WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

На правах рукописи

ФЕДОРЕНКО Роман Викторович

МЕТОДЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЯ АВТОПИЛОТА

ВЗЛЕТА И ПОСАДКИ РОБОТИЗИРОВАННОГО ДИРИЖАБЛЯ

Специальность 05.02.05 – Роботы, мехатроника и робототехнические

системы

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Таганрог – 2011

Работа выполнена в Технологическом институте Южного Федерального университета в г. Таганроге.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Пшихопов Вячеслав Хасанович

Официальные оппоненты: доктор технических наук Капустян Сергей Григорьевич кандидат технических наук, доцент Лукьянов Евгений Анатольевич

Ведущая организация: Государственный научный центр Российской Федерации «Центральный научно-исследовательский и опытноконструкторский институт робототехники и технической кибернетики» (ЦНИИ РТК)

Защита диссертации состоится 28 октября 2011 г. в 14 ч. 20 м. на заседании диссертационного совета Д 212.208.24 при Южном федеральном университете по адресу: 347928, г. Таганрог, Ростовская область, ул. Чехова 2, корп. «И», комн. 347.

С диссертацией можно ознакомиться в зональной научной библиотеке ЮФУ по адресу: г. Ростов-на-Дону, ул. Пушкинская, 148, автореферат размещен на сайтах http://sfedu.ru/ и http://vak.ed.gov.ru.

Автореферат разослан «_» сентября 2011 г.

Просим Вас прислать отзыв, заверенный печатью учреждения, по адресу:

347928, г. Таганрог, Ростовская область, ГСП-17А, пер. Некрасовский, 44, Технологический институт Южного федерального университета в г. Таганроге, Ученому секретарю диссертационного совета Д 212.208.24 Кухаренко Анатолию Павловичу.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент А.П. Кухаренко

Общая характеристика работы

Актуальность темы диссертации. Современный уровень развития воздухоплавания заново открывает перспективы использования дирижаблей для решения задач транспортировки, мониторинга и наблюдения. К достоинствам дирижаблей следует отнести: высокий коэффициент грузоподъемности, дальность и продолжительность полета; возможность вертикального взлета и посадки; работу в режиме длительного зависания; безопасность в случае отказа силовой установки и системы управления; малый расход топлива; незначительно воздействие на окружающую среду; низкую стоимость эксплуатации.





Разработка роботизированных воздухоплавательных комплексов (РВК) позволяет автоматизировать процессы мониторинга, значительно снизить стоимость их проведения, минимизировать участие человека-оператора.

Указанные факторы обуславливают неослабевающий интерес к решению проблемы синтеза автоматических систем управления летательными аппаратами и, в частности, дирижаблями. Различным аспектам этой проблемы посвящены работы отечественных (А.Р. Гайдук, Н.А. Глебов, В.Н. Голубятников, И.А. Каляев, С.Г. Капустян, В.М. Лохин, С.В. Манько, М.Ю. Медведев, Р.А. Нейдорф, Ю.В.

Подураев, В.Х. Пшихопов и др.) и зарубежных (Moutinho, A.B., E. Hygounenc, P.

Soueres, I. Jung, S. Lacroix, G. C. Avenant, C. H. Hong, K. C. Choi, B.S. Kim) ученых.

Однако, при наличии достаточно большого числа публикаций, большинство предложенных подходов к синтезу систем управления базируется на классических методах проектирования, применяемых для летательных аппаратов, которые предполагают разделение движения на продольную и поперечную составляющие с дальнейшей линеаризацией моделей вдоль эталонных траекторий. Использование упрощающих подходов к синтезу систем управления дирижабля не учитывает многосвязности его математической модели и может не только не позволить достичь требуемых количественных показателей, предъявляемых к точности отработки траекторий, но и привести к потере качественных свойств замкнутой системы.

Кроме того, в известных работах предлагаются подходы к построению систем управления движением дирижабля по путевым точкам, без рассмотрения специфики режимов автономного взлета и посадки, которые являются наиболее аварийными и сложными при управлении дирижаблем в силу ограниченности на управления в этих режимах, существенного влияния ветровых и параметрических возмущений при движении вблизи поверхности земли.

В этой связи, актуальность задачи разработки методов конструирования и исследования автопилота взлета и посадки дирижабля определяется, с одной стороны, востребованностью роботизированных воздухоплавательных комплексов на базе дирижаблей, с другой – недостаточной проработанностью методов конструирования автопилотов для режимов взлета и посадки.

Целью диссертационной работы является расширение функциональных возможностей роботизированного дирижабля и повышение точности отработки траекторий взлета и посадки при неопределенных метеоусловиях за счет применения новых методов проектирования автопилота взлета и посадки.

Научная задача, решение которой содержится в диссертации, – разработка методов проектирования автопилотов взлета и посадки роботизированных дирижаблей с использованием адаптивного к возмущающим воздействиям управления, обеспечивающих расширение функциональных возможностей дирижабля и повышение точности отработки траекторий взлета и посадки при неопределенных метеоусловиях, а также их исследование методами математического и компьютерного моделирования.





Основные задачи

исследования:

- разработка адаптивного к ветровым возмущениям закона управления дирижаблем на этапах взлета и посадки;

- разработка структуры автопилота взлета и посадки роботизированного дирижабля;

- разработка способа повышения точности отработки траекторий взлета и посадки за счет применения локальной визуальной навигации;

- разработка компьютерного комплекса моделирования движений дирижабля;

- исследование автопилота взлета и посадки роботизированного дирижабля методами компьютерного моделирования;

- экспериментальное исследование и подтверждение корректности разработанного автопилота взлета и посадки.

Методы исследования основаны на использовании методов теории управления, аналитической механики, теории матриц, методе аналитического синтеза нелинейных позиционно-траекторных систем управления подвижными объектами, методе построения редуцированных наблюдателей Луенбергера для нелинейных систем, методах имитационного моделирования. Проверка эффективности полученных в ходе работы теоретических результатов осуществлялась средствами численного моделирования в среде MATLAB и подтверждена результатами экспериментов.

Достоверность полученных результатов:

- обеспечивается применением принципов и методов теории автоматического управления, а также строгими математическими выводами;

- подтверждается результатами экспериментов и компьютерного моделирования;

- согласуется с данными экспериментов и результатами исследований других авторов, представленными в печатных изданиях.

Наиболее существенные новые научные результаты, полученные автором и выдвигаемые для защиты:

- метод проектирования автопилота взлета и посадки роботизированного дирижабля, отличающийся использованием адаптивного к внешним возмущениям закона управления, учетом нелинейности и многосвязности математической модели дирижабля, что позволяет повысить точность отработки траекторий взлета и посадки роботом-дирижаблем;

- методика проектирования компьютерного комплекса моделирования движений роботизированного дирижабля, отличающаяся модульностью и расширяемостью, а также использованием возможностей современных программных средств, позволяющая создавать комплексы моделирования для исследования автопилота взлета и посадки роботизированного дирижабля средствами имитационного моделирования на этапе проектирования и сокращать сроки его разработки;

- способ повышения точности функционирования роботизированного дирижабля в режимах взлета и посадки, отличающийся комплексированием локальной визуальной навигации по меткам и адаптивного закона управления.

Практическая ценность работы. Представленные результаты могут быть использованы при проектировании и исследовании автопилотов роботизированных воздухоплавательных платформ. Разработанные подходы позволяют придать роботизированным дирижаблям новые функциональные возможности и повысить качество отработки задач взлета и посадки при неопределенных метеоусловиях, снизить стоимость разработки автопилота.

Апробация работы. Основные результаты исследований по теме диссертации докладывались на VIII Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов «Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления», г. Таганрог, 2006 г.; V Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и современные информационные технологии», г. Томск, 2007 г.; научно-практическом семинаре «Технологии QNX – достижения и тенденции», г. Санкт-Петербург, 2009 г.; II молодежной школе-семинаре «Управление и обработка информации в технических системах», п. Домбай, 2010 г.; VI Всероссийской научно-практической конференции «Перспективные системы и задачи управления», г. Таганрог, 2011 г.;

ежегодной конференции профессорско-преподавательского состава и аспирантов ТТИ ЮФУ, г. Таганрог, 2011.

Высокий уровень разработок по теме диссертации отмечен именной стипендией Главы Администрации (Губернатора) Ростовской области в 2007 г. за особые способности в учебной и научной деятельности, почетной грамотой Министерства промышленности и науки Московской области за разработку «Автономный мобильный робот на базе дирижабля», представленную на авиасалоне «МАКС-2007», дипломом компании SWD Software за презентацию проекта на научно-практическом семинаре «Технологии QNX – достижения и тенденции» в г. Санкт-Петербург, 2009.

Реализация и внедрение результатов работы. Теоретические и практические результаты, полученные в рамках данной работы, использованы при выполнении НИР «Разработка экспериментального образца интегрированной системы управления роботизированным воздухоплавательным комплексом на базе дирижабля» (шифр «Автокорд-Т», №ГР 01200701664), 2006 – 2008 гг., НИР «Исследование возможностей создания системы управления беспилотного стратосферного дирижабля длительного барражирования для решения информационных задач» (шифр «Аэронавт-ТГ», №ГР 01200706984), 2007 – 2009 гг., выполненных по заказу Министерства обороны РФ.

Личный вклад автора. Все научные результаты диссертации, выдвигаемые для защиты, получены автором лично.

Публикации. Основные результаты исследований по теме диссертации изложены в 7 печатных работах, в том числе 1 монография (в соавторстве), 3 статьи в ведущих научных изданиях, рекомендованных ВАК для публикации результатов работ по диссертациям на соискание ученой степени кандидата технических наук, 4 доклада в материалах Всероссийских и международных конференций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 109 наименований, содержания и 1 приложения. Основная часть работы составляет 150 страниц и включает в себя рисунка и 1 таблицу.

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, определены цель и задачи исследований, выделены основные положения работы, имеющие новизну и практическую значимость.

В первой главе произведен обзор дирижаблей как объектов управления и сформулирована задача построения автопилота взлета и посадки: дана оценка современного состояния и перспектив дирижаблестроения, представлена математическая модель дирижабля, выражения для сил и моментов, действующих на дирижабль, в том числе для управляющих сил и моментов, рассмотрены режимы полета дирижаблей, сконцентрировано внимание на режимах взлета и посадки.

Предложено при формировании математической модели дирижабля за основу взять математическую модель твердого тела, движущегося в пространстве.

Система уравнений, описывающая кинематику и динамику дирижабля и динамику приводов, представлена в следующем матричном виде:

где X – вектор внутренних координат (проекций на связанные оси векторов линейной и угловой скоростей); М – матрица массо-инерционных параметров, элементами которой являются масса, моменты инерции, присоединенные массы дирижабля; Fu(X, Y,, l) – вектор управляющих сил и моментов, здесь l – вектор конструктивных параметров; Fd(X, Y, l) – вектор нелинейных элементов динамики дирижабля; Fv – вектор измеряемых и неизмеряемых внешних возмущений;

– вектор управляемых координат (углы поворотов движителей, положения рычагов управления тягой двигателя и т.п.); Kу – матрица коэффициентов управления;

U – вектор управляющих воздействий; Y = (P, )T –вектор положения P и ориентации (выходных координат) связанной системы координат относительно базовой; (, X) – вектор кинематических связей; P(, X) и (, X) – вектора соответственно линейных и угловых скоростей связанной системы координат относительно базовой.

Отмечено, что модели динамики дирижабля вида (1), (2) и (3) представляют собой многосвязные системы нелинейных дифференциальных уравнений.

В главе рассмотрены внешние силы (аэростатические, аэродинамические, сила тяжести), действующие на дирижабль, и их моменты. Для выражения проекций векторов сил, входящих в правые части уравнений (1), используется формализм однородных преобразований.

В главе дана классификация схем расположения органов управления дирижаблей. Подробно рассматривается наиболее распространенная в современных дирижаблях пилонная схема. Каналами управления в данной схеме являются:

- тяги левого и правого движителей;

- углы поворота левого и правого движителя в вертикальной плоскости.

Пилонная схема не позволяет непосредственно компенсировать боковые возмущения (например, боковые порывы ветра). Автором отмечена необходимость применение соответствующих алгоритмов для изменения ориентации дирижабля в соответствии с целью движения и возмущающими воздействиями, ввиду отсутствия боковой управляющей силы.

В главе выделены следующие режимы полета роботизированного дирижабля: отчаливание и взлет, движение вдоль заданной траектории, зависание в заданной области, посадка и причаливание.

Сформулирована следующая задача взлета: организация движения дирижабля вдоль заданной траектории с заданной скоростью с подавлением внешних и параметрических возмущающих воздействий. Сформулирована следующая задача посадки: организация движения дирижабля в заданную точку посадки с нулевой конечной скоростью, с подавлением внешних и параметрических возмущающих воздействий.

Отмечено что при решении задач взлета и посадки, как правило, возможно использование только движителей в качестве управляющих элементов. Аэродинамические рули в данном случае неэффективны из-за низких скоростей полета и могут использоваться только для пассивной компенсации порывов ветра.

Вторая глава посвящена разработке метода проектирования автопилота взлета и посадки роботизированного дирижабля.

Автопилот взлета. В главе проведены обоснование и выбор базового метода конструирования систем управления подвижных объектов. В соответствии с методом аналитического синтеза нелинейных позиционно-траекторных систем управления подвижными объектами, постановка задачи взлета составляет содержание задачи траекторного управления. Рассматривалась полная математическая модель дирижабля (6 степеней свободы), размерность пространства функционирования – 3.

Траекторное многообразие предложено формировать в виде:

где N(P, t) – требования к траектории в виде квадратичных форм внешних координат, (P,, t) – вектор, задающий требования к углам ориентации дирижабля, Aij – коэффициенты, определяющие вид траектории.

Вектор, составляющий требования к углам ориентации дирижабля, предложено задавать следующим образом:

где, и – компоненты вектора, задающие требования к углам курса, тангажа и крена соответственно.

Автором отмечено, что в силу специфики движения дирижабля, задание желаемой траектории (многообразие N) уже накладывает требования и на его углы ориентации (в особенности на курс), т.к. дирижабль, как правило, движется в продольном направлении.

Таким образом, сделан вывод о необходимости согласования дополнительных требований к углам ориентации с требованиями к траектории, либо их исключения. При рассмотрении варианта задания желаемого курса по касательной к траектории для согласования требований к траектории и курсу дирижабля показано, что для компенсации возникшей боковой скорости или бокового возмущения дирижабль должен повернуться по курсу по направлению, отличному от касательного к траектории (техника с упреждением по курсу).

Таким образом, для связи ориентации дирижабля с требованием к траектории, т.е. поступательного и вращательного движений, автором предложено задавать желаемое движение некоторой точки дирижабля, смещенной относительно центра масс на расстояние xu в продольном направлении. Для этой точки возможно управление в поперечном направлении за счет поворота дирижабля по курсу. При этом матрица массо-инерционных параметров из (1) будет иметь вид:

где m – масса дирижабля, Jx, Jy, Jz, Jxy – моменты инерции, – матрица присоединенных масс. Такой способ задания матрицы M реализует технику компенсации бокового возмущения с упреждением по курсу.

В условиях изложенных выше особенностей представляется целесообразным не задавать дополнительное требование к курсу, т.е. =0. Требования к тангажу и крену могут также не предъявляться, либо, если дирижабль обладает достаточными исполнительными механизмами, задаваться в виде:

где, – текущие углы тангажа и крена, *, * – желаемые углы тангажа и крена.

Как правило, * и * должны быть заданы нулевыми.

Таким образом, траекторное многообразие tr представлено в виде:

Скоростное многообразие имеет вид:

Требования к установившемуся режиму движения дирижабля при взлете в пространстве R6x6 базовых координат Y и скоростей, может быть представлено в виде вектор–функции базовых координат и углов ориентации, а также их производных, вида:

где – блочная диагональная матрица коэффициентов, определяющих характер движения дирижабля относительно траекторного многообразия tr и характер переходных процессов по углам ориентации дирижабля.

Применяя процедуру синтеза закона позиционно-траекторного управления с учетом (5), получим следующий алгоритм автопилота взлета:

где K, G1, G2 – функциональные матрицы соответствующей размерности, получаемые из условия устойчивости решений уравнения, задающего желаемый характер движения замкнутой системы, – (6x6)-матрица задаваемых коэффициентов настройки.

Автопилот посадки. Задача посадки может быть сформулирована как движение в точку посадки вдоль заданной траектории. При этом скорость в конечной точке должна быть нулевой. Траектория посадки – прямая, проходящая через текущее положение дирижабля и точку посадки либо более сложная кривая.

Такая постановка задачи подпадает под определение позиционнотраекторной. Требования к траектории N будут иметь вид:

где Aij – коэффициенты, определяющие вид траектории.

Первые 2 элемента вектора tr будут задавать желаемую траекторию движения, а 3-й элемент – одну из координат точки позиционирования.

Скоростное многообразие будет иметь вид ск = +. Задание вектора, составляющего требования к углам ориентации дирижабля и матрицы массоинерционных параметров, а также выражение закона управления аналогичны выражениям для автопилота взлета ( в алгоритме управления (6) – нулевой вектор).

Предложенный способ формирования требований к траектории дирижабля в режимах взлета и посадки обеспечивает компенсацию бокового ветра и позволяет увеличить точность выполнения задач взлета и посадки.

Оценка внешних сил и моментов. Отмечено, что даже с применением датчика ветра прямое измерение сил и моментов, действующих на дирижабль, затруднено, поэтому основным инструментом в данной ситуации становятся алгоритмы оценивания. Поэтому для оценивания неизмеряемых внешних возмущений предложено использовать процедуру построения редуцированных наблюдателей Луенбергера вида:

где L – диагональная матрица с постоянными положительными коэффициентами, обеспечивающая асимптотическую устойчивость процесса оценивания, F – аналитическая оценка внешних сил, – оценка неизмеряемых внешних сил, – вспомогательная переменная.

Полученные оценки неизмеряемых внешних сил используются для формирования вектора в (6).

Использование наблюдателя в структуре автопилота взлета и посадки позволяет увеличить точность выполнения этих задач в условиях ветровых возмущений.

Визуальная навигация. Показано, что особенностью управления дирижаблем на этапе причаливания является необходимость относительного позиционирования дирижабля и мачты (в отличие от глобальной навигации на этапе движения в область посадки). Предложено для локального позиционирования использовать визуальную навигацию по маркерам.

Для ее организации предлагается установить на дирижабле видеокамеру, а область посадки и причальную мачту снабдить визуальными метками (маркерами). Метка представляет собой черный квадрат с некоторым изображением (кодом) внутри, как показано на рис. 1.

Рис. 1. Расположение меток Рис. 2. Алгоритм визуальной локальной навигации Алгоритмы поиска метки на изображении и определения относительной ориентации и положения видеокамеры и метки хорошо проработаны и получили распространение в системах дополненной реальности. Предложено расширить область навигации использованием нескольких меток различного масштаба с известным расположением в пространстве. Рассмотрены схема расположения меток и алгоритм визуальной навигации, представленные на рис. 1 и 2.

Использование визуальной навигации позволило увеличить точность позиционирования в 3-5 раз по сравнению с доступными глобальными системами навигации.

Структурная схема автопилота взлета и посадки. На рис. 3 представлена разработанная структурная схема автопилота взлета и посадки роботизированного дирижабля, включающая блоки, реализующие описанные выше закон управления, адаптацию закона управления к внешним возмущениям, локальную визуальную навигацию, а также необходимые датчики и навигационные устройства, позволяющая обеспечить унификацию автопилота для дирижаблей различных конструкций.

В структурную схему автопилота входят:

- регулятор, который обеспечивает движение дирижабля в область заданной точки посадки либо вдоль траектории взлета с точностью порядка точности навигационной системы;

- модуль визуальной навигации, который обеспечивает более точное относительное позиционирование дирижабля и причальной мачты по визуальной метке;

- блок оценки внешних сил, который выполняет функции расчета и оценивания внешних сил.

точки посадки Кординаты Рис. 3. Структурная схема автопилота взлета и посадки роботизированного Интерфейс пользователя Модуль построения графиков комплекса моделирования движений - модуль исходных данных;

- модуль численного моделирования;

- модуль результатов моделирования;

- графический интерфейс пользователя, в т.ч. средства настройки эксперимента, модуль трехмерной визуализации, модуль графиков;

- модуль анализа результатов эксперимента.

Назначением модуля исходных данных является группировка в единых структурах всех настроек эксперимента и параметров дирижабля в виде конфигурационного файла в формате XML.

После определения настроек данные передаются в модуль численного моделирования, где выполняется цикл моделирования, в котором участвуют модель системы управления, модель дирижабля и модель среды.

Имитационная модель дирижабля включает в себя средства численного интегрирования уравнений кинематики (3) и динамики (1), функции расчета сил Рис. 5. Пример окна трехмерной визуализации движения дирижабля описывающих дирижабль на каждом шаге моделирования. В него входят линейные и угловые координаты, линейные и угловые скорости и ускорения, управляющие воздействия, состояния системы управления, параметры внешней среды и др. Эти данные передаются в модуль результатов моделирования.

По результатам эксперимента выполняется построение графиков изменения интересующих разработчика параметров. Для наглядного представления полетных данных и их изменения используется модуль трехмерной визуализации движения, функцией которого является построение модели движения с использованием средств виртуальной реальности по результатам, либо непосредственно в ходе моделирования, как показано на рис. 5.

На рисунках 6 – 9 представлены результаты моделирования движения дирижабля с автопилотом посадки. Моделировалось движение дирижабля, описываемого математической моделью (1) – (3), замкнутого законом управления (6) с применением наблюдателя (7). Дирижабль начинает движение из точки (30, 25, 35) м с начальной скоростью Vx = 3 м/с. Задана точка посадки в начале координат.

при движении без внешних Рисунок 8 — Ориентация дирижабля на траектории при ветре вдоль оси z:

а – курс задается по направлению к точке посадки, б – техника упреждения по На рисунках 6 и 7 показаны траектория и скорость дирижабля при движении без внешних возмущений с применением описанного закона управления (6) с формированием матрицы M, как записано в (4).

На рисунках 8а и 8б показана ориентация дирижабля на траектории (вид сверху) в условиях ветровых воздействий при сравнении двух способов задания желаемого курса: по направлению к точке посадки (в ) и с техникой упреждения по курсу за счет модификации матрицы M, как показано в (4). На основе данных результатов моделирования можно сделать вывод о повышении точности отработки траектории посадки с применением предложенного закона управления автопилота.

Символическое изображение дирижабля построено через равные промежутки времени, т.е. чем чаще эти изображения, тем меньше скорость на данном участке траектории.

Рисунки 9а и 9б демонстрируют эффективность применения наблюдателя для повышения точности выполнения посадки. На рисунках 9а и 9б показаны ориентация дирижабля на траектории посадки при ветре вдоль оси x без и с применением наблюдателя соответственно. Применение наблюдателя позволило увеличить точность посадки.

Рисунок 9 — Ориентация дирижабля на траектории посадки при ветре вдоль оси z:

а – без применения наблюдателя, б – с применением наблюдателя Приведенные результаты моделирования подтверждают эффективность предложенных законов управления и алгоритмов адаптации к внешним возмущениям.

Четвртая глава посвящена программно-аппаратной реализации автопилота взлета и посадки.

Разработанная функциональная схема автопилота взлета и посадки дирижабля представлена на рис. 10.

и направления Сенсорная подсист ема Борт овая сист ема управления На физическом уровне автопилот состоит из следующих блоков: блок вычислительной электроники (БВЭ); блок силовой электроники (БСЭ); телекамера с поворотным устройством; блок датчиков среды; датчик скорости и направления ветра; малогабаритная интегрированная навигационная система (МИНС);

датчики скоростей вращения винтов.

БВЭ представляет собой ряд устройств выполненных в формате PC/104 и объединенных в едином виброзащищенном корпусе. Основным вычислительным элементом автопилота является процессорная плата. На процессорной плате выполняется специальное программное обеспечение, которое обеспечивает все основные алгоритмы обмена данными и выработки управляющих воздействий.

Для обмена данными с датчиками, а также с БСЭ используется коммуникационная плата. Плата ввода/вывода (плата В/В) служит для управления воздушно-газовой системы (ВГС) дирижабля. Спутниковая навигационная система (СНС) получает данные о местоположении дирижабля при помощи глобальных навигационных систем NAVSTAR и ГЛОНАСС, отправляет их на МИНС, которая осуществляет их обработку, комплексирование с показаниями инерциальных датчиков и передачу на процессорную плату.

Плата видеозахвата совместно с телекамерой с поворотным устройством образует систему технического зрения. Видеосигнал передается плату видеозахвата, которая вращения). Внешний вид аппаратной реализации автопилота в составе бортовой систеРис. 11. Аппаратная реализация мы управления представлен на рисунке 11.

автопилота в составе бортовой В заключении работы сформулировасистемы управления ны основные научные и практические результаты, полученные в диссертационной работе.

В приложении представлен листинг программы моделирования движения дирижабля, замкнутого адаптивным законом управления.

Основной научный результат диссертации заключается в решении актуальной научной задачи, имеющей важное практическое значение: разработки методов проектирования автопилотов взлета и посадки роботизированных дирижаблей с использованием адаптивного к возмущающим воздействиям управления, обеспечивающих расширение функциональных возможностей роботизированного дирижабля и повышение точности отработки траекторий взлета и посадки при неопределенных метеоусловиях, а также их исследования методами математического и компьютерного моделирования.

При проведении исследований и разработок по теме настоящей работы получены следующие результаты, обладающие научной новизной:

- разработан метод проектирования автопилота взлета и посадки роботизированного дирижабля, отличающийся использованием адаптивного к внешним возмущениям закона управления, учетом нелинейности и многосвязности математической модели дирижабля, что позволяет повысить точность отработки траекторий взлета и посадки роботом-дирижаблем;

- разработана методика проектирования компьютерного комплекса моделирования движений роботизированного дирижабля, отличающаяся модульностью и расширяемостью, а также использованием возможностей современных программных средств, позволяющая создавать комплексы моделирования для исследования автопилота взлета и посадки роботизированного дирижабля средствами имитационного моделирования на этапе проектирования и сокращать сроки его разработки;

- разработан способ повышения точности функционирования роботизированного дирижабля в режимах взлета и посадки, отличающийся комплексированием локальной визуальной навигации по меткам и адаптивного закона управления;

- разработан способ формирования требований к траектории дирижабля для изменения ориентации дирижабля в соответствии с целью движения и возмущающими воздействиями, реализующий технику упреждения по курсу. Разработанный способ позволил увеличить точность отработки траекторий взлета и посадки;

- показано, что включение в структуру автопилота наблюдателей возмущений позволяет увеличить точность отработки траекторий взлета и посадки в условиях ветровых воздействий;

- разработаны структурная схема, функциональная схема и архитектура программного обеспечения автопилота взлета и посадки, позволяющие обеспечить унификацию автопилота для дирижаблей различных конструкций.

Таким образом, все задачи диссертационного исследования решены в полном объеме.

Основное содержание диссертации отражено в следующих публикациях.

Федоренко, Р.В. Управление воздухоплавательными комплексами:

теория и технологии проектирования [Текст] / В.Х. Пшихопов, М.Ю. Медведев, Р.В. Федоренко и др.– М.: ФИЗМАТЛИТ, 2010. – 394 с.

Публикации в журналах, рекомендованных ВАК для публикации результатов работ по диссертациям на соискание ученой степени кандидата технических наук:

Федоренко, Р.В. Алгоритмы автопилота посадки роботизированного дирижабля [Электронный ресурс] // Р.В. Федоренко.– Электронный научноинновационный журнал Инженерный вестник Дона.– 2011.– №1.– http://ivdon.ru/uploaddir/articles.371.big_image.doc Федоренко, Р.В. Комплекс моделирования движений подвижных объектов на базе воздухоплавательных и подводных аппаратов [Текст] // Р.В. Федоренко, Б.В. Гуренко.– Известия ЮФУ. Технические науки № 3 (116).– Таганрог:

Изд-во ТТИ ЮФУ, 2011.– с. 180- Федоренко, Р.В. Система управления автономным колесным роботом Скиф-3 для априори неформализованных сред [Текст] // А.С. Али, Р.В. Федоренко, В.А. Крухмалев.– Известия ЮФУ. Технические науки. Тематический выпуск «Перспективные системы и задачи управления».– №3(104).– Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2010.– C.132– Доклады в материалах конференций:

Федоренко, Р.В. Структурно-алгоритмическая организация системы управления БПЛА на базе мини-вертолета [Текст] // А.Е. Кульченко, Р.В. Федоренко.– Перспективные системы и задачи управления: материалы Пятой Всероссийской научно-практической конференции. – Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2010.– С. 135- Федоренко, Р.В. Программная реализация алгоритмов управления мобильным роботом в системе реального времени [Текст] // Р.В. Федоренко.– Тезисы докладов VIII Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов «Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления».– Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2006.– C. 198 – Федоренко, Р.В. Программная реализация алгоритмов управления мобильным роботом «Скиф» в операционной системе реального времени QNX [Текст] // Р.В. Федоренко, В.Х. Пшихопов.– Молодежь и современные информационные технологии. Сборник трудов V Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. – Томск: Изд-во ТПУ, 2007. C.455 – Вклад автора в работы, выполненные в соавторстве: в работе [1] составлена глава 1 «Обзор и классификация современных дирижаблей», подготовлен обзор методов проектирования систем управления дирижаблей в главе 3, разработана структура комплекса моделирования движений дирижабля и предложены варианты реализации модулей численного моделирования, визуализации и интерфейса пользователя в главе 6, в работе [3] предложена структура комплекса моделирования движений дирижабля и программные средства для его реализации, в работе [5] разработана структура программного обеспечения бортового вычислительного блока, структура программного комплекса моделирования системы управления, в работах [4, 7] разработана структурная схема системы управления и архитектура программного обеспечения для реализации бортовой системы управления.



 
Похожие работы:

«ЧЕРЕПАНОВ АНАТОЛИЙ ПЕТРОВИЧ МЕТОД ПРОГНОЗИРОВАНИЯ РЕСУРСА СОСУДОВ И АППАРАТОВ ПО КОРРОЗИОННОМУ ИЗНОСУ, СТЕПЕНИ ОПАСНОСТИ И ОБЪЕМАМ ТЕХНИЧЕСКОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ Специальность: 05.02.13 – Машины, агрегаты и процессы (по отраслям) Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Ангарск - 2013 2 Работа выполнена в Научно-диагностическом центре Открытого акционерного общества Ангарская нефтехимическая компания ОАО НКОСНЕФТЬ. Научный консультант :...»

«Тощаков Александр Михайлович ИССЛЕДОВАНИЕ ГАЗОДИНАМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМЫ МЕЖТУРБИННОГО ПЕРЕХОДНОГО КАНАЛА И ДИАГОНАЛЬНОГО СОПЛОВОГО АППАРАТА ПЕРВОЙ СТУПЕНИ ТУРБИНЫ НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ Специальность 05.07.05 – Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Рыбинск – 2014 2 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего...»

«ГРИНЕВ ДМИТРИЙ ВЛАДИМИРОВИЧ СИНТЕЗ И КИНЕМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ РЫЧАЖНОКУЛАЧКОВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ДВИЖЕНИЯ ДЛЯ РОТОРНОЛОПАСТНОГО ДВИГАТЕЛЯ С ВНЕШНИМ ПОДВОДОМ ТЕПЛОТЫ Специальность 05.02.18 – Теория механизмов и машин Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук Санкт-Петербург – 2009 Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Псковский государственный политехнический институт. Научный...»

«КОВАЛЕВ АЛЕКСЕЙ ЮРЬЕВИЧ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ УРАВНОВЕШЕННОСТИ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ РОТОРОВ С МАГНИТНЫМИ ПОДШИПНИКАМИ НА ОСНОВЕ КОМПЕНСАЦИОННОГО МЕТОДА СБОРКИ Специальность 05.02.08 – Технология машиностроения АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Рыбинск – 2013 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Пермский национальный исследовательский...»

«Барабанов Андрей Борисович ПОВЫШЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ОБРАБОТКИ НА ОСНОВЕ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ КОНЦЕВЫХ ФРЕЗ СПОСОБОМ ТЕРМИЧЕСКИХ ДЕФОРМАЦИЙ Специальность 05.03.01. Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва 2009 Работа выполнена на кафедре Высокоэффективные технологии обработки Государственного образовательного...»

«Булат Андрей Владимирович ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ СКВАЖИННОГО НАСОСНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ЗА СЧЕТ ПРИМЕНЕНИЯ СЕПАРАТОРОВ МЕХАНИЧЕСКИХ ПРИМЕСЕЙ Специальность 05.02.13 - Машины, агрегаты и процессы (нефтяная и газовая промышленность) Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва, 2013 2 Работа выполнена в ФГБОУ ВПО Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина Научный руководитель : доктор технических наук,...»

«Лясникова Александра Владимировна ОБОСНОВАНИЕ И РЕАЛИЗАЦИЯ КОМБИНИРОВАННОЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ТИТАНОВЫХ ДЕТАЛЕЙ В УЛЬТРАЗВУКОВОМ ПОЛЕ С УЧЕТОМ ЭЛЕКТРОПЛАЗМЕННОГО НАПЫЛЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ Специальности: 05.03.01 - Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки 05.09.10 - Электротехнология АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Саратов Работа выполнена в ГОУ ВПО Саратовский...»

«КОРОБОВА Наталья Васильевна НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ И РЕАЛИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ВЫСОКОПЛОТНЫХ ЗАГОТОВОК ИЗ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОРОШКОВ ОБРАБОТКОЙ ДАВЛЕНИЕМ НА ПРЕССАХ Специальность 05.03.05 - Технологии и машины обработки давлением АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Москва – 2009 Работа выполнена в Московском государственном техническом университете имени Н.Э.Баумана. Официальные оппоненты : д. т. н., проф. Смирнов...»

«УДК 621.787.4 АНТОНОВА ЕЛЕНА НИКОЛАЕВНА ПРОГНОЗИРОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ШЕРОХОВАТОСТИ И ФОРМЫ МИКРОРЕЛЬЕФА ПОВЕРХНОСТИ ПРИ УПРОЧНЯЮЩЕЙ ПНЕВМОЦЕНТРОБЕЖНОЙ ОБРАБОТКЕ ОТВЕРСТИЙ Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук по...»

«УДК 621.81 АБОРКИН Артемий Витальевич ИССЛЕДОВАНИЕ И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ДЕТАЛЕЙ МАШИН СО СВАРНЫМИ СОЕДИНЕНИЯМИ Специальность 05.02.02 – Машиноведение, системы приводов и детали машин АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Владимир 2010 Работа выполнена на кафедре Технология машиностроения ГОУ ВПО Владимирский государственный университет им. А.Г. и Н.Г. Столетовых Научный руководитель – доктор технических наук, профессор...»

«ФАРХАТДИНОВ ИЛЬДАР ГАЛИМХАНОВИЧ ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ И КАЧЕСТВА УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ МОБИЛЬНЫХ РОБОТОВ НА ОСНОВЕ ПОЗИЦИОННО-СИЛОВЫХ АЛГОРИТМОВ ДЛЯ КАНАЛА ОБРАТНОЙ СВЯЗИ СИСТЕМ ДВУСТОРОННЕГО ДЕЙСТВИЯ Специальность: 05.02.05 - Роботы, мехатроника и робототехнические системы АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата наук Москва 2011 Работа выполнена в ФГБОУ ВПО Московский государственный технологический университет СТАНКИН. Научный руководитель д.т.н.,...»

«ХО ВЬЕТ ХЫНГ ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ТЕПЛООБМЕНА ПРИ КИПЕНИИ ХЛАДАГЕНТА R410A И ЕГО СМЕСИ С МАСЛОМ НА ТРУБАХ С РАЗВИТОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ В ИСПАРИТЕЛЯХ СУДОВЫХ ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН Специальность 05.08.05 - Судовые энергетические установки и их элементы (главные и вспомогательные) Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук Астрахань - 2013 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального...»

«ЧИСТЯКОВ Анатолий Юрьевич РОБОТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ С МЕХАНИЗМАМИ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ НА ОСНОВЕ ПОДВЕСНЫХ ПЛАТФОРМ Специальность 05.02.05 – Роботы, мехатроника и робототехнические системы Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург 2006 Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Иркутский государственный университет путей сообщения Научный руководитель : кандидат...»

«Ащеулов Александр Витальевич Методология проектирования гидравлических подъемных механизмов разводных мостов Специальности: 05.05.04 – Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины 05.02.02 – Машиноведение, системы приводов и детали машин Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Санкт-Петербург – 2007 г. Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургский...»

«МИХАЙЛОВСКИЙ СЕРГЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ МЕТОД ОЦЕНКИ НАДЕЖНОСТИ, ЖИВУЧЕСТИ И ТЕХНИЧЕСКОГО РИСКА ПРОИЗВОДСТВА СЕРНОЙ КИСЛОТЫ Специальность 05.02.13 – Машины, агрегаты и процессы (химическая промышленность) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2011 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Московский государственный университет инженерной экологии (ФГБОУ...»

«ШИШМАРЕВ КИРИЛЛ СЕРГЕЕВИЧ ОЦЕНКА ТОЧНОСТИ ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ШРИФТОВОЙ ИНФОРМАЦИИ В ВЫВОДНЫХ УСТРОЙСТВАХ ПОЛИГРАФИИ Специальность 05.02.13 – Машины, агрегаты и процессы (печатные средства информации) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва - 2013 2 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Московский государственный университет печати имени Ивана...»

«Колеснев Дмитрий Петрович Тепловые, газодинамические и механические процессы в ступенях поршневых машин Специальность 05.04.03 – Машины и аппараты, процессы холодильной и криогенной техники, систем кондиционирования и жизнеобеспечения АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург 2014 2 Работа выполнена в федеральном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургский национальный...»

«Гаврилов Илья Юрьевич ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛИЯНИЯ НАЧАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ ПАРА НА ВОЛНОВУЮ СТРУКТУРУ И ПАРАМЕТРЫ ДВУХФАЗНОГО ПОТОКА В СОПЛОВОЙ ТУРБИННОЙ РЕШЕТКЕ Специальность 05.04.12 – Турбомашины и комбинированные турбоустановки АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2014 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Национальный исследовательский университет...»

«Рожкова Елена Александровна ТЕОРИЯ И МЕТОДЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОФИЛЬНЫХ НЕПОДВИЖНЫХ НЕРАЗБОРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ С РАВНООСНЫМ КОНТУРОМ С НАТЯГОМ Специальность 05.02.02 – Машиноведение, системы приводов и детали машин АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Чита – 2014 2 Работа выполнена в Забайкальском институте железнодорожного транспорта филиале федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального...»

«БОЧКОВ Владимир Сергеевич ПОВЫШЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ НАКЛЕПОМ ФУТЕРОВОК ШАРОВЫХ МЕЛЬНИЦ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ИХ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ Специальность 05.05.06 – Горные машины Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург – 2014 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Национальный минерально-сырьевой университет Горный Научный руководитель – доктор...»






 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.