Моделирование работы малогабаритной системы стабилизации с увеличенными углами наведения, установленной на борту беспилотного летательного аппарата

УДК 629.591 В.С. ЗАХАРИКОВ Моделирование работы малогабаритной системы стабилизации с увеличенными углами наведения, установленной на борту беспилотного летательного аппарата Pointing errors of small-sized system of stabilization with an increasing angles guidance installed on board unmanned aerial vehicles Рассмотрена система стабилизации и наведения, обеспечивающая расширенный диапазон углов горизонтального и вертикального наведения. В результате моделирования работы системы определены погрешности системы стабилизации и наведения линии визирования, установленной на борту беспилотного летательного аппарата. Ключевые слова: система стабилизации; погрешности наведения; углы наведения. System stabilization and guidance providing extended range of horizon and vertical angles guidance was considered in this article. Errors of system stabilization and guidance of line of sight installing on board unmanned aerial vehicles was considered as a result modeling work system. Keywords: system stabilization, pointing errors, pointing angle. В настоящее время при поиске и сопровождении различных целей широкое применение получили беспилотные летательные аппараты (БПЛА). БПЛА характеризуются малыми габаритами и массой, и, как следствие, высокой маневренностью. Для максимального использования разрешающей способности оптико-электронных систем БПЛА применяются системы стабилизации и наведения линии визирования (ССиН ЛВ) [8]. Малые габариты БПЛА требуют применения легких и малогабаритных ССиН ЛВ. Высокая маневренность носителя и отслеживаемых целей требуют увеличения углов наведения ССиН ЛВ. Обзор работ [1], посвященных ССиН, показал, что практически все существующие в настоящее время ССиН ЛВ построены на основе двухосного карданова подвеса. Недостатком такого исполнения является то, что при угле вертикального наведения близком к 90 градусам проявляется эффект «складывания рамок», и, как следствие, не обеспечивается стабилизация и слежение за целью [2-6]. Ввиду отмеченного недостатка, в работе [7] предложена кинематическая схема ССиН ЛВ (рис.1), обеспечивающая углы наведения по высоте ±123º, по азимуту ±180º. Анализ кинематических уравнений связей (1), рассматриваемой ССиН показал, что для обеспечения устойчивого движения при любых углах горизонтального и вертикального наведения необходимо выполнение дополнительного кинематического соотношения: (1) где – угол поворота внутренней рамки;(рад) – угол поворота зеркала; (рад) – угол поворота наружной рамки; проекции векторов угловой скорости на связанные с ними оси обозначены, соответственно, , , (рад/с) (при этом i=0 - для основания; i=1 - для наружной рамки; i = 2 - для внутренней рамки; i=3 – для зеркала); , (рад/с) - проекции угловой скорости цели на оси системы координат, связанной с направлением на цель; , , (рад/с) - относительные угловые скорости подвижного зеркала, внутренней рамки и наружной рамки, соответственно; Рисунок 1 – Принципиальная кинематическая схема ССиН: 1, 5, 11 – блоки управления исполнительными двигателями; 2, 8, 14 - исполнительные двигатели; 3 - внутренняя рамка; 4, 13, 18, 20 - датчики угловой скорости (ДУС); 6 - блок вычисления погрешностей стабилизации линии визирования: α – погрешность по азимуту; β – погрешность по углу места; 7, 21 - датчики угла; 9 – наружная рамка; 10 – основание; 12 – фотоприемное устройство с объективом; 15, 16, 17 – зеркала, жестко связанные с наружной рамкой; 19 – подвижное зеркало; - система координат, связанная с подвижным основанием Из первого уравнения выражения (1) следует, что для того, чтобы при угловая скорость не стремилась к бесконечности, необходимо выполнение условия: . (2) Таким образом, движение ЛВ по двум осям при больших углах вертикального наведения обеспечивается дополнительной осью вращения. При постоянном выполнении условия (2) угол может неограниченно нарастать (например, при наличии постоянной угловой скорости наведения по азимуту ). Из второго уравнения системы (1) видно, что угол поворота подвижного зеркала 19 ограничен и не должен выходить за пределы . Кроме того, угол ограничен конструкцией ССиН. Поэтому управление необходимо строить таким образом, чтобы условие (2) выполнялось только при , т.е. при угле, при котором оси вращения наружной рамки и зеркала совпадают. При угол должен стремиться к нулю (в принятой системе координат). С учетом данных требований изменим условие (2) и потребуем выполнения следующего кинематического соотношения: , (3) где - коэффициент, задающий отношение между максимальным углом и максимальной угловой скоростью ; коэффициент определяет «жесткость» электрической пружины на оси вращения зеркала 19, которая образуется двигателем 2, коэффициентом обратной связи и ДУ 21 (рис.1). Для того, чтобы движение ССиН ЛВ соответствовало кинематическим уравнениям связей (1) и (3), необходимо сформировать соответствующие управляющие воздействия для исполнительных двигателей ССиН ЛВ (4). (4) где и являются погрешностями наведения ССиН по каналам азимута и угла места, соответственно; , , (В) – задающие воздействия для соответствующих двигателей; , , () – коэффициенты передачи контуров обратной связи соответствующих двигателей по сигналу ошибки стабилизации; () – коэффициент, задающий отношение между максимальным углом и максимальной угловой скоростью ; , – коэффициенты передачи по внешним сигналам управления, пропорциональным соответствующим угловым скоростям наведения. В соответствии с описанным в работе [2] принципом работы ССиН и представленными выше уравнениями построена функциональная схема ССиН (рис.2). Как известно, точность стабилизации и наведения во многом зависит от выбора датчиков угловой скорости (ДУС). При построении малогабаритной ССиН ЛВ важными параметрами являются масса и габариты самого ДУС и точность измерений скоростей. Поэтому при исследовании системы учтены математические модели волоконно-оптического (ВОГ, ВГ941AS фирмы «Физоптика», масса 25 г, габариты 24х50 мм) и микромеханического гироскопов (ММГ, ADXRS620 фирмы Analog Devices, масса меньше 0,5 г). Для оценки погрешностей стабилизации и наведения в программе Matlab проведено моделирование работы системы. Моделирование проведено при параметрах качки основания, приведенных в табл.1 [8]. Рисунок 2 – Функциональная схема работы ССиН ЛВ Таблица 1 - Параметры качки основания ССиН ЛВ, установленной на борту БПЛА Ось системы координат Параметр Амплитуда угловой скорости качки основания, , рад/c 1 0,9 0,5 Частота качки основания , Гц 1 0,5 1,5 Результаты моделирования погрешностей наведения приведены в таблице 2. Таблица 2 – Погрешности ССиН ЛВ, установленной на борту БПЛА Режим Погрешности стабилизации, угл.сек идеальный ДУС ВОГ ММГ α β α β α β Стабилизации 4,8 3 14,5 11 17 40 Наведения при постоянной скорости слежения за целью 5,2 4,2 16 70 16 78 Наведение при переменной скорости слежения за целью 5 4 13 22 14 50 Полученные значения погрешностей стабилизации и наведения являются амплитудными и получены без учета моментов сил сухого трения, дополнительных возмущений, влияющих на измерение угловых скоростей. Из результатов моделирования видно, что использование ММГ в рассматриваемой ССиН позволяет достичь точности стабилизации и наведения, приемлемой для БПЛА. Список литературы Захариков В.С. Системы стабилизации и наведения линии визирования, выпускаемые отечественной и зарубежной промышленностью / В.С. Захариков, В.А. Смирнов // Известия ТулГУ. Технические науки, г. Тула, 2011 г. - С.80-86. Автоматическая стабилизация оптического изображения / Д. Н. Еськов, Ю. П., Ларионов, В. А. Новиков и др. - Л.: Машиностроение, 1988. - 240 с. Бабаев А. А. Стабилизация оптических приборов / А.А. Бабаев - Л.: Машиностроение, 1975. - 190 с. Боднер В.А.Стабилизация летательных аппаратов и автопилоты / В.А. Боднер, М.С. Козлов. – М.: Оборонгиз, 1961 – 508 с. Пельпор Д.С. Гироскопические системы.ч.1./ Д.С. Пельпор – М.: Высшая школа, 1971. – 567 с. Рахтеенко Е.Р. Гироскопические системы ориентации / Е.Р. Рахтеенко – М.: Машиностроение, 1989. – 227 с. Захариков В.С. Система стабилизации и наведения линии визирования с увеличенными углами обзора / В.А, Смирнов, В.С. Захариков, В.В. Савельев // Гироскопия и навигация, № 4, г.Санкт-Петербург , 2011 г., С.4-11. Лебедев А.А. Динамика полета беспилотных летательных аппаратов/ А.А. Лебедев, Л.С. Чернобровкин – М.: Машиностроение, 1973 – 615 с. Бабаев А. А. Стабилизация оптических приборов / А.А. Бабаев - Л.: Машиностроение, 1975. - 190 с. Захариков Вячеслав Сергеевич, Тульский государственный университет, аспирант кафедры «Приборы и биотехнические системы» Е-mail: zaharikovvs@mail.ru

Похожие:

	Оао "Гирооптика", С. Петербург. Полунатурное моделирование функционирования бпла Исследуется полунатурная модель работы беспилотного летательного аппарата (бпла), построенная на основе математической модели пространственного...		Литература Вайсберг Григорий, Вайсберг Маргарита Москва сао №1223сош... Использование бпла (беспилотного летательного аппарата) для учета крупных копытных в дополнение к обычным способам учета в зимний...
	Патентам и товарным знакам (19) Такое выполнение летательного аппарата позволяет повысить его эксплуатационную эффективность и надежность. 4 з п ф-лы, 10 ил		Программа «Конструирование малогабаритной техники» является модификацией... Муниципальное образовательное учреждение дополнительного образования детей центр детского (юношеского) технического творчества
	Реферат Алаева В. С. Расчет и моделирование системы электросвязи.... Целью курсовой работы является расчёт и моделирование системы электросвязи в системе схемотехнического моделирования micro-cap 9		Оборудование космических кораблей Системы поддержания жизнедеятельности экипажа, в том числе системы терморегуляции, энергетические системы, системы рециркуляции воздуха,...
	К вашим услугам на борту Costa Fortuna Христофора Колумба или приобщиться к знанию в библиотеке Галилео Галилея. На борту лайнера первооткрыватели всегда найдут то, что...		Повышение точности технологических систем горизонтальных координатно-расточных... ...
	Разработка и исследование системы автоматического управления технологическим... Охватывает все возможные виды возмущений возникающие в процессе работы блока фильтров, однако позволяет дать качественную оценку...		Разработка алгоритмов поиска и обследования искусственных протяженных... Специальность: 05. 13. 18 – Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ
	Рабочая программа учебной дисциплины проектирование информационных... Целью дисциплины является: изучение методологии структурного анализа, моделирование информационных систем в стандарте idef, проектирование...		Комиссия по делам несовершеннолетних и защите их прав постановление «Детский дом №2» Окрушко Г. С. «Формирование системы мер по стабилизации преступности и общественно опасных деяний, совершаемых обучающимися...
	Рассмотрено утверждаю согласованно Особое внимание следует уделить школьному периоду возрасту, когда формируются основные системы жизнеобеспечения и их совершенствования,...		Решение О приоритетных направлениях работы по обеспечению пожарной безопасности в летний пожароопасный период 2014 года и выполнении мероприятий...
	Рабочая программа по курсу «Имитационное моделирование экономических... «Имитационное моделирование экономических процессов» составлена в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта...		Агентно-ориентированное моделирование поведения сложных систем в среде интернет Представлена реализация среды моделирования на основе системы моделирования дискретных событий, позволившая комплексировать агентно-ориентированное...