Кульченко Артем Евгеньевич. Адаптивное позиционно-траекторное управление роботизированным одновинтовым вертолетом с использованием нелинейной модели его движения

brief description

Кульченко Артем Евгеньевич. Адаптивное позиционно-траекторное управление роботизированным одновинтовым вертолетом с использованием нелинейной модели его движения: диссертация ... кандидата технических наук: 05.02.05 / Кульченко Артем Евгеньевич;[Место защиты: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южный федеральный университет"].- Ростов-на-Дону, 2015.- 153 с.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
На правах рукописи
Кульченко Артем Евгеньевич
АДАПТИВНОЕ ПОЗИЦИОННО - ТРАЕКТОРНОЕ УПРАВЛЕНИЕ
РОБОТИЗИРОВАННЫМ ОДНОВИНТОВЫМ ВЕРТОЛЕТОМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НЕЛИНЕЙНОЙ МОДЕЛИ ЕГО ДВИЖЕНИЯ
Специальность 05.02.05 – «Роботы, мехатроника и робототехнические
системы»
Диссертация
на соискание ученой степени кандидата технических наук
Научный руководитель –
доктор технических наук,
профессор
Пшихопов Вячеслав Хасанович
Таганрог 2015

2
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение 4
Глава 1. Анализ принципов управления роботизированными вертолетными
комплексами 11
1.1. Методы построения систем управления летательными аппаратами
вертолетного типа 13
1.2 Обзор математических моделей летательных аппаратов вертолетного типа 31
1.3 Постановка задачи диссертационного исследования 34
1.4. Выводы по главе 1 35
Глава 2. Построение и исследование математических моделей летательных
аппаратов вертолетного типа 37
2.1. Обобщенная нелинейная математическая модель с перестраиваемой структурой летательного аппарата вертолетного типа 37
2.2. Математическая модель одновинтового мини-вертолета JS-TZ.90 V2 45
2.3. Модель исполнительных механизмов одновинтового мини-вертолета 53
2.4. Параметрическая идентификация модели одновинтового мини-вертолета 56
2.5. Выводы по главе 2 62
Глава 3. Разработка и исследование метода адаптивного позиционно-
траекторного управления роботизированным вертолетом 63
3.1. Разработка метода адаптивного позиционно-траекторного управления одновинтовым вертолетом с рулевым винтом 63
3.2. Задание траекторий движения роботизированного мини-вертолета 67
3.3. Доказательство устойчивости движений вертолета с АПТУ 69

3
3.4. Оперативное оценивание координат центра масс вертолета 72
3.5. Моделирование полета роботизированного вертолета с адаптивным позиционно-траекторным управлением 75
3.6. Выводы по главе 3 87
Глава 4. Робототехнический комплекс для исследования движений
вертолетов 88
4.1. Робототехнический комплекс на базе мини-вертолета 88
4.2. Проектирование программно-аппаратного моделирующего комплекса 89
4.3. Исследование автопилота роботизированного одновинтового вертолета в программно-аппаратном моделирующем комплексе 96
4.4. Комплекс моделирования и анализа 102
4.5 Реализация макета экспериментально-исследовательского комплекса 107
4.6. Практическое использование результатов диссертационного
исследования 114
4.7. Выводы по главе 4 115
Заключение 116
Список использованных источников 118
Список сокращений и условных обозначений 141
ПРИЛОЖЕНИЕ А 143
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 145
ПРИЛОЖЕНИЕ В 147
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 153

bibliography

Заключение
Основным научным результатом диссертации является решение задачи разработки метода управления движением одновинтового вертолета с учетом многосвязности каналов управления и технической реализуемости, обеспечивающего повышение точности отработки заданных траекторий.
Результатами диссертации являются:
1) обобщенная нелинейная математическая модель вертолета,
отличающаяся введением дополнительных преобразований, связывающих
управляющие силы и моменты с управляющими воздействиями, и позволяющая,
за счет перестраиваемой структуры, описывать различные вертолетные схемы;
2) метод адаптивного позиционно-траекторного управления
роботизированным одновинтовым вертолетом с рулевым винтом, отличающийся
способом формирования управлений с учетом многосвязности и нелинейности
математической модели вертолета, что позволяет обеспечить повышение
точности отработки заданных траекторий;
3) методика проектирования программно-аппаратного комплекса для
компьютерного моделирования динамики летательных аппаратов вертолетного
типа, отличающаяся учетом модели навигационной системы, полуавтоматической
калибровкой исполнительных механизмов и загрублением навигационных
данных. Предложенная методика позволяет создавать комплексы для проведения
вычислительных экспериментов, максимально приближенных к натурным;
4) выполнен анализ характеристик предложенной в работе системы
адаптивного позиционно-траекторного управления роботизированным
одновинтовым вертолетом, который показал, что в установившемся режиме
ошибка отработки заданной траектории вертолетом – 0,57 м, что в два раза
меньше ошибки системы с ЛАУС. При этом СКО системы с АПТУ составляет
0,1202 м, что в четыре раза ниже, чем при использовании АУНПМ и ЛАУС.
Приведенные результаты моделирования подтверждают эффективность

117
разработанного алгоритма управления вертолетом и моделирующего программно-аппаратного комплекса;
5) на базе обобщенной модели была получена модель одновинтового вертолета. Результаты сравнения данных натурного эксперимента и моделирования подтверждают адекватность разработанной обобщенной нелинейной математической модели вертолета и модели используемой в авиатренажере.
Диссертация А.Е. Кульченко соответствует п. 2 («Математическое
моделирование мехатронных и робототехнических систем, анализ их
характеристик методами компьютерного моделирования, разработка новых
методов управления и проектирования таких систем») и п.3 («Методы
адаптивного, распределенного, интеллектуального управления
робототехническими и мехатронными системами») паспорта специальности 05.02.05 – «Роботы, мехатроника и робототехнические системы».