Мельник Костянтин Володимирович. Технологія µ-синтезу в задачах керування польотом

Краткое описание

Мельник Костянтин Володимирович. Технологія µ-синтезу в задачах керування польотом : Дис... канд. наук: 05.13.12 2009

Мельник К.В. Технологія -синтезу в задачах керування польотом. Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.12 Системи автоматизації проектувальних робіт. Національний авіаційний університет, Київ, 2009.
Дисертація присвячена автоматизованому проектуванню робастних систем керування як лінійними, так і нелінійними ЛА (на прикладі математичної моделі безпілотного літального апарата та моделі шестимісного літака «Beaver»), що функціонують в умовах апріорної невизначеності, неповних вимірів і наявності постійно діючих зовнішніх збурень, обмежених за модулем.
Отриманий у результаті використання -синтезу робастний регулятор зберегіє робастну стійкість і робастну якість при значних змінах параметрів об’єкта, чого неможливо досягти за допомогою процедуриH-синтезу.
Результати моделювання з використанням повної нелінійної моделі доводять працездатність системи як для структурованих, так і неструктурованих параметричних збурень.

Дисертація є завершеною науковою роботою, в якій розроблено науково обґрунтовані методики автоматизованого проектування і структурно-параметричної оптимізації робастних лінійних законів керування як лінійними, так і нелінійними ЛА (на прикладі БПЛА та еталонної (benchmark) моделі шестимісного літака «Beaver»), що функціонують в умовах апріорної невизначеності, неповних вимірів і наявності постійно діючих зовнішніх збурень, обмежених за модулем.
У процесі виконання дисертаційної роботи отримані такі основні наукові та практичні результати:
1. На підставі докладного аналізу динамічних характеристик об’єкта
керування (на прикладі літака «Beaver» та малого БПЛА), наявності невизначеності окремих важливих параметрів математичної моделі ЛА та збурювальних факторів сформульовані основні вимоги до СКП і показано доцільність застосування автоматизованої технології -синтезу для підвищення якості керування та робастності СКП.
2. Отримано методику математичної формалізації конкретних технічних вимог, зокрема норм льотної експлуатації ЛА, які повинна задовольняти створювана СКП ЛА за умови виконання вимог до мінімізації функціонала якості СКП, запасу стійкості, обмежень на керуючі сигнали.
3. На основі номінальної та параметрично збуреної моделей ЛА і його
виконавчих механізмів розроблено методику та математичні алгоритми її реалізації для одержання дробово-лінійних перетворень структури вихідної системи як один з етапів процесу автоматизованого проектування багатовимірної робастної СКП.
4. Наведено теоретичне узагальнення і нове розв’язання наукової задачі, яке полягає у формалізації підходу до визначення нормованих ПФ, функціонала якості СКП та методики розрахунку для нього вагових ПФ, що необхідно при автоматизованому синтезі СКП ЛА. Ці результати мають важливе наукове та практичне значення для автоматизації процедури структурно-параметричного синтезу і підвищення його ефективності.
5. Розроблено ітераційні схеми синтезу, засновані на методахDK-
ітерацій, та оцінено вплив структурованих і неструктурованих параметричних збурень на стійкість та якість робастних багатовимірних систем керування ЛА з урахуванням всіх нелінійностей, притаманних реальному об’єкту.
6. Отримано алгоритмічне і програмне забезпечення розрахунку ССЧ
та створено алгоритм змінювання вагових ПФ у технології -синтезу за аналізом результатів моделювання.
7. Розв’язано задачу синтезу субоптимальної системи керування за
наявності в об’єкті невизначеності з модельованою та неструктурованою динамікою, дії збурювальних факторів та неповних вимірювань вектора стану за умови обмежень на масу, габарити, вартість об’єкта.
8. Розроблено програмний комплекс для автоматизованого синтезу та
імітаційного моделювання лінійних і нелінійних робастних СКП ЛА. Виконано значний обсяг моделювання автоматизованих систем керування поздовжнім і боковими рухами ЛА на основіH-оптимізації і -синтезу та показано високу ефективність таких систем. Обґрунтовано переваги цих систем порівняно з традиційними системами (PID-, нелінійним регулятором) керування польотом.
9. Результати дисертаційної роботи впроваджені у проектно-
конструкторській діяльності науково-виробничого підприємства «Енергія 2000» при розробці систем керування та алгоритмів функціонування імітаторів обладнання.
10. Результати дисертації застосовуються у науковій тематиці кафедри
систем управління літальними апаратами Інституту електроніки та систем управління Національного авіаційного університету № 102ДБ03 «Створення методології проектування робастних систем керування аерокосмічними рухомими об’єктами».
11. Результати дисертаційної роботи використовуються в навчальному
процесі викладання курсу «Системи управління літальними апаратами» для студентів спеціальності 8.091401 «Системи управління та автоматики».
Отримані у дисертаційній роботі результати доцільно використовувати при автоматизованому проектуванні нового класу СКП ЛА. Завдяки запропонованим науково обґрунтованим методикам та алгоритмічному забезпеченню автоматизованого структурно-параметричного синтезу субоптимальної системи стабілізації отримано структуру регулятора, який може бути фізично реалізований і забезпечувати необхідні рівні номінальної якості, робастної стійкості та якості замкненої системи стабілізації.
Технологію -синтезу можна рекомендувати для задач автоматизованого синтезу багатовимірних систем керування пасажирських літаків, де практично відсутні обмеження на обчислювальну потужність бортового комп’ютера. Разом з тим методика структурно-параметричного синтезу з подальшим зниженням порядку регулятора дає змогу отримати значно простіше рішення, що також використовується для практичних завдань як з погляду робастності, так і якості функціонування СКП.
Розроблені методики автоматизованого синтезу СКП ЛА можуть застосовуватися у проектуванні нового покоління пілотажно-навігаційних комплексів й автопілотів, що формують ефективну аеродинаміку ЛА залежно від бажаних режимів польоту та дії зовнішнього середовища.
Виконані досі дослідження та їхні результати засвідчують перспективність автоматизованої технології -синтезу для задач проектування робастних субоптимальних законів керування багатовимірними динамічними об’єктами.