RU2615028C1 - Способ формирования сигнала стабилизации продольного углового движения беспилотного летательного аппарата - Google Patents
Способ формирования сигнала стабилизации продольного углового движения беспилотного летательного аппарата Download PDFInfo
- Publication number
- RU2615028C1 RU2615028C1 RU2016109612A RU2016109612A RU2615028C1 RU 2615028 C1 RU2615028 C1 RU 2615028C1 RU 2016109612 A RU2016109612 A RU 2016109612A RU 2016109612 A RU2016109612 A RU 2016109612A RU 2615028 C1 RU2615028 C1 RU 2615028C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- unmanned aerial
- angular motion
- aircraft
- signal
- stabilization
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D1/00—Control of position, course or altitude of land, water, air, or space vehicles, e.g. automatic pilot
- G05D1/08—Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw
- G05D1/0808—Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw specially adapted for aircraft
- G05D1/0816—Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw specially adapted for aircraft to ensure stability
Abstract
Изобретение относится к способу формирования сигнала стабилизации продольного углового движения беспилотного летательного аппарата. Для формирования сигнала производят идентификацию аэродинамических характеристик летательного аппарата на основе восстановления угла атаки определенным образом, измеренных углов тангажа, углов отклонения рулевых поверхностей, угловой скорости тангажа, а также нормального ускорения. Корректируют коэффициенты усиления контура стабилизации продольного углового движения летательного аппарата, формируют сигнал стабилизации продольного углового движения беспилотного летательного аппарата на основе скорректированных коэффициентов. Обеспечивается требуемое качество стабилизации углового движения летательного аппарата в широком диапазоне скоростей и высот полета при действии возмущений.
Description
Настоящее изобретение относится к бортовым автоматическим системам управления движением и стабилизации атмосферного беспилотного летательного аппарата, выполненного по нормальной аэродинамической схеме, совершающего маневры в широком диапазоне скоростей и высот полета, подвергающегося в процессе полета внешним и внутренним возмущающим воздействиям.
Из существующего уровня техники известны способ формирования интегрального адаптивного сигнала стабилизации планирующего движения беспилотного летательного аппарата (RU 2460113, опубл. 02.03.2011), способ формирования сигнала управления и стабилизации продольно-балансировочного движения летательного аппарата (RU 2310899, опубл. 25.05.2006) и система управления угловым движением беспилотного летательного аппарата (RU 2234117, опубл. 13.01.2003).
Недостатками данных технических решений является необходимость введения дополнительных измерительных устройств для измерения скоростного напора, отсутствие учета разбросов параметров объекта - аэродинамических характеристик и невысокая точность управления.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является «Способ формирования сигнала управления и стабилизации продольно-балансировочного движения летательного аппарата и устройство для его осуществления» (RU 2310899, опубл. 25.05.2006).
Этот способ состоит в том, что задают сигнал управления, измеряют сигнал углового положения летательного аппарата, измеряют сигнал угловой скорости летательного аппарата, формируют сигнал рассогласования между заданным сигналом управления и измеренным сигналом углового положения, усиливают сигнал рассогласования, усиливают сигнал угловой скорости, формируют сигнал суммы усиленных сигналов рассогласования и угловой скорости и ограничивают сигнал суммы, масштабируют сигнал рассогласования, интегрируют масштабированный сигнал рассогласования, ограничивают интегральный сигнал и суммируют ограниченный интегральный сигнал с ограниченным сигналом суммы усиленных сигналов рассогласования и угловой скорости.
Недостатками способа, принятого за прототип, являются отсутствие учета априорной информации о возмущающих ветровых воздействиях, отсутствие учета неточностей знания параметров атмосферы и неточностей знания аэродинамических характеристик летательного аппарата.
Решаемой в предложенном способе формирования сигнала стабилизации продольного углового движения беспилотного летательного аппарата технической задачей является обеспечение требуемого качества стабилизации углового движения летательного аппарата в широком диапазоне скоростей и высот полета при действии возмущений.
Для решения указанной технической задачи в процессе полета производится идентификация аэродинамических характеристик летательного аппарата на основе восстановления угла атаки, уточнения измеряемой угловой скорости тангажа, измеренных значений угла тангажа и углов отклонения рулевых поверхностей летательного аппарата.
Восстановление угла атаки производится с использованием линейного непрерывного фильтра Калмана с учетом погрешностей измерений нормального ускорения и угловой скорости тангажа.
Сущность способа заключается в определении коэффициентов усиления контура угловой стабилизации летательного аппарата на основе уточняемых аэродинамических характеристик.
Последовательность способа формирования сигнала стабилизации продольного углового движения описывается следующим образом.
Продольное возмущенное движение описывается следующими уравнениями (1):
где α, ϑ, δ - углы атаки, тангажа и отклонения рулевых поверхностей летательного аппарата соответственно,
ωz - угловая скорость тангажа,
ny - нормальная перегрузка,
ϑи, ωzи - измеренные значения угла тангажа и угловой скорости тангажа соответственно,
S, L - характерные площадь и длина летательного аппарата соответственно,
V - скорость летательного аппарата,
g - ускорение силы тяжести,
q - скоростной напор,
m - масса летательного аппарата,
Iz - момент инерции летательного аппарата относительно оси OZ связанной системы координат,
а в - возмущающее угловое ускорение по каналу тангажа, Т - постоянная времени рулевого привода,
ϑпр - программное значение угла тангажа,
σ - сигнал стабилизации продольного углового движения беспилотного летательного аппарата.
Математическая модель измерений описывается системой уравнений (2)
Здесь nуи, δи - измеренные значения нормальной перегрузки и углов отклонения рулевых поверхностей соответственно,
Восстановление угла атаки проводится на основе линейного непрерывного фильтра Калмана-Бьюси (ФКБ).
Векторные уравнения ФКБ (3) приведены ниже: 
где 
- вектор оцениваемых параметров,
А - матрица правой части математической модели движения (1),
u - вектор известных составляющих правой части,
Р - матрица ковариаций ошибки оценки в процессе оценки,
Н - известная матрица правой части модели измерений,
R - матрица ковариаций шумов измерений,
Q - матрица ковариаций внешних возмущений.
Восстановление угла атаки, а также оценка измеряемой с погрешностью угловой скорости тангажа, проводятся с использованием следующих уравнений (4):
Здесь 
- оценки угла атаки и угловой скорости, 
- априорные дисперсии измерений, 
- априорная дисперсия угловой скорости ветрового порыва.
На основании уравнения (1) можно записать выражение для определения реализованного коэффициента 
:
Сформированный сигнал стабилизации продольного углового движения беспилотного летательного аппарата имеет вид (6):
где 
- скорректированные в соответствии с формулами (7) коэффициенты усиления контура стабилизации продольного углового движения
Здесь а 20 - значение коэффициента а 2 для номинальных аэродинамических характеристик, 
- коэффициенты усиления, обеспечивающие выполнение требований к качеству переходных процессов при номинальных аэродинамических характеристиках, D - добротность рулевого привода, а и а 0 вычисляются по формулам (8):
Предложенная схема коррекции коэффициентов контура стабилизации на основе идентифицированных аэродинамических коэффициентов позволяет повысить качество переходных процессов отработки возмущений.
Эффективность принятого подхода к коррекции коэффициентов в процессе полета подтверждена результатами анализа и математического моделирования.
Все составные операции способа могут быть выполнены программно-алгоритмически в бортовых вычислительных машинах беспилотных летательных аппаратов.
Claims (1)
- Способ формирования сигнала стабилизации продольного углового движения беспилотного летательного аппарата, при котором производят идентификацию аэродинамических характеристик летательного аппарата на основе восстановления угла атаки, измеренных углов тангажа, углов отклонения рулевых поверхностей, угловой скорости тангажа, а также нормального ускорения, при этом восстановление угла атаки производят с использованием линейного непрерывного фильтра Калмана-Бьюси с учетом погрешностей измерения нормального ускорения и угловой скорости тангажа, корректируют коэффициенты усиления контура стабилизации продольного углового движения беспилотного летательного аппарата, формируют сигнал стабилизации продольного углового движения беспилотного летательного аппарата на основе скорректированных коэффициентов.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016109612A RU2615028C1 (ru) | 2016-03-17 | 2016-03-17 | Способ формирования сигнала стабилизации продольного углового движения беспилотного летательного аппарата |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016109612A RU2615028C1 (ru) | 2016-03-17 | 2016-03-17 | Способ формирования сигнала стабилизации продольного углового движения беспилотного летательного аппарата |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2615028C1 true RU2615028C1 (ru) | 2017-04-03 |
Family
ID=58507243
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016109612A RU2615028C1 (ru) | 2016-03-17 | 2016-03-17 | Способ формирования сигнала стабилизации продольного углового движения беспилотного летательного аппарата |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2615028C1 (ru) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2310899C1 (ru) * | 2006-05-25 | 2007-11-20 | Открытое Акционерное Общество "Государственное Машиностроительное Конструкторское Бюро "Радуга" Имени А.Я. Березняка" | Способ формирования сигнала управления и стабилизации продольно-балансировочного движения летательного аппарата и устройство для его осуществления |
| US8000849B2 (en) * | 2005-10-27 | 2011-08-16 | Stefan Reich | Method and apparatus for remotely controlling and stabilizing unmanned aircraft |
| RU2459744C1 (ru) * | 2011-03-02 | 2012-08-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие Московское опытно-конструкторское бюро "Марс" (ФГУП МОКБ "Марс") | Способ формирования интегрального сигнала стабилизации планирующего движения беспилотного летательного аппарата и устройство для его осуществления |
| RU2460113C1 (ru) * | 2011-03-02 | 2012-08-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие Московское опытно-конструкторское бюро "Марс" (ФГУП МОКБ "Марс") | Способ формирования интегрального адаптивного сигнала стабилизации планирующего движения беспилотного летательного аппарата и устройство для его осуществления |
| US20160059961A1 (en) * | 2013-01-30 | 2016-03-03 | PowerBox-Systems GmbH | Device for stabilising a flying attitude of a remote-controlled fixed-wing aircraft |
-
2016
- 2016-03-17 RU RU2016109612A patent/RU2615028C1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8000849B2 (en) * | 2005-10-27 | 2011-08-16 | Stefan Reich | Method and apparatus for remotely controlling and stabilizing unmanned aircraft |
| RU2310899C1 (ru) * | 2006-05-25 | 2007-11-20 | Открытое Акционерное Общество "Государственное Машиностроительное Конструкторское Бюро "Радуга" Имени А.Я. Березняка" | Способ формирования сигнала управления и стабилизации продольно-балансировочного движения летательного аппарата и устройство для его осуществления |
| RU2459744C1 (ru) * | 2011-03-02 | 2012-08-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие Московское опытно-конструкторское бюро "Марс" (ФГУП МОКБ "Марс") | Способ формирования интегрального сигнала стабилизации планирующего движения беспилотного летательного аппарата и устройство для его осуществления |
| RU2460113C1 (ru) * | 2011-03-02 | 2012-08-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие Московское опытно-конструкторское бюро "Марс" (ФГУП МОКБ "Марс") | Способ формирования интегрального адаптивного сигнала стабилизации планирующего движения беспилотного летательного аппарата и устройство для его осуществления |
| US20160059961A1 (en) * | 2013-01-30 | 2016-03-03 | PowerBox-Systems GmbH | Device for stabilising a flying attitude of a remote-controlled fixed-wing aircraft |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6273370B1 (en) | Method and system for estimation and correction of angle-of-attack and sideslip angle from acceleration measurements | |
| US8340841B2 (en) | Method of estimating an angle of attack and an angle of sideslip of an aircraft | |
| CN106681344A (zh) | 一种用于飞行器的高度控制方法及控制系统 | |
| US9285387B2 (en) | In-flight pitot-static calibration | |
| CN103994748B (zh) | 一种采用飞行和风洞试验数据估计无人机配平迎角的方法 | |
| US7757993B1 (en) | Method for reducing the turbulence and gust influences on the flying characteristics of aircraft, and a control device for this purpose | |
| CN105005311B (zh) | 一种飞行器俯仰通道攻角同步跟踪控制方法 | |
| US8219266B2 (en) | Method and device for reducing on an aircraft lateral effects of a turbulence | |
| WO2014028519A1 (en) | Estimating a wind vector | |
| CN111061286B (zh) | 一种滤波微分提供阻尼实现飞行器侧向过载控制的方法 | |
| CN103017765A (zh) | 应用于微机械组合导航系统的偏航角修正方法和修正装置 | |
| RU2564380C1 (ru) | Способ коррекции бесплатформенной инерциальной навигационной системы | |
| RU2647205C2 (ru) | Адаптивная бесплатформенная инерциальная курсовертикаль | |
| JP4617990B2 (ja) | 自動飛行制御装置、自動飛行制御方法及び自動飛行制御プログラム | |
| RU2564379C1 (ru) | Бесплатформенная инерциальная курсовертикаль | |
| RU2341775C1 (ru) | Способ определения аэродинамического угла летательного аппарата | |
| EP3223100A1 (en) | Method and system for gust speed estimation | |
| EP3022565B1 (en) | System and process for measuring and evaluating air and inertial data | |
| CN111637878A (zh) | 无人机导航滤波器 | |
| RU2615028C1 (ru) | Способ формирования сигнала стабилизации продольного углового движения беспилотного летательного аппарата | |
| RU2650307C1 (ru) | Способ формирования адаптивного сигнала управления боковым движением летательного аппарата | |
| RU2809632C1 (ru) | Способ формирования адаптивного сигнала угловой стабилизации по крену летательного аппарата | |
| Zakharin et al. | Concept of navigation system design of UAV | |
| Polivanov et al. | Comparison of a quadcopter and an airplane as a means of measuring atmospheric parameters | |
| Siu et al. | Flight test results of an angle of attack and angle of sideslip calibration method using Output-Error optimization |