положения летательного аппарата, измеряют аналоговый сигнал угловой скорости летательного аппарата, задают цифровой сигнал управления, формируют цифровой сигнал рассогласования между текущим цифровым сигналом углового положения и заданным цифровым сигналом управления, усиливают полученный цифровой сигнал рассогласования, усиливают аналоговый сигнал угловой скорости, преобразуют цифровую компоненту сигнала управления в сигнал аналоговой формы, суммируют преобразованный сигнал цифровой компоненты сигнала управления аналоговой формы с усиленным аналоговым сигналом угловой скорости, полученный суммарный сигнал является выходным сигналом управления [2].The closest way to the proposed one is the method of generating a digital-to-analog control signal for onboard angular motion control systems for unmanned aerial vehicles, which consists in measuring the current digital signal of the angular position of the aircraft, measuring the analog signal of the angular velocity of the aircraft, setting the digital control signal, and forming the digital mismatch signal between the current digital signal of the angular position and the given digital control signal, effort The obtained digital mismatch signal is amplified, the analog signal of the angular velocity is amplified, the digital component of the control signal is converted to an analog signal, the converted signal of the digital component of the analog control signal is amplified with the amplified analog angular velocity signal, the resulting sum signal is the control output signal [2].
Наиболее близким устройством к предлагаемому изобретению является устройство, содержащее последовательно соединенные цифровой задатчик сигнала управления, элемент сравнения и первый усилитель, цифровой датчик угла, выход которого соединен со вторым входом элемента сравнения, последовательно соединенные аналоговый датчик угловой скорости, второй усилитель и первый сумматор, выход которого является выходом устройства, цифроаналоговый преобразователь, выход которого соединен с входом первого сумматора [2].The closest device to the proposed invention is a device containing a digitally connected control signal controller, a comparison element and a first amplifier, a digital angle sensor, the output of which is connected to the second input of the comparison element, an analog angular velocity sensor, a second amplifier and a first adder, connected in series which is the output of the device, a digital-to-analog converter, the output of which is connected to the input of the first adder [2].
Недостатками известных способа и устройства являются ограниченные функциональные возможности, невысокая динамическая точность управления и дефицит управления.The disadvantages of the known method and device are limited functionality, low dynamic control accuracy and control deficiency.
Решаемой в предложенных способе и устройстве технической задачей является расширение функциональных возможностей, повышение динамической точности управления и устранение дефицита управления.Solved in the proposed method and device, the technical task is to expand the functionality, increase the dynamic accuracy of control and eliminate the deficit of control.
Указанный технический результат достигается тем, что в известный способ формирования цифроаналогового сигнала управления для бортовых систем управления угловым движением БПЛА, заключающийся в том, что измеряют текущий цифровой сигнал углового положения летательного аппарата, измеряют аналоговый сигнал угловой скорости летательного аппарата, задают цифровой сигнал управления, формируют цифровой сигнал рассогласования между текущим цифровым сигналом углового положения и заданным цифровым сигналом управления, усиливают полученный цифровой сигнал рассогласования, усиливают аналоговый сигнал угловой скорости, преобразуют цифровую компоненту сигнала управления в сигнал аналоговой формы, суммируют преобразованный сигнал цифровой компоненты сигнала управления аналоговой формы с усиленным аналоговым сигналом угловой скорости, полученный суммарный сигнал является выходным сигналом управления, дополнительно выделяют цифровой сигнал производной сигнала рассогласования, усиливают цифровой сигнал производной сигнала рассогласования, формируют цифровую компоненту сигнала управления суммированием усиленного цифрового сигнала рассогласования и усиленного цифрового сигнала производной сигнала рассогласования, при этом коэффициент усиления цифрового сигнала производной сигнала рассогласования составляет (0,2÷1,5) коэффициента усиления аналогового сигнала угловой скорости летательного аппарата.The specified technical result is achieved by the fact that in the known method of generating a digital-to-analog control signal for airborne UAV angular motion control systems, namely, the current digital signal of the angular position of the aircraft is measured, the analog signal of the angular velocity of the aircraft is measured, the digital control signal is generated, and the digital error signal between the current digital signal of the angular position and the given digital control signal, amplify the received digital mismatch signal, amplify the analog signal of the angular velocity, convert the digital component of the control signal into an analog signal, sum the converted signal of the digital component of the analog signal of the control signal with the amplified analog signal of the angular velocity, the resulting sum signal is an output control signal, and a digital derivative signal is additionally extracted mismatch, amplify the digital signal derivative of the mismatch signal, form the digital component the control signal summing the amplified digital error signal and the amplified digital signal derivative of the error signal, while the gain of the digital signal derivative of the error signal is (0.2 ÷ 1.5) the gain of the analog signal of the angular velocity of the aircraft.
Указанный технический результат достигается также тем, что в известное устройство формирования сигнала управления, содержащее последовательно соединенные цифровой задатчик сигнала управления, элемент сравнения и первый усилитель, цифровой датчик угла, выход которого соединен со вторым входом элемента сравнения, последовательно соединенные аналоговый датчик угловой скорости, второй усилитель и первый сумматор, выход которого является выходом устройства, цифроаналоговый преобразователь, выход которого соединен со входом первого сумматора, дополнительно введены последовательно соединенные цифровое дифференцирующее звено, вход которого соединен с выходом элемента сравнения, третий усилитель и второй сумматор, вход которого соединен с выходом первого усилителя, а выход - со входом цифроаналогового преобразователя.The specified technical result is also achieved by the fact that in the known device for generating a control signal, comprising a series-connected digital control signal setter, a comparison element and a first amplifier, a digital angle sensor, the output of which is connected to the second input of the comparison element, a second analog angular velocity sensor is connected in series, a second an amplifier and a first adder, the output of which is the output of the device, a digital-to-analog converter, the output of which is connected to the input of the first sum Mathor, additionally introduced in series connected digital differentiating element, the input of which is connected to the output of the comparison element, the third amplifier and the second adder, the input of which is connected to the output of the first amplifier, and the output to the input of the digital-analog converter.
На чертеже представлена блок-схема устройства формирования цифроаналогового сигнала управления, реализующая предложенный способ.The drawing shows a block diagram of a device for generating a digital-to-analog control signal that implements the proposed method.
Устройство формирования цифроаналогового сигнала управления содержит последовательно соединенные цифровой задатчик сигнала управления 1 (ЦЗСУ), элемент сравнения 2 (ЭС) и первый усилитель 3 (1У), цифровой датчик угла 4 (ЦДУ), выход которого соединен со вторым входом элемента сравнения 2, последовательно соединенные аналоговый датчик угловой скорости 5 (АДУС), второй усилитель 6 (2У) и первый сумматор 7 (1C), выход которого является выходом устройства, цифроаналоговый преобразователь 8 (ЦАП), выход которого соединен со входом первого сумматора 7, последовательно соединенные цифровое дифференцирующее звено 9 (ЦДЗ), вход которого соединен с выходом элемента сравнения 2, третий усилитель 10 (3У) и второй сумматор 11 (2С), вход которого соединен с выходом первого усилителя 3, а выход - со входом цифроаналогового преобразователя 8.The digital-to-analog control signal generating device comprises in series a digital control signal setter 1 (CZSU), a comparison element 2 (ES) and a first amplifier 3 (1У), a digital angle sensor 4 (CDU), the output of which is connected to the second input of the comparison element 2, in series connected analog angular velocity sensor 5 (ADUS), the second amplifier 6 (2U) and the first adder 7 (1C), the output of which is the output of the device, digital-to-analog converter 8 (DAC), the output of which is connected to the input of the first adder 7, pos digitally connected digital differentiating link 9 (CDC), the input of which is connected to the output of the comparison element 2, the third amplifier 10 (3У) and the second adder 11 (2C), the input of which is connected to the output of the first amplifier 3, and the output to the input of the digital-to-analog converter 8 .
Устройство, реализующее предложенный способ, работает следующим образом.A device that implements the proposed method works as follows.
Измеряют датчиком 4 текущий цифровой сигнал углового положения БПЛА φ(t) с тактовой частотой fT, измеряют датчиком 5 аналоговый сигнал угловой скорости ωφ(t) летательного аппарата, задатчиком 1 задают цифровой управляющий сигнал φзад(t), элементом сравнения 2 формируют цифровой сигнал рассогласования между текущим цифровым сигналом углового положения и заданным цифровым сигналом управленияMeasure with a sensor 4 the current digital signal of the UAV angular position φ (t) with a clock frequency f T , measure with the sensor 5 an analog signal of the angular velocity ω φ (t) of the aircraft, with the adjuster 1 set the digital control signal φ ass (t), with the comparison element 2 form digital mismatch signal between the current digital angle signal and the given digital control signal
первым усилителем 3 усиливают полученный сигнал рассогласования Δφ(t) с коэффициентом К0, то есть получают цифровую компоненту сигнала управленияthe first amplifier 3 amplifies the obtained mismatch signal Δφ (t) with a coefficient of K 0 , that is, receive the digital component of the control signal
усилителем 6 усиливают аналоговый сигнал угловой скорости летательного аппарата с коэффициентом K1 и получают демпфирующую аналоговую компоненту сигнала управленияthe amplifier 6 amplifies the analog signal of the angular velocity of the aircraft with a coefficient of K 1 and get the damping analog component of the control signal
Формируют блоком 9 цифровой сигнал производной сигнала рассогласования с тактовой частотой fT например, на основе вычисления скорости приращения сигнала рассогласованияBlock 9 generates a digital signal of the derivative of the error signal with a clock frequency f T, for example, based on the calculation of the increment speed of the error signal
где TT=1/fT;where T T = 1 / f T ;
i - i-й шаг такта бортовой цифровой вычислительной машины.i is the i-th step of the clock on-board digital computer.
Усиливают цифровой сигнал производной сигнала рассогласования усилителем 9 с коэффициентом К2, получают сигналAmplify the digital signal of the derivative of the error signal with an amplifier 9 with a coefficient of K 2 , receive a signal
На сумматоре 11 формируют цифровую компоненту сигнала управления u4 суммированием усиленного цифрового сигнала рассогласования u1 и усиленного сигнала цифровой производной сигнала рассогласования u3, то естьOn the adder 11 form the digital component of the control signal u 4 by summing the amplified digital error signal u 1 and the amplified signal digital derivative of the error signal u 3 , that is
Преобразуют цифровую компоненту сигнала управления u4 преобразователем 8 в сигнал аналоговой формы u5, например, на основе экстраполятора 0-го порядка [3], суммируют сигнал цифровой компоненты аналоговой формы u5 сумматором 7 с усиленным аналоговым сигналом угловой скорости u2, получают выходной сигнал управленияThe digital component of the control signal u 4 of the converter 8 is converted to an analog signal of form u 5 , for example, based on a 0th order extrapolator [3], the signal of the digital component of the analog form of u 5 is added to the adder 7 with an amplified analog signal of angular velocity u 2 , and an output control signal
который является выходным сигналом устройства.which is the output of the device.
Необходимо отметить, что для обеспечения эффективности и устойчивости процессов управления коэффициент усиления сигнала цифровой производной сигнала рассогласования К2 составляет (0,2÷1,5) коэффициента усиления аналогового сигнала угловой скорости летательного аппарата K1 по условиям эффективности и устойчивости управления.It should be noted that to ensure the efficiency and stability of control processes, the signal gain of the digital derivative of the mismatch signal K 2 is (0.2 ÷ 1.5) the gain of the analog signal of the angular velocity of the aircraft K 1 according to the conditions of control efficiency and stability.
Все функции формирования сигнала управления и звенья устройства могут быть реализованы на элементах автоматики и вычислительной техники и программно-алгоритмически.All the functions of generating the control signal and the links of the device can be implemented on the elements of automation and computer technology and program-algorithm.
Таким образом, предложенное решение позволяет расширить функциональные возможности системы, повысить динамическую точность управления и восполнить дефицит управления.Thus, the proposed solution allows you to expand the functionality of the system, increase the dynamic accuracy of management and make up for the deficit of management.
Источники информацииInformation sources
1. И.А.Михалев и др. Системы автоматического управления самолетом. - М.: Машиностроение, 1987 г., с.174.1. I. A. Mikhalev and other systems of automatic control of the aircraft. - M.: Mechanical Engineering, 1987, p. 174.
2. Патент №2367992 от 20.09.2009 г., G05D 1/00.2. Patent No. 2367992 of September 20, 2009, G05D 1/00.
3. Б.Куо. Теория и проектирование цифровых систем управления. М.: Машиностроение, 1986 г., с.32-36, 63.3. B. Kuo. Theory and design of digital control systems. M .: Engineering, 1986, p. 32-36, 63.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012103063/08A RU2473107C1 (en) | 2012-01-31 | 2012-01-31 | Method of generating digital-analogue control signal for onboard angular motion control systems of unmanned aerial vehicles and device for realising said method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012103063/08A RU2473107C1 (en) | 2012-01-31 | 2012-01-31 | Method of generating digital-analogue control signal for onboard angular motion control systems of unmanned aerial vehicles and device for realising said method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2473107C1 true RU2473107C1 (en) | 2013-01-20 |
Family
ID=48806655
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012103063/08A RU2473107C1 (en) | 2012-01-31 | 2012-01-31 | Method of generating digital-analogue control signal for onboard angular motion control systems of unmanned aerial vehicles and device for realising said method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2473107C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| UA11582U (en) * | 2004-06-25 | 2006-01-16 | Kharkiv Aviation Institute | Stabilization system of unmanned aircraft |
| US7302316B2 (en) * | 2004-09-14 | 2007-11-27 | Brigham Young University | Programmable autopilot system for autonomous flight of unmanned aerial vehicles |
| US20090222148A1 (en) * | 2006-06-21 | 2009-09-03 | Calspan Corporation | Autonomous Outer Loop Control of Man-Rated Fly-By-Wire Aircraft |
| RU2367992C1 (en) * | 2008-05-28 | 2009-09-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие Московское опытно-конструкторское бюро "Марс" (ФГУП "МОКБ "Марс") | Adaptive device of aircraft coordinated control |
| RU2391694C1 (en) * | 2009-04-15 | 2010-06-10 | Открытое Акционерное Общество "Государственное Машиностроительное Конструкторское Бюро "Радуга" Имени А.Я. Березняка" | Board digital-analogue adaptive system of aircraft control |
-
2012
- 2012-01-31 RU RU2012103063/08A patent/RU2473107C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| UA11582U (en) * | 2004-06-25 | 2006-01-16 | Kharkiv Aviation Institute | Stabilization system of unmanned aircraft |
| US7302316B2 (en) * | 2004-09-14 | 2007-11-27 | Brigham Young University | Programmable autopilot system for autonomous flight of unmanned aerial vehicles |
| US20090222148A1 (en) * | 2006-06-21 | 2009-09-03 | Calspan Corporation | Autonomous Outer Loop Control of Man-Rated Fly-By-Wire Aircraft |
| RU2367992C1 (en) * | 2008-05-28 | 2009-09-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие Московское опытно-конструкторское бюро "Марс" (ФГУП "МОКБ "Марс") | Adaptive device of aircraft coordinated control |
| RU2391694C1 (en) * | 2009-04-15 | 2010-06-10 | Открытое Акционерное Общество "Государственное Машиностроительное Конструкторское Бюро "Радуга" Имени А.Я. Березняка" | Board digital-analogue adaptive system of aircraft control |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Song et al. | Active model-based predictive control and experimental investigation on unmanned helicopters in full flight envelope | |
| US8901871B2 (en) | Robust controller for electro-mechanical actuators employing sliding and second control modes | |
| RU2491600C1 (en) | Method of generating digital/analogue adaptive signal for stabilising angular position of aircraft on heading and apparatus for realising said method | |
| JP5453606B2 (en) | Actuator positioning control method with wave gear device | |
| CN105022409A (en) | Rapid-auto-collimation reflector adaptive vibration suppressing tracking control method | |
| RU2310899C1 (en) | Method for normalization of control and stabilization signal of longitudinal-balancing motion of flight vehicle and device for its realization | |
| RU2473107C1 (en) | Method of generating digital-analogue control signal for onboard angular motion control systems of unmanned aerial vehicles and device for realising said method | |
| JP2011221810A5 (en) | ||
| JP2017035760A (en) | Motor control device | |
| RU2491602C1 (en) | Method of generating digital/analogue signal for stabilising angular position of aircraft on heading and apparatus for realising said method | |
| Betancourt-Vera et al. | Robust control scheme for trajectory generation and tracking for quadcopters vehicles: Experimental results | |
| RU2469373C1 (en) | Method of generating digital-analog adaptive control signal for drone angular motion onboard control systems and device to this end | |
| RU2305308C1 (en) | Onboard digital-analog adaptive system for controlling banking movement of aircraft | |
| RU2589236C1 (en) | Method of generating signal for controlling angular motion of unmanned aircraft in wide spectrum of disturbance actions and control system therefor | |
| RU2532719C1 (en) | Method of generating signal to control drone angular flight and device to this end | |
| RU2601089C1 (en) | Method of drone angular position stabilizing non-linear adaptive digital/analogue signal generation and stabilization system for its implementation | |
| RU2459744C1 (en) | Method of generating integral signal of drone gliding stabilisation and device to this end | |
| Nong et al. | System identification of a small unmanned aerial vehicle based on time and frequency domain technologies | |
| RU2491601C1 (en) | Method of generating digital/analogue adaptive aircraft control signal with variable structure and apparatus for realising said method | |
| RU2523187C1 (en) | Device for programmed control signal generation by spatial movement of dynamic objects | |
| Nikiforov et al. | Identification of pendulous accelerometer mathematical model taking into account parametric uncertainty | |
| RU2631718C1 (en) | Method for forming multifunctional signal of aircraft angular position stabilisation and device for its implementation | |
| RU2681823C1 (en) | Method of forming a control signal of a steering drive of an uncleaned aircraft and a device for its implementation | |
| RU2631736C1 (en) | Method for forming lateral-directional signals of non-stationary unmanned aerial vehicle with adaptive-functional correction and a device for its implementation | |
| RU2523186C1 (en) | Device for programmed control signal generation by spatial movement of dynamic objects |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190201 |