СИНЕРГЕТИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ НАБЛЮДАТЕЛЯ ВОЗМУЩЕНИЙ ДЛЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ «ЛЕТАЮЩЕЙ ПЛАТФОРМОЙ»

  • О.Ю. Воронков Южный Федеральный Университет
Ключевые слова: «Летающая платформа», вентилятор в кольце, синергетическая теория управления, гармонические возмущения, асимптотический наблюдатель

Аннотация

Работа посвящена синергетическому синтезу асимптотического наблюдателя гар-
монических возмущений для иерархической системы управления летательным аппаратом.
Статья содержит общее описание вертикально взлетающего аппарата типа «летающая
платформа» и асимптотического наблюдателя внешних возмущающих воздействий (на-
пример, ветровых), изменяющихся по гармоническому закону и приводящих к периодиче-
ским изменениям высоты полёта, а также углов тангажа и крена. Асимптотический на-
блюдатель должен обеспечить асимптотическую устойчивость замкнутой системы, вы-
полнение технологических инвариантов, оценку ненаблюдаемых внешних воздействий по
текущим значениям наблюдаемых координат состояния и поглощение гармонических вет-
ровых возмущений. Также в статье приведена расширенная математическая модель «ле-
тающей платформы» в режиме вертикального движения в условиях внешних гармониче-
ских возмущающих воздействий, включающая математическое описание динамики возму-
щений, и на основе заданных технологических инвариантов синтезированы алгоритмы
управления верхнего уровня иерархии. Кроме этого, проведён расчёт уравнений асимпто-
тического наблюдателя возмущающих воздействий, которыми дополняется математиче-
ская модель «летающей платформы» в условиях возмущённого движения, и уравнений для
асимптотических оценок ненаблюдаемых переменных, в дальнейшем включаемых в законы
управления верхнего уровня иерархии. Возможность синтеза наблюдателя возмущений
проверена с помощью критерия наблюдаемости. Наконец, показаны результаты компью-
терного моделирования нелинейной динамики верхнего и нижнего уровней иерархии в усло-
виях возмущённого движения с подавлением внешних возмущений асимптотическим на-
блюдателем, а также результаты компьютерного моделирования нелинейной динамики
аппарата в условиях возмущённого движения без асимптотического наблюдателя для воз-
можности наглядной оценки качества работы наблюдателя путём сравнения. Актуаль-
ность работы состоит в необходимости создания вертикально взлетающего аппарата
типа «летающая платформа» для повышения эффективности спасения людей из зон бед-
ствий, где вертолёты и другие современные средства не справляются с задачами. Научная
новизна работы заключена в применении синергетических подходов к разработке системы
балансировки пространственного положения аппарата, оснащённой асимптотическим
наблюдателем для подавления возмущающих воздействий.

Литература

1. Voronkov Yu.S., Voronkov O.Yu. Patent RF No. 2348568. Legkiy mnogorezhimnyy letatel'nyy
apparat [Easy multi-mode aircraft]; Published 10.03.09. Bull. No. 7.
2. Voronkov O.Yu. Sinergeticheskiy sintez ierarkhicheskoy sistemy upravleniya «Aeromobilem»
v rezhime balansirovki [Synergetic synthesis of the hierarchical control system "Aeromobil" in
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 "Aeromobil" with an asymptotic observer of harmonic perturbations],
Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFedU. Engineering Sciences],
2011, No. 6 (119), pp. 153-161.
4. Voronkov O.Yu. Sinergeticheskiy podkhod k sintezu sistemy upravleniya «letayushchey
platformoy» [A synergistic approach to the synthesis of a control system of "flying platform"],
Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFedU. Engineering Sciences], 2019, No. 3
(2019), pp. 161-170.
5. Kurochkin F.P. Osnovy proektirovaniya samoletov s vertikal'nym vzletom i posadkoy [Fundamentals
of aircraft design with vertical takeoff and landing]. Moscow: Mashinostroenie, 1970, 354 p.
6. Shaydakov V.I. Aerodinamika vinta v kol'tse [Aerodynamics of the screw in the 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. No. 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 control theory]. Taganrog:
TRTU, M.: 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. byA.A. Kolesnikova. Moscow – Taganrog: Izd-vo TRTU, 2000, 400 p.
16. Sovremennaya prikladnaya teoriya upravleniya. Ch. II: Sinergeticheskiy podkhod v teorii
upravleniya [Modern applied control theory. Part II: Synergetic approach in control theory],
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 processes of spatial movement of aircraft],
Aviakosmicheskoe priborostroenie [Aerospace instrumentation], 2004, No. 2, pp. 38-45.
19. Kolesnikov A.A., Veselov G.E., Popov A.N., Kolesnikov Al.A. Sinergeticheskaya teoriya
upravleniya nelineynymi vzaimosvyazannymi elektromekhanicheskimi sistemami [Synergetic
theory of control of nonlinear interconnected Electromechanical systems]. Taganrog: Izd-vo
TRTU, 2000, 182 p.
20. Popov A.N. Sinergeticheskiy sintez zakonov energosberegayushchego upravleniya
elektromekhanicheskimi sistemami [Synergetic synthesis of laws of energy-saving management
of Electromechanical systems]. Taganrog: Izd-vo TRTU, 2003, 67 p.
Опубликован
2020-10-11
Выпуск
Раздел
РАЗДЕЛ I. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ, УСТРОЙСТВ И СИСТЕМ