Հայաստանի ատենախոսությունների բաց մատչելիության պահոց = Open Access Repository of the Armenian Electronic Theses and Dissertations (Armenian ETD-OA) = Репозиторий диссертаций Армении открытого доступа

Թռչող ապարատներից վերգետնյա օբյեկտների հետևման ռոբաստ համակարգի մշակումը

Բաղիյան, Արամ Հայկազի (2014) Թռչող ապարատներից վերգետնյա օբյեկտների հետևման ռոբաստ համակարգի մշակումը. PhD thesis, Հայաստանի պետական ճարտարագիտական համալսարան.

[img] PDF (Abstract)
Available under License Creative Commons Attribution Non-commercial.

Download (1285Kb)
    [img] PDF (Thesis)
    Available under License Creative Commons Attribution Non-commercial.

    Download (15Mb)

      Abstract

      В авиационных боевых комплексах для решения различных задач прикладного назначения, таких как разведка, прицеливание и применение авиационных средств поражения по объектам противника, необходимым условием является их сопровождение с помощью бортовых или подвесных обзорно-прицельных систем (ОПС). В настоящее время задача сопровождения решается как в автоматических, так и в полуавтоматических режимах. Современные обзорно-прицельные комплексы представляют собой совокупность функционально взаимосвязанных устройств, предназначенную для обнаружения, распознавания, определения координат цели и решения задачи прицеливания. Требуемая высокая точность сопровождения целей предполагает соответствующее развитие в разработке автоматических систем управления в составе обзорно-прицельных комплексов. На практике для реализации сопровождения цели набор исполнительных устройств объединяется в следящую систему. Точность и надежность отработки следящей системой подаваемых на ее вход сигналов зависит от качества ее технической реализации. Следящая система для сопровождения цели представляет собой систему автоматического управления, к которой предъявляются высокие требования по точности, надежности и способности сохранять свои свойства в условиях неопределенностей, проявляемых в полете при перегрузках и вибрации конструкции летательного аппарата. Стремление к построению высокоточных и высоконадежных систем автосопровождения обуславливает актуальность проектирования следящих систем с применением современной теории автоматического управления. Целью диссертационной работы является разработка методов проектирования и исследования следящих систем сопровождения наземных объектов с летательных аппаратов при неопределенностях в их структуре, зависящих от условий полета. В соответствии с поставленной целью сформулированы и решены следующие задачи: Вывод обобщенных уравнений углового перемещения наземных объектов относительно летательного аппарата с помощью кватернионов, построение математических моделей и структурных схем элементов системы сопровождения и всей системы. Вывод уравнений динамики системы сопровождения с учетом параметров исполнительных двигателей и неопределенностей в ее модели. Разработка методов, алгоритмов и вычислительных программ динамического моделирования и анализа системы сопровождения в условиях полета для оценки влияния перегрузок на неопределенности, вызванные сухим трением в элементах конструкции механической системы. Разработка методики, алгоритмов и вычислительных программ для анализа и синтеза корректирующих устройств системы сопровождения с применением теории робастного управления. Методы исследования. В диссертационной работе использованы методы теоретической и аналитической механики, робототехники и мехатроники, матричного и кватернионного исчисления, классической теории линейных и нелинейных систем автоматического управления, теории робастного управления и численные методы компьютерного моделирования в среде MATLAB. Научная новизна. В процессе исследования получены следующие результаты, отличающиеся новизной: Впервые выведены обобщенные уравнения относительного углового перемещения наземной цели с помощью кватернионов. Для выбранной кинематической схемы ОПС выведены уравнения динамики системы сопровождения с учетом параметров исполнительных двигателей постоянного тока. Проведен анализ влияния перегрузок на структурные и параметрические неопределенности в динамике системы сопровождения в полете, получены оценки ошибок слежения. Разработана методика проектирования корректирующих устройств систем сопровождения с применением их гармонической линеаризации, способов разрыва связей между каналами управления и аппарата теории робастного управления. Практическая ценность работы. Разработанные методы, алгоритмы и программы были использованы при проектировании и лабораторных испытаниях авиационной обзорно-прицельной системы А01 ООО «АСТРОМАПС». Разработанные уравнения относительного перемещения наземных объектов в общем случае могут применяться в системах программного сопровождения при отсутствии сигнала от цели, в задачах прицеливания при применении всех видов неуправляемых авиационных средств поражения по подвижным и неподвижным наземным целям, для управления наводкой подвижного авиационного артиллерийского оружия, в задачах наведения управляемых авиационных ракет «воздух-поверхность» на наземные цели, в системах алгоритмической защиты наведения управляемых авиационных ракет «воздух-поверхность» от противодействия. Применение кватернионов в реализации уравнений относительного перемещения целей позволило моделировать динамику системы без ограничений на маневр летательного аппарата, а также уменьшить продолжительность процесса моделирования. Предложенная методика учета и анализа неопределенностей в динамике системы позволяет проектировать системы сопровождения, обладающие большей точностью и надежностью. Кроме того, выявление и аналитическое представление связи обобщенных сил сухого трения и перегрузок летательного аппарата дает основу для новых исследований, производства экспериментов и создания моделей трения, учитывающих эту зависимость. Ատենախոսական աշխատանքի նպատակն է մշակել թռչող ապարատներից վերգետնյա օբյեկտների հետևման համակարգերի նախագծման և հետազոտման մեթոդներ` հաշվի առնելով թռիչքային պայմաններում դրանցում ի հայտ եկող անորոշությունները: Առաջին գլխում կատարված է գրականության վերլուծական ակնարկ, որտեղ նկարագրված են օբյեկտների հետևման հիմնական մեթոդները, դրանց նախագծման և տեխնիկական իրացման գոյություն ունեցող եղանակները և տեխնոլոգիաները: Գրականության վերլուծության հիման վրա առաջարկվել է հետևման համակարգերի ընդհանուր դասակարգում` կախված մուտքային սարքի տեսակից և դրանում կառավարման ազդանշանի ձևավորման եղանակից: Գրականության ուսումնասիրումը ցույց տվեց, որ նշված համակարգերը գործնականում չունեն բովանդակային առանձնահատկություններ, և ավտոմատ կառավարման տեսանկյունից հետևման համակարգերի անալիզը և սինթեզը կարելի է դիտարկել ընդհանուր դեպքի համար` հաշվի չառնելով մուտքային սարքի կառուցվածքը: Թռիչքային պայմաններում թիրախի հետևման ժամանակ ավտոմատ կառավարման համար անհրաժեշտ է հաշվի առնել համակարգում ի հայտ եկող անորոշությունները: Նշված անորոշությունները հիմնականում պայմանավորված են մեխանիկական համակարգում չոր շփման ուժերով, որոնց գնահատումը թռիչքի ընթացքում շատ բարդ խնդիր է: Չոր շփման ուժերի գոյություն ունեցող գնահատման մոդելների և նրանց համակշռման մեթոդների ուսումնասիրությունը ցույց է տալիս դրանց կիրառելիության սահմանափակումները թռիչքի ժամանակ, ինչն էլ հիմք հանդիսացավ հետագա հետազոտությունների համար: Երկրորդ գլխում մշակված են հետևման համակարգերի և դրանց տարրերի մոդելավորման մեթոդները և կառուցվածքային սխեմաները: Քվատերնիոնների միջոցով դուրս են բերվել վերգետնյա թիրախի հարաբերական շարժման ընդհանրացված հավասարումները [3, 4], ինչը թույլ է տալիս իրականացնել մոդելավորումը` առանց ինքնաթիռի մանևրման սահմանափակման [2, 9-12]: Հետևման համակարգերի նախագծման նախնական շրջանում ստանդարտ գործակիցների մեթոդով, բնութագրիչ հավասարման արմատների նույնության վերաբերյալ առաջարկն ընդունելով, ստացվում է փակ համակարգի ցանկալի փոխանցման ֆունկցիան: Ստացված փոխանցման ֆունկցիայի միջոցով Գուլլեմինի մեթոդի կիրառմամբ հաշվվում են կարգավորիչների, բաց համակարգի փոխանցման ֆունկցիաները և մշակվում է կառավարման կապուղիներից մեկի կառուցվածքային սխեման` հաշվի չառնելով անորոշությունները և խանգարումները դինամիկայում: Այնուհետև ստացվում է փակ համակարգի մի անցուղու փոխանցման ֆունկցիան և որոշվում են նրա ժամանակային և հաճախային բնութագրերը ցանկալի բնութագրերի հետ համեմատելու համար: Երրորդ գլխում մշակվել են վերգետնյա թիրախների հետևման համակարգերի թռիչքային պայմաններում դինամիկ մոդելավորման և հետազոտման մեթոդակարգերը: Էյլեր-Լագրանժի մեխանիկայի ընդհանրացված հավասարումների հիման վրա Դենավիտ-Հարտենբերգի կոորդինատային ձևափոխությունների կիրառմամբ ստացվել է հետևման համակարգի դինամիկայի մաթեմատիակական նակարագրությունը: Հաշվի է առնվել էլեկտրաշարժիչների պարամետրերի ազդեցությունը հետևման համակարգի դինամիկայի վրա: Դիտարկվել են համակարգի դինամիկայում առաջացող անորոշությունները և դրանց պատճառները` թռիչքային պայմաններում համակարգի մեխանիկական մասերում առաջացող չոր շփման ընդհանրացված ուժերը: The goal of the thesis is to develop methods of design and analysis of aircraft systems for ground target tracking taking into account uncertainties in their structure, depending on the flight conditions. In Chapter 1, an analytical survey of literature on target tracking systems is performed, where described the basic methods of object tracking, existing technologies for their design and the methods of their technical implementation. Based on the review of the literature, a general classification of tracking systems is proposed, depending on the type of setting device and the method of generating control signals in it. Analysis of bibliographic sources revealed that the structure of these systems are not fundamentally different, and in terms of automatic control, analysis and synthesis of tracking systems can be considered for the general case, without taking into account the structure of the setting device. Implementation of automatic control for target tracking in flight conditions associated with the task of accounting uncertainties in the structure of the system. In general, these uncertainties caused by dry friction in structural elements of the mechanical system, the evaluation of which is a very difficult task in the flight. Review of existing models of dry friction and methods of its compensation showed the limitations of their use on aircraft. What was the basis for the further research. In Chapter 2, developed a technique for modeling, mathematical descriptions and block diagrams of tracking system and its basic elements. The generalized equations of relative angular displacement of ground targets were derived using quaternions [3, 4], which permitted to implement simulations without any restriction on maneuver of the aircraft [2, 9-12]. At the initial stage of design of the tracking systems the method of standard coefficients were used to obtained the desired transfer function of the closed-loop system, with accepting the proposal of the identity of the roots of characteristic equation. On the basis of obtained transfer function the transfer functions of regulators and the open-loop system were calculated based on Gullemin's method and the block diagram of one of the control channel of the system was built without taking into account disturbances and uncertainties in its dynamics. After that the transfer function of one of the channel of closed-loop system was obtained and the time-domain and frequency-domain characteristics of the system were defined to compare them with the desired characteristics. In Chapter 3, a method of dynamic modeling and analysis of ground target tracking systems operating on aircraft in the flight conditions was developed. Based on the general Euler-Lagrange equations using Denavit-Hartenberg methods of coordinate transformation, a description of the dynamics of the tracking system was obtained. The influence of parameters of the electric servo-motors on the system dynamics was taken into account.

      Item Type: Thesis (PhD)
      Additional Information: Թռչող ապարատներից վերգետնյա օբյեկտների հետևման ռոբաստ համակարգի մշակումը: Robust control system design for ground target tracking by aircraft.
      Uncontrolled Keywords: Բաղիյան Արամ Հայկազի, Baghiyan Aram
      Subjects: Mechanical Engineering and Machine Science
      Divisions: UNSPECIFIED
      Depositing User: NLA Circ. Dpt.
      Date Deposited: 24 Nov 2016 17:41
      Last Modified: 25 Nov 2016 09:32
      URI: http://etd.asj-oa.am/id/eprint/3796

      Actions (login required)

      View Item