Задачи управления

ЛА – это твердое тело движение которого характеризуется 6-ю степенями свободы.

Для управления ЛА нужно создать управляющие силы и моменты по 3-м взаимоперпендикулярным осям и менять их в соответствии с требованиями задачи управления.

Формирование управленческих сил и моментов осуществляется с помощью САУ в соответствии с информацией о движении ЛА, при этом САУ должна иметь столько каналов, управление скольких степеней имеет объект.

ЛА это еще и система твердых тел (например вертолет).

Задача управления усложняется если учесть свойства ЛА, то ЛА совершает аэродинамические колебания, для их уменьшения создаются контуры управления.

Движение ЛА можно рассматривать из движения центра масс(ЦМ) и движения вокруг ЦМ.

Необходимость управления угловыми движениями вызывается тем, что ЛА должен занимать вполне определенное положение к векторы скорости. Для управления угловым движением применяются: каналы автопилота, каналы крена, тангажа и рыскания.

Необходимо что бы ЛА осуществлял полет по заданной траектории замыкающий через автопилот. Удержание ЦМ на заданной траектории осуществляется с помощью контуров управления высотой, боковым управлением и продольным расстоянием.

Системы автоматического управления должны:

1) улучшать устойчивость и управляемость ЛА на всех режимах полета как при ручном, так и автоматическом управлении;

2) обеспечивать управление угловыми движениями ЛА, движением центра масс, наведением на цели;

3) быть пригодными для включения в работу в любом положении ЛА и выводить ЛА в горизонтальный полет при допустимых перегрузках;

4) иметь связь с системой управления при посадке и взлете;

5) для стабилизации скорости при сверхзвуковых полетах и на посадочных режимах включать канал управления скоростью с подачей сигналов на руль высоты и на тягу двигателей;

6) предусматривать устройства для ограничения предельных режимов по перегрузкам, углам крена, угловым скоростям;

7) предусматривать коррекцию передаточных чисел по режимам полета, а при широком диапазоне изменения параметров ЛА система управления должна быть самонастраивающейся;

8) иметь связь с системой управления строем самолетов;

9) обеспечивать выбор и поддержание оптимальных режимов полета (минимальное время, максимальная дальность, минимальный расход топлива, оптимальная траектория, автоматическое маневрирование для увеличения живучести и т.д.);

10) работать в принятых для ЛА окружающих внешних условиях (температуры, давления, влажности, перегрузки и т.д.);

11) быть комплексными с широким использованием принципов оптимальной информационной и структурной избыточности для повышения надежности при достаточной схемной и конструктивной простоте;

12) обладать достаточной поэлементной и схемной надежностью.

37. Общий случай движения ла. Уравнения движения. Связь продольного и бокового движений

Дифференциальные уравнения движения ЛА. Математическая модель движения самолета представляет собой упрощенное описание его реального движения. При выводе уравнений движения будем полагать, что самолет является твердым телом.

Дифференциальные уравнения движения ЛА в векторной форме имеют вид

;

, (4.1)

где – масса ЛА;– вектор угловой скорости вращения ЛА относительно Земли;– вектор скорости центра масс;– вектор внешних сил;– главный момент всех внешних сил;– кинетический момент системы.

Движение самолета как твердого тела в пространстве описывается двенадцатью нелинейными дифференциальными уравнениями первого порядка, из них: три уравнения сил, три уравнения моментов, три кинематических соотношения для углов Эйлера, три кинематических соотношения для линейных координат:

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

, (4.2)

где ,,– проекции вектора скорости центра масс ЛА на оси выбранной системы координат;,,– проекции на оси выбранной системы координат вектора угловой скорости этой системы относительно Земли;,,– проекции равнодействующей всех внешних сил, действующих на ЛА;,,– проекции момента всех внешних сил относительно соответствующих осей;,,,– осевые и центробежный моменты инерции;,,– проекции перемещения ЛА относительно нормальной земной системы координат;,и т.д. – направляющие косинусы. В уравнениях сделаны следующие допущения: кривизна Земли не учитывается, гироскопический момент двигателей мал, масса самолета постоянна.

Система уравнений (4.2) является сложной системой, правые части уравнений которой представляют собой нелинейные функции многих переменных. С целью упрощения математической модели движения самолета как объекта управления пространственное движение ЛА разбивается на продольное и боковое. Продольным называется движение, характеризуемое вращением вокруг поперечной оси и поступательным движением в направлении осейи. Боковое движение составляют вращения вокруг осейии перемещение в направлении оси.

Продольное и боковое движения оказываются взаимосвязанными, определяются наличием инерционных аэродинамических и гироскопических связей. Уравнения движения ЛА линеаризуют, пользуясь разделением движения по отдельным каналам. Разделение общего движения ЛА на продольное и боковое возможно, если связи между этими движениями пренебрежительно малы.