Адаптивна система автоматичного управління висотою польоту безпілотного літального апарата

Реферат: Адаптивна система автоматичного управління висотою польоту безпілотного літального апарата містить суматор, перший і другий входи якого з'єднані з виходами вільного гіроскопа тангажа та датчика кутової швидкості, вихід підсилювача підключений до входу рульової машини, вихід рульової машини з'єднаний з рулем висоти та через зворотний зв'язок підключений до шостого входу суматора, руль висоти з'єднаний з літальним апаратом, перший вихід з літального апарата йде на вхід вільного гіроскопа тангажа, другий вихід - на вхід датчика кутової швидкості, та третій - на вхід висотоміра, комутатор, перший вихід якого з'єднаний з входами першого та другого блоків формування сигналів розузгодження, а другий вихід - із третім входом суматора, інтегратор, вхід якого підключений до виходу другого блока формування сигналів розузгодження. Виходи інтегратора і першого блока формування сигналу розузгодження підключені до четвертого та п'ятого входів суматора відповідно. Додатково введено послідовно з'єднані - блок виявлення відмов, блок діагностики, блок прийняття та виконання рішення, перший та другий виходи якого з'єднані з першим та другим входами комутатора відповідно. Перший та другий входи блока виявлення відмов з'єднані з першим та другим виходами висотоміра, також в неї введено ПІД-регулятор, перший вхід якого з'єднаний з виходом суматора, а вихід зі входом підсилювача, ПІД-регулятор другим входом з'єднаний з нечітким регулятором, котрий, в свою чергу, першим входом з'єднаний з виходом суматора, другим входом з виходом блока диференціювання, вхід якого з'єднаний з виходом суматора. UA 111326 U (54) АДАПТИВНА СИСТЕМА АВТОМАТИЧНОГО УПРАВЛІННЯ ВИСОТОЮ ПОЛЬОТУ БЕЗПІЛОТНОГО ЛІТАЛЬНОГО АПАРАТА UA 111326 U UA 111326 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до авіаційної техніки. Відома система автоматичного управління висотою польоту безпілотного літального апарата, що містить суматор, підсилювач, рульову машину, зворотний зв'язок, руль висоти, літальний апарат, швидкісний гіроскоп, гіровертикаль та висотомір. Також виходи швидкісного гіроскопа, гіровертикалі, висотоміра та вихід блока зворотного зв'язка з'єднані з входами суматора, вихід суматора з'єднаний з входом підсилювача, вихід якого підключений до входу рульової машини. Вихід рульової машини з'єднаний з рулем висоти та через зворотний зв'язок підключений до входу суматора, руль висоти з'єднаний з літальним апаратом, виходи літального апарата йдуть на входи швидкісного гіроскопа, гіровертикалі та висотоміра. (Боднер В.А., Козлов М.С. "Стабилизация летательных аппаратов и автопилоты" Оборонгиз, М., 1961, стр. 92). Недоліком даної системи автоматичного управління є те, що у випадку відмови висотоміра система не є дієздатною. Найбільш близьким до даної корисної моделі, прийнятим за прототип, є система автоматичного управління висотою польоту безпілотного літального апарата, що містить суматор, перший і другий входи якого з'єднані з виходами вільного гіроскопа тангажа та датчика кутової швидкості, а вихід - зі входом підсилювача, вихід якого підключений до входу рульової машини, вихід рульової машини з'єднаний з рулем висоти та через зворотний зв'язок підключений до входу суматора, руль висоти з'єднаний з літальним апаратом, перший вихід з літального апарата йде на вхід вільного гіроскопа тангажа, другий вихід - на вхід датчика кутової швидкості та третій - на вхід висотоміра, два блоки формування сигналів розузгодження між істинною висотою польоту та заданою, комутатор, перший вихід якого з'єднаний з входами першого та другого блоків формування сигналів розузгодження, а другий вихід - із третім входом суматора, інтегратор, вхід якого підключений до виходу другого блока формування сигналів розузгодження, а виходи інтегратора і першого блока формування сигналу розузгодження підключені до четвертого та п'ятого входів суматора відповідно, перший та другий виходи висотоміра з'єднані з першим та другим входами комутатора, (патент RU 2290346 СІ, опубл. 27.12.2006). Недоліком даної системи є низька працездатність у випадку відмови датчика висоти або датчика вертикальної швидкості та при значних змінах параметрів безпілотного літального апарата. Види відмов: зсув характеристики відносно вісі абсцис або ординат, зменшення коефіцієнту, обрив проводів висотоміра. Задачею корисної моделі є відновлення працездатності системи автоматичного управління висотою польоту безпілотного літального апарата при відмовах датчика висоти або датчика вертикальної швидкості та при значних змінах параметрів безпілотного літального апарата. Поставлена задача вирішується тим, що в адаптивну систему автоматичного управління висотою польоту безпілотного літального апарата, що містить суматор, перший і другий входи якого з'єднані з виходами вільного гіроскопа тангажа та датчика кутової швидкості, а вихід - зі входом підсилювача, вихід якого підключений до входу рульової машини, вихід рульової машини з'єднаний з рулем висоти та через зворотний зв'язок підключений до входу суматора, руль висоти з'єднаний з літальним апаратом, перший вихід з літального апарата йде на вхід вільного гіроскопа тангажа, другий вихід - на вхід датчика кутової швидкості та третій - на вхід висотоміра, два блоки формування сигналів розузгодження між істинною висотою польоту та заданою, комутатор, перший вихід якого з'єднаний з входами першого та другого блоків формування сигналів розузгодження, а другий вихід - із третім входом суматора, інтегратор, вхід якого підключений до виходу другого блока формування сигналів розузгодження, а виходи інтегратора і першого блока формування сигналу розузгодження підключені до четвертого та п'ятого входів суматора відповідно, перший та другий виходи висотоміра з'єднані з першим та другим входами комутатора, відповідно до корисної моделі введені послідовно з'єднані блоки блок виявлення відмов, блок діагностики та блок прийняття та виконання рішення, перший та другий входи блока виявлення відмов з'єднані з виходами висотоміра, перший вихід - висота, другий - швидкість зміни висоти, а вихід з'єднаний з блоком виявлення відмов, який зв'язаний з блоком діагностики, вихід блока діагностики з'єднаний з входом блока прийняття та виконання рішення, виходи блока прийняття та виконання рішення з'єднані з першим та другим входами комутатора. Згідно з корисною моделлю в систему також введений ПІД-регулятор, перший вхід якого з'єднаний з виходом суматора, а вихід з входом підсилювача, ПІД-регулятор другим входом з'єднаний з нечітким регулятором, котрий, в свою чергу, першим входом з'єднаний з виходом суматора, другим входом з виходом блока диференціювання, вхід якого з'єднаний з виходом суматора. 1 UA 111326 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 На кресленні зображена функціональна схема корисної моделі адаптивної системи автоматичного управління висотою польоту безпілотного літального апарата. Запропонована адаптивна система автоматичного управління висотою польоту безпілотного літального апарата містить суматор 1, підсилювач 2, рульову машину 3, зворотний зв'язок 4, руль висоти 5 літального апарата 6, вільний гіроскоп тангажа 7, датчик кутової швидкості 8 та висотомір 9 з виходами за значеннями висоти та швидкості її зміни, виходи вільного гіроскопа тангажа 7 і датчика кутової швидкості 8 з'єднані з першим і другим входами суматора 1 відповідно, вихід суматора 1 з'єднаний з входом блока диференціювання 18 та першим входом нечіткого регулятора 19, другий вхід якого з'єднаний з виходом блока диференціювання 18, а вихід з другим входом ПІД-регулятора 17, перший вхід якого з'єднаний з виходом суматора 1, а вихід - 3 входом підсилювача 2, вихід якого підключений до входу рульової машини 3, вихід рульової машини 3 з'єднаний з рулем висоти 5 та через зворотний зв'язок 4 підключений до першого входу суматора 1, руль висоти 5 з'єднаний з літальним апаратом 6, перший вихід з літального апарата 6 йде на вхід вільного гіроскопа тангажа 7, другий вихід з літального апарата 6 йде на вхід датчика кутової швидкості 8 та третій - на вхід висотоміра 9, система має у собі два блоки формування сигналів розузгодження 14, 15 між істинною висотою польоту та заданою, комутатор 13 і інтегратор 16, комутатор 13 має два входи, перший із котрих з'єднаний з першим виходом блока прийняття та виконання рішення 12, другий вхід підключений до другого виходу блока прийняття та виконання рішення 12 і два виходи, причому перший вихід комутатора 13 з'єднаний з першими входами першого 14 та другого блоків формування сигналів розузгодження 15, а другий вихід - із третім входом суматора 1, вхід інтегратора 16 підключений до виходу другого блока формування сигналів розузгодження 15, а виходи інтегратора 16 і першого блока формування сигналу розузгодження 14 підключені до четвертого та п'ятого входів суматора 1 відповідно. Перший та другий виходи датчика висоти 9 під'єднані до першого і другого входів блока виявлення відмов 10, вихід якого з'єднаний з входом блока діагностики 11, вихід якого з'єднаний з входом блока прийняття та виконання рішення 12. Адаптивна система автоматичного управління висотою польоту безпілотного літального апарата працює таким чином. Застосування нечіткого регулятора 19 дозволяє автоматично регулювати параметри підсилення КП, KІ та КД ПІД регулятора 17. При зміні передавальної функції об'єкта управління (ОУ) та задавальних і збурювальних дій зберігається потрібна висота. При цьому реакція регульованого ПІД регулятора 17 значно краща, ніж класичного. При досягненні у процесі зниження висоти польоту H  Hc коммутатор 13 запускає у роботу перший 14 та другий 15 блоки формування сигналів розузгодження, запускає інтегратор 16 і підключає свій вихід по значенню швидкості зміни висоти польоту до третього, четвертого та п'ятого входів суматора 1; система управління переходить до режиму стабілізації висоти польоту. Кут тангажа та кутова швидкість виміряні вільним гіроскопом тангажа 7 і датчиком кутової швидкості 8, надходять на перший та другий входи суматора 1. Швидкість зміни висоти польоту та висота польоту, яку міряє висотомір 9, надходять на три послідовно з'єднані блоки, на вхід блока виявлення відмов 10, зі входу блока виявлення відмов 10 сигнал йде на вхід блока діагностики 11, зі входу блока діагностики 11 йде до блока прийняття та виконання рішення 12. Поточна висота польоту, яку міряє висотомір 9, після виходу з блока прийняття та виконання рішення 12 через комутатор 13 йде у перший та другий блок формування сигналів розузгодження 14, 15, на виході яких відповідно формуються сигнали розузгодження: Hc  H  Hc Hm  H  Hm . Останній сигнал проходить через інтегратор 16, на виході якого формується сигнал, t t c Hm * dt де t c - час початку роботи стабілізації. t 50 t Hm * dt Сигнали c і Hc надходять на входи суматора 1, на виході якого формується керуючий сигнал f fc     iв  pB  kHHc  kHH  kiH  Hm * dt  ,  де iв, pB, kH, kH, kiH - передаточні числа. 2 UA 111326 U 5 10 15 Якщо нема інформації по висоті, то блок прийняття та виконання рішення 12 інтегрує швидкість по висоті, а якщо нема сигнала по швидкості висоти, то береться похідна сигналу по висоті. Сигнал з блока виявлення відмов 10 надходить на вхід блока діагностики 11, де відбувається діагностика отриманих даних. Сигнал з блока діагностики 11 надходить на вхід блока прийняття та виконання рішення 12. Якщо відбулася відмова хоча б одного з датчиків висотоміра 9, то блок прийняття та виконання рішення 12 приймає рішення про метод парирування відмов. Якщо відбувся зсув статичної характеристики відносно осі абсцис або ординат, чи відбулося зменшення коефіцієнта одного з датчиків, блок прийняття та виконання рішення 12 приймає рішення та виконує відновлення статичної характеристики датчика. Сигнали з блока прийняття та виконання рішення 12 надходять на входи комутатора 13. Таким чином, поставлена задача відновлення працездатності адаптивної системи автоматичного управління висотою польоту безпілотного літального апарата повністю вирішується за допомогою наявності в системі блока виявлення відмов, блока діагностики і блока прийняття та виконання рішення, які вирішують задачі парирування відмов датчика висоти та датчика вертикальної швидкості та блоків ПІД регулятора 17, диференціювання 18, нечіткого регулятора 19, який регулює параметри КП, KІ та КД ПІД регулятора 17 при змінах параметрів безпілотного літального апарата 6 в широкому діапазоні. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 30 35 Адаптивна система автоматичного управління висотою польоту безпілотного літального апарата, що містить суматор, перший і другий входи якого з'єднані з виходами вільного гіроскопа тангажа та датчика кутової швидкості, вихід підсилювача підключений до входу рульової машини, вихід рульової машини з'єднаний з рулем висоти та через зворотний зв'язок підключений до шостого входу суматора, руль висоти з'єднаний з літальним апаратом, перший вихід з літального апарата йде на вхід вільного гіроскопа тангажа, другий вихід - на вхід датчика кутової швидкості, та третій - на вхід висотоміра, комутатор, перший вихід якого з'єднаний з входами першого та другого блоків формування сигналів розузгодження, а другий вихід - із третім входом суматора, інтегратор, вхід якого підключений до виходу другого блока формування сигналів розузгодження, а виходи інтегратора і першого блока формування сигналу розузгодження підключені до четвертого та п'ятого входів суматора відповідно, яка відрізняється тим, що додатково введено послідовно з'єднані - блок виявлення відмов, блок діагностики, блок прийняття та виконання рішення, перший та другий виходи якого з'єднаніз першим та другим входами комутатора відповідно, а перший та другий входи блока виявлення відмов з'єднані з першим та другим виходами висотоміра, також в неї введено ПІД-регулятор, перший вхід якого з'єднаний з виходом суматора, а вихід зі входом підсилювача, ПІД-регулятор другим входом з'єднаний з нечітким регулятором, котрий, в свою чергу, першим входом з'єднаний з виходом суматора, другим входом з виходом блока диференціювання, вхід якого з'єднаний з виходом суматора. 3 UA 111326 U Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4