Результат интеллектуальной деятельности: Система автоматического управления беспилотным летательным аппаратом по углу рыскания

Изобретение относится к области систем автоматического управления нестационарными объектами, а именно к системам управления беспилотным летательным аппаратом (БЛА).

Известна система управления БЛА, содержащая последовательно соединенные регулятор, исполнительное устройство и беспилотный летательный аппарат, вход которого соединен через первый усилитель с первым входом регулятора, выход беспилотного летательного аппарата через датчик угла рыскания соединен со вторым входом регулятора, а через последовательно соединенные датчик угловой скорости и второй усилитель с третьим входом регулятора [Н.Т. Кузовков. Модальное управление и наблюдающие устройства. - М: Машиностроение, 1976. - С. 15-17 (прототип)].

Недостаток известной системы - низкое качество переходных процессов, отсутствие астатизма и запаса устойчивости при изменении параметров БЛА.

Целью изобретения является повышение запаса устойчивости, обеспечение желаемого качества переходных процессов и астатизма системы при изменении параметров БЛА в широком диапазоне.

Предложенное техническое решение отличается тем, что дополнительно содержит два сумматора, три усилителя, дифференциатор и интегратор, вход системы через первый сумматор подключен к четвертому входу регулятора, а через последовательно соединенные третий усилитель, второй сумматор и интегратор - ко второму входу первого сумматора, выход датчика угловой скорости через четвертый усилитель соединен с третьим входом первого сумматора, через последовательно соединенные дифференциатор и пятый усилитель - с четвертым входом первого сумматора, а выход датчика угла рыскания через шестой усилитель соединен со вторым входом второго сумматора.

Суть изобретения поясняется чертежом, на котором приняты обозначения:

1, 2 - первый и второй сумматоры соответственно;

3, 4, 5, 6 - первый, четвертый, пятый и шестой усилители соответственно;

7 - регулятор;

8 - исполнительное устройство;

9 - беспилотный летательный аппарат (объект управления);

10 - датчик угла рыскания;

11 - датчик угловой скорости;

12 - третий усилитель;

13 - дифференциатор;

14 - интегратор;

15 - второй усилитель;

u(t) - управление;

δ(t) - отклонение руля;

F(t) - мультипликативная помеха;

Ψ(t), Ψ₃(t) - соответственно текущее и заданное значение угла рыскания.

Входом БЛА является руль управления, а выходом - место установки датчика угла рыскания.

Функционирует система управления БЛА 9 следующим образом. Сигнал задания Ψ₃(t) поступает через последовательно соединенные первый сумматор 1, регулятор 7 и исполнительное устройство 8 на вход БЛА 9, параметры которого меняются под действием мультипликативной помехи F(t). Выходной сигнал Ψ(t) измеряется датчиком угла рыскания 10, а угловая скорость угла рыскания - датчиком угловой скорости 11. Затем сигналы с выходов датчика угловой скорости 11, датчика угла рыскания 10 и исполнительного устройства 8 (через первый усилитель) в виде отрицательной обратной связи поступают на соответствующие входы регулятора 7. В результате получается структура основного контура управления системы.

Таким образом, БЛА (беспилотник) 9 является нестационарным объектом управления. При изменении параметров БЛА 9 изменяется вид переходных процессов и запасы устойчивости системы управления.

Чтобы обеспечить устойчивость и заданное (желаемое) качество переходных процессов, а также астатизм системы управления БЛА в нее введены дополнительно первый 1 и второй 2 сумматоры, четвертый 4, пятый 5, третий 12 и шестой 6 усилители, а также дифференциатор 13 и интегратор 14. При этом реализуется неявная эталонная модель (на чертеже не указана), и в целом реализуется грубая система управления БЛА 9, которая обеспечивает независимость качества переходных процессов в системе и устойчивости от изменения параметров БЛА 9. Астатические переходные процессы обеспечиваются в грубой системе управления БЛА 9 в основном интегратором 14 (при условии, что коэффициенты усиления третьего 12 и шестого 6 усилителей равны друг другу). Коррекция запаса устойчивости основного контура управления системы обеспечивается сигналами с выходов усилителей 4, 5, а астатизма-с выхода интегратора 14, которые поступают на входы сумматора 1. Структуры БЛА 9 как объекта управления, исполнительного устройства 8 и регулятора 7 определены в [Н.Т. Кузовков. Модальное управление и наблюдающие устройства. - М.: Машиностроение, 1976. - С. 15-17 (прототип)].

Коэффициенты усиления четвертого 4 и пятого 5 усилителей выбираются так, чтобы удовлетворить теореме Харитонова об интервальной устойчивости [Д.П. Ким. Теория автоматического управления. Т. 1. Линейные системы. - М.: Физматлит, 2007. - С. 113-120] на основе знания диапазонов изменения параметров БЛА 9.

Изобретательский уровень предложенного технического решения подтверждается отличительной частью формулы изобретения.

Технический результат от использования изобретения заключается в улучшении качества переходных процессов, обеспечении астатизма системы и повышении ее запаса устойчивости.