- •Завдання на виконання дипломної роботи
- •6. Календарний план-графік
- •7. Консультанти з окремих розділів роботи:
- •Реферат
- •Перелік скорочень
- •Розділ 1 класифікація бпла
- •Класифікація бпла за способами управління
- •1.2. Класифікація бпла по використаних в них навігаційних системам
- •1.3. Перспективи застосування інерціальної навігаційної системи та її програмне забезпечення
- •1.4. Інерціальна та супутникова навігаційні системи
- •Розділ 2 бортове устаткування сучасних бпла
- •2.1. Склад бортового устаткування бпла
- •2.2. Пілотажно-навігаційні комплекси
- •2.3. Функції тактично-навігаційного комплексу
- •2.4. Елементи тактичної навігаційної системи
- •2.5. Наземна апаратура управління бпла
- •Розділ 3 математична модель бпла
- •3.1. Опис математичної моделі літального апарату
- •3.2. Рульові органи літального апарату і системи координат
- •3.3. Повна нелінійна модель просторового руху літака
- •3.4. Модель двигуна
- •3.5.Модель атмосфери і повітряних обурень
- •3.6. Модель Землі
- •3.7. Модель рульових органів
- •Розділ 4 Розробка алгоритмів управління бпла
- •4.1. Методи декомпозиції управління бпла
- •4.2. Математичний опис польотного завдання
- •4.2.1. Загальні положення
- •4.2.2. Петля Нестерова
- •4.3. Синтез управління на траєкторному рівні
- •4.3.1. Управління рухом літального апарату
- •4.3.2. Управління орієнтацією літального апарату
- •4.4. Розробка алгоритму управління літального апарату у вертикальній площині
- •4.5. Прокладка маршруту в географічних координатах
- •4.6. Програмна реалізація алгоритмів управління
- •4.7. Розробка блоку візуалізації польоту бпла по результатам вище наведених розрахунків.
- •Розділ 5 Розвиток систем з бпла
- •5.1. Проблеми розвитку систем з бпла
- •5.2. Шляхи вирішення проблеми створення систем з бпла
- •Висновки
- •Список використаних джерел
- •Додаток а Опис параметрів моделі
- •Додаток б Опис змінних
Перелік скорочень
БПЛА ДПЛА |
– – |
безпілотний літальний апарат дистанційно пілотовані апарати |
ЛА |
– |
літальний апарат |
ІНС |
– |
інерціальна навігаційна система |
СНС |
– |
супутникова навігаційна система |
ЦФА |
– |
цифровий фотоапарат |
РЛС |
– |
радіолокаційна станція |
ШПО |
– |
широкопольний об’єктив |
ТПВ |
– |
тепловізійна камера |
ТК |
– |
телевізійна камера |
БЦОМ |
– |
бортова цифрова обчислювальна машина |
ЦКРМ |
– |
цифрова камера рельєфу місцевості |
БК |
– |
блок комутації |
СК |
– |
система координат |
ППМ |
– |
проміжний пункт маршруту |
ЄС ОрПР |
– |
єдина система організації повітряного руху |
ЗШК |
– |
заданий шляховий кут |
ЛБУ |
– |
лінійне бічне ухилення |
ДП |
– |
додаткова поправка |
ПНК |
– |
пілотажно навігаційний комплекс |
БФІ |
– |
багатофункціональний індикатор |
ВМ |
– |
виконавчий механізм |
ДКШ |
– |
датчик кутової швидкості |
БІНС |
– |
безпілотна інерціальна навігаційна система |
СПС |
– |
система повітряних сигналів |
ММ |
– |
магнітометр |
СУП |
– |
система управління польотом |
АПК |
– |
алгоритм перетворення координат |
АП |
– |
автопілот |
НАУ |
– |
наземна апаратура управління |
РМ |
– |
рульова машинка |
БАУ |
– |
бортова апаратура керування |
АЛ |
– |
алгоритм літаководіння |
ДТ |
– |
датчик температури |
ДСТ |
– |
датчик статичного тиску |
ДПТ |
– |
датчик повного тиску |
АУЗ |
– |
апаратура управління та зв’язку |
АЦП |
– |
аналогово-цифровий перетворювач |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ВСТУП
Безпілотні літальні апарати (БПЛА) можуть бути застосовані для вирішення багатьох завдань, виконання яких пілотованими літальними апаратами в різних цілях недоцільно. У число таких завдань входить: моніторинг повітряного простору, земної і водної поверхонь, екологічний контроль, керування повітряним рухом, контроль судноплавства, розвиток систем зв'язку й ін. Інтерес до БПЛА викликаний їхньою економічністю при експлуатації, усуненням ризику для життя екіпажу, обмежень по експлуатаційних навантаженнях, визначених фізіологічними можливостями людини, можливістю вести спостереження з безлічі місць протягом короткого періоду часу. Особливістю застосування БПЛА є можливість безперервного спостереження поверхні й повітряного простору при великому видаленні об'єкта спостереження за допомогою різних датчиків. БПЛА можуть бути застосовані не тільки для зазначених вище цілей, але й для інших, наприклад, контролю державного кордону. Усе перераховане характеризує широке коло завдань, які досить ефективно й економічно можуть бути вирішені у випадку застосування БПЛА.
З 2012 року в Національному авіаційному університеті здійснюється державна програма побудови безпілотної транспортної системи «Україна 1». Тому актуальним є розробка сукупності методів підтримки основних функцій системи на розрахунковій основі, створення сукупності алгоритмів, що розширюють галузі застосування системи. В цьому напрямку однією із найбільш актуальних задач є задача створення алгоритма управління БПЛА. При цьому даний напрямок є напівекспериментальним, бо алгоритми мають проходити тестування в умовах реального польоту.
Об’єктом дослідження алгоритми управління БПЛА. Практична реалізація сучасних систем управління польотом як пілотованих, так і безпілотних ЛА, нині можлива на основі цифрової обчислювальної техніки. Тому у проведеній роботі велика увага приділена розробленню алгоритмів управління як неперервних, так і дискретних законів управління, які реалізуються у цифрових системах
Синтез алгоритмів роботи системи управління польотом БПЛА ґрунтується на математичній моделі БПЛА, розробка якої складається з побудови змістовної моделі, розробки алгоритму моделі та розробки програми моделі.
Предметом дослідження є система управління БПЛА. Система управління польотом БПЛА повинна забезпечити: точне виконання маршруту на встановленій висоті польоту (ешелоні), визначення навігаційних параметрів польоту, забезпечення виконання мети польоту, підліт БПЛА до місця посадки в заданий час. Система управління вирішує завдання стабілізації, тобто обробляє команди наведення і забезпечує стійкість руху шляхом вироблення команд керування РМ алгоритмом автопілоту. У випадку перевищення заданих значень (по кутах і кутових швидкостях) система управління видає команду стабілізації режиму горизонтального польоту. Основні функції системи управління польотом БПЛА в напівавтоматичному і автоматичному режимах виконує автопілот, який реалізує закони управління по каналах тангажа, курсу і крену.
Метою дипломної роботи є побудова ефективної системи управління БПЛА. Розроблена система управління дозволяє знизити вимоги до кваліфікації зовнішніх пілотів та значно здешевити експлуатацію БПЛА.
Побудова змістовної моделі включає:
− постановка задачі моделювання (дається чітке формулювання цілей та задач дослідження системи управління польотом БПЛА, обґрунтовується необхідність подальшого моделювання, обирається методика розв’язання задачі з урахуванням наявних програм для розрахунку аеродинамічних характеристик БПЛА та отримання його динамічних похідних;
− визначення вимог до вихідної інформації;
− висунення гіпотез і припущень;
− визначення параметрів і змінних моделі БПЛА (вхідних, вихідних і змінних управління, зовнішніх і внутрішніх параметрів системи управління);
− обґрунтування вибору показників і критеріїв ефективності системи.
Розробка алгоритму моделі системи включає:
побудова логічної схеми алгоритму (створюється узагальнена схема моделюючого алгоритму, яка задає загальний порядок дій при моделюванні);
− отримання математичних співвідношень;
− перевірка достовірності алгоритму;
Розробка програми моделі системи включає:
− вибір обчислювальних засобів (обираються тип ЕОМ і мова програмування);
− проведення програмування;
− перевірка достовірності програми
Методи дослідження. В роботi викоpистaно мeтoди декомпозиції управління та комп’ютерне моделювання. Синтез алгоритмів роботи системи управління польотом БПЛА ґрунтується на математичній моделі БПЛА, розробка якої складається з побудови змістовної моделі, розробки алгоритму моделі та розробки програми моделі.
Наукова новизна заключається в розробці нових алгоритмів управління та опрацювання команд пілота БПЛА, що дало змогу покращити льотні характеристики.
Основні результати, значущість роботи, рекомендації щодо використання.
Отриманi результaти дипломнoї робoти полягaють y настyпному:
1) Синтезовані нелінійні алгоритми управління літальним апаратом для пілотажного і траєкторного рівня;
2) Проведені імітаційні випробування алгоритмів управління показали
високу надійність і точність регулювання;
3) Реалізовано взаємодію розробленої системи з авіасимулятором FlightGear.
Математична модель є універсальною і може бути налаштована на будь-який літальний апарат шляхом виставки відповідних коефіцієнтів і початкових умов. Розроблена математична модель може розглядатися як інструмент для дослідження динаміки жорстких літальних апаратів.
Пропозиції щодо мoжливого подальшого застосування: результати роботи можуть бути впроваджені при проектуванні безпілотних літаків в НАУ. Отриману систему можна використовувати в якості симулятора для відпрацювання навиків пілотування БПЛА. Таким чином, розроблена модель має широкий спектр можливостей для подальшого використання.
Основні положення і результати дипломної роботи апробовані та обговорювалися на ХV міжнародній науково-практичній конференції молодих учених і студентів «Політ. Сучасні проблеми науки» (Політ, 2015, НАУ, Київ);
Основні результати дипломної роботи опубліковані в матеріалах конференцій (Політ, 2015, НАУ, Київ).
