СИНЕРГЕТИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ АСТАТИЧЕСКОГО РЕГУЛЯТОРА ДЛЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ «ЛЕТАЮЩЕЙ ПЛАТФОРМОЙ»
Аннотация
Работа посвящена синергетическому синтезу астатического гарантирующего регу-
лятора для иерархической системы управления летательным аппаратом. Статья содер-
жит общее описание вертикально взлетающего аппарата типа «летающая платформа» и
астатического гарантирующего регулятора на основе интеграторов. Астатический регу-
лятор должен обеспечить асимптотическую устойчивость замкнутой системы, выполне-
ние технологических инвариантов, оценку неизмеряемых внешних воздействий по текущим
значениям измеряемых координат состояния и парирование кусочно-постоянных внешнихвозмущений (например, ветровых), приводящих к случайным изменениям высоты полёта,
углов тангажа и крена. Также в статье приведена расширенная математическая модель
«летающей платформы» в режиме вертикального движения в условиях внешних кусочно-
постоянных возмущающих воздействий, включающая уравнения оценок возмущений, и на
основе заданных технологических инвариантов синтезированы алгоритмы управления
верхнего уровня иерархии. Кроме этого, приведены уравнения интеграторов, которые обя-
заны входить в состав астатического регулятора и связаны с уравнениями оценок возму-
щающих воздействий. В рамках синергетической теории управления интеграторы не при-
водят к ухудшению устойчивости замкнутой системы, потому что метод аналитическо-
го конструирования агрегированных регуляторов гарантирует асимптотическую устой-
чивость динамической системы. Наконец, показаны результаты компьютерного модели-
рования нелинейной динамики верхнего и нижнего уровней иерархии в условиях возмущённо-
го движения с парированием внешних возмущений интеграторами астатического регуля-
тора, а также результаты компьютерного моделирования нелинейной динамики аппара-
та в условиях возмущённого движения без этого регулятора для возможности наглядной
оценки качества работы регулятора путём сравнения. Актуальность работы состоит в
необходимости создания вертикально взлетающего аппарата типа «летающая платфор-
ма» для повышения эффективности спасения людей из зон бедствий, где вертолёты и дру-
гие современные средства не справляются с задачами. Научная новизна работы заключена
в применении синергетических подходов к разработке системы балансировки пространст-
венного положения аппарата, оснащённой астатическим гарантирующим регулятором
для парирования возмущающих воздействий.
Литература
multi-mode aircraft]. Patent RF No. 2348568; Publ. 10.03.09. Bull. № 7.
2. Voronkov O.Yu. Sinergeticheskiy sintez ierarkhicheskoy sistemy upravleniya «Aeromobilem»
v rezhime balansirovki [Synergetic synthesis of the hierarchical control system "Aeromobil" in
the balancing mode], Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFedU. Engineering Sciences],
2011, No. 5 (118), pp. 55-60.
3. Voronkov O.Yu. Sinergeticheskiy sintez ierarkhicheskoy sistemy balansirovki «Aeromobilya»
s asimptoticheskim nablyudatelem garmonicheskikh vozmushcheniy [Synergetic synthesis of
the hierarchical balancing system of the "Airmobile" with an asymptotic observer of harmonic
disturbances], Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFedU. Engineering Sciences],
2011, No. 6 (119), pp. 153-161.
4. Voronkov O.Yu. Sinergeticheskiy sintez nablyudatelya vozmushcheniy dlya sistemy
upravleniya «letayushchey platformoy» [Synergetic synthesis of a perturbation observer for a
"flying platform" control system] Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFedU. Engineering
Sciences], 2020, No. 3 (2020), pp. 29-39.
5. Kurochkin F.P. Osnovy proektirovaniya samoletov s vertikal'nym vzletom i posadkoy [Fundamentals
of designing aircraft with vertical takeoff and landing]. Moscow: Mashinostroenie,
1970, 354 p.
6. Shaydakov V.I. Aerodinamika vinta v kol'tse [Aerodynamics of a screw in a ring]. Moscow:
Izd-vo Moskovskogo Aviatsionnogo Instituta, 1996, 88 p.
7. Bukov V.N. Adaptivnye prognoziruyushchie sistemy upravleniya poletom [Adaptive predictive
flight control systems]. Moscow: Nauka. gl. red. fiz.-mat. lit., 1987, 232 p.
8. Lambregts A.A. Vertical flight path and speed control autopilot using total energy principles,
AIAA P1983. № 2239CP.
9. Turner M.C., Aouf N., Bates D.G. et al. A switching scheme for full-envelope control of a
V/STOL aircraft using LQ bumpless transfer, Proc. 2002 IEEE Internat. Conf. on Control Applications.
Glasgow, Scotland, U.K., 2002.
10. Tsourdos A., White В.A. Adaptive flight control design for nonlinear missile, Proc. 15th Triennial
World Congr. of IFAC (b’02). Barcelona, 2002.
11. Blumel A.V., Tsourdos A., White B.A. Flight control design for a STT Missile: a fuzzy LPV
approach, Proc. 15th IFAC Symp. on Automatic Control in Aerospace. Bologna/Forli, Italy,
2001.
12. Tsourdos A., White B.A. Flight control design for quasi-linear parameter varying missile via
pseudolinearisation, Prepr. 5th IFAC Symp. NOLCOS’01. St. Petersburg, Russia, 2001.
13. Farren D., Duc G., Harcaut J.P. Discrete-time LPV controller for robust missile autopilot
design, Proc. 15th Triennial World Congr. of IFAC (b’02). Barcelona, 2002.
14. Kolesnikov A.A. Sinergeticheskaya teoriya upravleniya [Synergetic management theory]. Taganrog:
TRTU, Moscow: Energoatomizdat, 1994, 344 p.
15. Sovremennaya prikladnaya teoriya upravleniya. Ch. I: Optimizatsionnyy podkhod v teorii
upravleniya [Modern applied control theory. Part I: Optimization approach in control theory],
ed. by A.A. Kolesnikova. Moscow – Taganrog: Izd-vo TRTU, 2000, 400 p.
16. Sovremennaya prikladnaya teoriya upravleniya. Ch. II: Sinergeticheskiy podkhod v teorii
upravleniya [Modern applied theory of management. Part II: A synergetic approach in the theory
of management], ed. by A.A. Kolesnikova. Moscow – Taganrog: Izd-vo TRTU, 2000, 559 p.
17. Sovremennaya prikladnaya teoriya upravleniya. Ch. III: Novye klassy regulyatorov
tekhnicheskikh sistem [Modern applied control theory. Part III: New classes of regulators of
technical systems], ed. by A.A. Kolesnikova. Moscow – Taganrog: Izd-vo TRTU, 2000, 656 p.
18. Kolesnikov A.A., Mushenko A.S. Sinergeticheskoe upravlenie protsessami prostranstvennogo
dvizheniya letatel'nykh apparatov [Synergetic control of the processes of spatial motion of aircraft],
Aviakosmicheskoe priborostroenie [Aerospace instrumentation], 2004, No. 2, pp. 38-45.
19. Abdullaev N.D., Petrov Yu.P. Teoriya i metody proektirovaniya optimal'nykh regulyatorov
[Theory and methods of designing optimal regulators]. Leningrad: Energoatomizdat. Leningr.
otdelenie, 1985, 240 p.
20. Kolesnikov A.A., Veselov G.E., Kuz'menko A.A. Novye tekhnologii proektirovaniya sovremennykh
sistem upravleniya protsessami generatsii elektroenergii [New technologies for designing
modern control systems for electric power generation processes]. Moscow, 2009, 323 p.
