Релейно-линейное управление самонаведением летательного аппарата на маневрирующий объект при прогнозе его движения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.01, кандидат технических наук Чан Нгок Куи

• Чан Нгок Куи
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Чан Нгок Куи

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ДВИЖЕНИЯ

ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ И ПОНЯТИЕ СИСТЕМЫ САМОНАВЕДЕНИЯ.

1.1. Методы наведения летательных аппаратов.

1.2. Особеность самонаведения ЛА на маневрирующий объект.

1.3. Маневренные свойства летательных аппаратов.

1.4. Метод самонаведения.

1.4.Промах летательного аппарата.

Выводы по главе 1.

ГЛАВА 2. ВЛИЯНИЕ ПОМЕХ И МАНЕВРА ОБЪЕКТА НА СИСТЕМУ

САМОНАВЕДЕНИЯ.

2.1. Источники помех и их влияние на систему управления.

2.2. Закон распределения случайных величин.

2.4. Исследование устойчивости нелинейных систем при случайных воздействиях.

2.4.1. Явление автоколебаний следящей системы при наличии нелинейных элементов в предварительном усилителе.

2.4.2. Явление автоколебаний следящей системы при насыщении силового усилителя.

2.4.3. Определение параметров нелинейного звена при случайных воздействиях.

Выводы по главе 2.

ГЛАВ A3. СИСТЕМА САМОНАВЕДЕНИЯ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ РАЗЛИЧНЫХ ЗАКОНОВ УПРАВЛЕНИЯ И ПРИ МАНЕВРЕ

ОБЪЕКТА.

3.1. Контур управления системы самонаведения.

3.2. Задача наведения летательного аппарата на маневрирующий объект.

3.3. Нелинейные элементы в контуре управления.

3.3.1. Некоторые типичные нелинейные звены.

3.3.2. Схема устройства релейно-линейного закона.

3.4. Теория релейно-линейных законов управления.

3.5. Моделирование промаха в точке встречи при использовании различных законов управления.

Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ТРАЕКТОРИИ ОБЪЕКТА ПРИ НАВЕДЕНИИ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ НА МАНЕВРИРУЮЩИЙ ОБЪЕКТ.

4.1. Прогнозирование угловой скорости.

4.2. Метод линейных трендов.

4.3. Метод Тейла-Вейджа.

4.4. Метод преобразования Фурье.

4.5. Метод самоорганизации.

4.6. Редуцированный алгоритм самоорганизации.

4.7. Моделирование прогноза траектории объекта.

Выводы по главе 4.

ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ САМОНАВЕДЕНИЯ ПРИ

ИСПОЛЬЗОВАНИИ РЕЛЕЙНО-ЛИНЕЙНОГО ЗАКОНА УПРАВЛЕНИЯ.

5.1. Синтез оптимальной системы с использованием принципа максимума Потрягина.

5.2. Оптимизация преследования ЛА на маневрирующий объект с синусоидальной нормальной перегрузкой.

5.3. Алгоритм синтеза оптимального управления на основе прогнозирования траектории объекта.

5.4. Исследование точности самонаведения при прогнозе движения объекта методом самоорганизации и релейно-линейном законе управления.

5.5. Изменение промаха в точке встречи при различных интервалах времени прогнозирования траектории объекта.

5.6. Оценка эффективности различных законов управления в системе самонаведения.

Выводы по главе 5.

ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Релейно-линейное управление самонаведением летательного аппарата на маневрирующий объект при прогнозе его движения»

Данная диссертация посвящена исследованию и разработке релейно-линейного управления самонаведением летательного аппарата (JIA) на маневрирующий объект при прогнозе его движение в условиях сложного, воздействия окружающей среды. Под воздействием окружающей среды понимаются флуктуации отраженного (или излученного объектом) от объекта сигнала, ошибки измерений и маневр объекта.

В ранних работах [35,68] показано, что наиболее сложным маневром объекта для перехватчика является синусоидальный маневр со случайной амплитудой и фазой. Поэтому в данной работе рассматривается маневр такого же типа. Кроме того, исследована точность самонаведения J1A на маневрирующий объект в линейном случае и с учетом основных нелинейностей в контуре управления J1A.

Показано, что в этих случаях плотность вероятности промаха JIA относительно объекта является бимодальной, причем моды расходятся с увеличением амплитуды маневра, что свидетельствует о том, что в этих случаях вероятность малых величин промаха меньше вероятности больших промахов. Задачу нормализации плотности вероятности промаха удалось решить путем прогноза движения объекта и наведения JIA на конечном участке по результатам этого прогноза.

Однако, линейные системы и особенно системы с реальными нелинейностями типа ограничения управляющего сигнала и ограничении, угловой скорости рулевых приводов могут не обеспечивать желаемого быстродействия. Кроме того, наличие нелинейностей в контуре управления при случайных воздействиях может приводить к потере устойчивости системы и, соответственно, к срыву атаки. Синтез оптимального управления на основе принципа максимума Понтрягина в замкнутых системах приводит к релейному управлению. В этом случае в системе возникают автоколебания, что практически недопустимо.

Поэтому в работе исследован субоптимальный релейно-линейный закон управления [34], обеспечивающий отработку больших отклонений с максимальной силой, а в окрестности поверхности переключения реализуется линейное управление. Такое управление обеспечивает высокое быстродействие и расширение области устойчивости системы. Возникает вопрос: каким образом, релейно-линейное управление обеспечивает желаемую точность самонаведения. В связи с этим в работе проведено исследование точности самонаведения при различных амплитудах маневра' объекта и случайных воздействий.

Показано [35,68], что решение задачи прогноза движения объекта на основе метода Тейла-Вейджа в нелинейном случае приводит к определенным ошибкам в результатах прогноза. Поэтому в работе рассмотрены другие методы прогноза и проведен их сравнительный анализ. Здесь показано, что наилучшие результаты в этом случае дает метод самоорганизации.

Результаты моделирования системы самонаведения при релейно-линейном управлении и прогнозе движения объекта методом самоорганизации показали лучшие средние величины промаха по сравнению ' с другими методами.

Поскольку релейно-линейная система остается нелинейной в диссертации исследовано влияние случайных сигналов на устойчивость.

Показано, что при оценке устойчивости таких систем, ошибочно пользоваться коэффициентом усиления по среднему значению. В работе дан метод определения эквивалентного усиления нелинейного элемента на использовании коэффициента усиления по среднему значению, и для измененных расчетных параметров нелинейности определено окончательное значение эквивалентного усиления в смысле гармонической линеаризации' при уровне входного сигнала равно 2о - случайного процесса на входе нелинейности.

На основе проведенных исследований показано, что при решении задачи самонаведения J1A на маневрирующий объект наиболее эффективно ■ использовать релейно-линейный закон управления и прогноз движения объект методом самоорганизации.

В работе дан сравнительный анализ точности различных законов управления самонаведением, а также сравнительный анализ точности различных методов прогноза движения объекта. Эти данные приведены в Приложении.

Диссертация состоит из Введения, пяти глав, выводов и заключения.

Заключение диссертации по теме «Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)», Чан Нгок Куи

114 ВЫВОДЫ

В диссертации получены следующие основные научные результаты:

1. На основании исследования точности самонаведения JIA на маневрирующий объект при сложном воздействии окружающей среды,' линейного, линейного с ограничением зоны линейности, релейного и релейно-линейного законов управления показано, что релейно-линейный закон управления при прогнозировании движения объекта методом самоорганизации обеспечивает субоптимальное по быстродействию управление, плотность вероятности промаха, близкую к нормальной, лучшие значения оптимального времени прогноза и приемлемые для практики средние характеристики промаха и может быть использован при решении практических задач.

2. Сравнительный анализ точности прогнозирования движения объекта при синусоидальном маневре(метод линейных трендов, метод модифицированных трендов Демарка, метод Тейла-Вейджа, метод Фурье, метод самоорганизации) показал, что лучшие характеристики точности достигаются методом самоорганизации.

3. Показано, что при релейном управлении, хотя и уменьшается среднее значение промаха, однако, в системе самонаведения имеют место автоколебания, что недопустимо, в том числе из бимодальности плотности вероятности промаха из-за автоколебаний. t

4. На основании исследования процесса самонаведения на маневрирующий объект при релейно-линейном управлении при больших амплитудах маневра объекта плотность вероятности промаха имеет вид, аналогичный виду при релейном управлении, при малых амплитудах маневра объекта плотность вероятности промаха имеет вид, аналогичный виду при линейном управлении.

Это дает возможность при синтезе релейно-линейного управления варьировать размером окрестности линейной зоны поверхности переключения.

5. Исследовано влияние случайных сигналов на устойчивость следящих приводов для двух случаев:

- ограничение выхода предварительного усилителя;

- ограничение усилителя мощности.

Доказано, что для условно-устойчивых систем с нелинейностью типа ограничения зоны линейности эквивалентный коэффициент усиления нелинейности должен рассчитываться: с учетом среднего квадратичного значения случайного сигнала в смысле статистической линеаризации и его амплитудного воздействия в смысле гармонической линеаризации.

6. Разработанные в диссертации методы могут использоваться при проектировании нелинейных систем, работающих в условиях воздействия окружающей среды и маневра объекта.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано решение важной научно-технической и практической проблемы разработки и исследования метода субоптимального наведения летательного аппарата на маневрирующий объект. Разработанный метод позволяет решать вопросы эффективного построения системы самонаведения летательного аппарата при наличии случайных воздействий и маневра объекта. Метод основан на использовании релейно-линейного управления, обеспечивающего релейное управление при больших величинах начального промаха и линейное управление в малой окрестности поверхности переключения. Метод может быть использован при разработке новых и модификации имеющихся систем самонаведения.

Исследование устойчивости нелинейных систем при случайных воздействиях и разработанный метод определения эквивалентного усиления нелинейной элемента позволяет расширить область применения приближенных методов статистической и гармонической линеаризации. 1 2 3 4 5 6

7,

8,

9.

10.

И.

12.

13.

14.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Чан Нгок Куи, 2007 год

1. Абгарян К.А., Рапопорт И.М. Динамика ракет. -М.: Машиностроение, 1969.-378 с.

2. Батков A.M. Методы оптимизации в статистических задачах управления. -М.: Машиностроение, 1974. -240 с.I

3. Батков A.M. Проектирование систем наведения.-М.: Машиностроение, 1975.-294 с.

4. Батков A.M., Тарханов И.Б. Системы телеуправления. -М.: Машиностроение, 1972. -192 с.

5. Береговой Г.Т. Моделирование систем полуавтоматического управления космических кораблей.-М.: Машиностроение, 1986. -276 с. Бесекерский В.А. Теория систем автоматического регулирования.-М.: Наука, 1975.-766 с.

6. Владимирский И.С. Курс вышей математики. М.: Наука, 1974. - 656 с. Грешилов А.А. Анализ и синтез стохастических систем. -М.: Радио и связь, 1990.-320 с.

7. Грешилов А.А. Математические методы построения прогнозов.-М.: Радио и связь, 1997. -112 с.

8. Демидов В.П., Кутыев Н.Ш. Управление зенитными ракетами. -М.: Военное издательство, 1989. -336 с.

9. Ивахненко А.Г., Мюллер Й.А. Самоорганизация прогнозирующих моделей. Киев: Техника, 1985. - 223 с.

10. Казаков И.Е., Артемьев В.М., Бухалев В.А. Анализ систем случайной структуры. -М.: Физико-математическая литература, 1993. -272 с.

11. Ким Д.П. Методы поиска и преследования подвижных объектов. -М.: Наука, 1989.-336 с.

12. Козлов В.И. Системы автоматического управления летательными аппаратами. -М.: Машиностроение, 1979. -216 с.

13. Кочетков В.Т., Половко A.M., Пономарев В.М. Теория систем телеуправления и самонаведения ракет. -М.: Наука, 1964. -536 с.

14. Красовский А.А. Аналитическое конструирование контуров управления летательными аппаратами. -М.: Машиностроение, 1969. -240 с.

15. Красовский Н.Н. Теория управления движением. -М.: Наука, 1968.^175с.

16. Кринецкий Е.И. Основы испытальний летательных аппаратов.-М.: Машиностроение, 1970. -310 с.

17. Кринецкий Е.И. Системы самонаведения. -М.: Машиностроение, 1970. -236 с.

18. Кринецкий Е.И. Случайные процессы в САУ.-М.- Ленинград, 1984. -123с.

19. Крищенко А.П. Теория вероятностей.-М.: МГТУ, 2004. -455 с.

20. Лебедев А.А., Бобронников В.Т. Статистическая динамика и оптимизация управления летательных аппаратов. -М.: Машиностроение, 1985.-280 с.

21. Лебедев А.А., Карабанов В.А. Динамика система управления беспилотных летательных аппаратов. -М.: Машиностроение, 1965. -528с.

22. Лебедев А.А., Чернобровкин Л.С. Динамика полета. -М.: Машиностроение, 1973. -616 с.

23. Локк А.С. Управление снарядами. -М.: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1957. -776 с.

24. Лукашин Ю.П. Адаптивные методы краткосрочно прогнозирования.

25. М.: Статистика, 1979. -254 с.

26. Меркулов В.И., Длогалин В.В., Канащенко А.И. Авиационные системы радиоуправления.-М.: Радиотехника, 2003. Т. 1. -190 с.

27. Меркулов В.И., Длогалин В.В., Канащенко А.И. Авиационные системы, радиоуправления.-М.: Радиотехника, 2003. Т.2 -389 с.

28. Мирошник И.В. Нелинейное и адаптивное управление сложными динамическими системам и.-М.: Наука, 2000. -548 с.

29. Мороз А.И. Курс теории систем. -М.: Высшая школа, 1987. -304 с.

30. Мороз А.И., Пупков К.А. Об одном методе синтеза релейно-линейных законов управления // Техническая кибернетика 1978 - №5. -С 176-182.

31. Нгуен Куанг Винь. Исследование точности самонаведения в условиях помех и маневра объекта при наличии нелинейностей в контуре управления. Дисс. кандидата технических наук по специальности, 05.13.01, 2006.-153с.

32. Неусыпин К.А., Пролетарский А.В., Цибизова Т.Ю. Системы управления летательными аппаратами и алгоритмы обработки информации. М.: Издательство МГОУ, 2006. - 220 с.

33. Попов В.И. Системы ориентации и стабилизации космических аппаратов.-М.: Машиностроение, 1986. -183 с.

34. Потрягин JI.C. Принцип Максимума в оптимальном управления. -М.: Едиториал УРСС, 2004. -64 с.

35. Пупков К.А. Автоматировнная разработка систем управления. М.:, Издательство МГТУ, 1993. -Ч. I.-22 с.

36. Пупков К.А. Анализ и расчёт нелинейных систем с помощью функциональных степенных рядов. -М.: Машиностроение, 1967. -147 с.

37. Пупков К.А. Об устойчивости нелинейных систем при случайных воздействиях// Изв. АНСССР. Техническая кибернетика. 1966,- N 4.- С. 166-169.

38. Пупков К.А. Функциональные ряды в теории нелинейных систем. -М.:1. Наука, 1976. -448 с.

39. Пупков К.А., Н.Ф.Фалдин., Н.Д.Егупов. Методы синтеза оптимальных систем автоматического управления. /Под ред. К.А.Пупкова. -М.: Издательство МГТУ имени Баумана, 2000. -511 с.

40. Пупков К.А., Воронов Е.М., Егупов Н.Д. Анализ и статистическая динамика систем автоматического управления. /Под ред. К.А.Пупкова. -М.: Издательство МГТУ имени Н.Э.Баумана, 2000. Т. 1. -748 с.

41. Пупков К.А., Мороз А.И. К теории релейно-линейных законов управления // Problems of Control and Information Theory. -1976. Vol. 5 (5, 6).-P 401-409.

42. Пупков K.A., Н.Д.Егупов, А.И.Гаврилов. Методы робастного, нейро-нечетного и адаптивного управления. /Под ред. К.А.Пупкова. -М.: Издательство МГТУ имени Баумана, 2002. -744 с.

43. Пупков К.А., Неусыпин К.А. Вопросы теории и реализации систем управления и навигации-М.: Биоинформ , 1997. -368 с.

44. Пупков К.А., Неусыпин К.А. Оптимальное управление летательным( аппаратом при сближении с маневрирующим объектом // Мехатроника, Автоматизация, Управление. -2003. -№11.-С. 33 40.

45. Пупков К.А., Чан Нгок Куи. Возможность применения релейно-линейного закона управления в системе самонаведения//Автоматизация и современные технологии (Москва).- 2006.-№ 11. -С. 33-36.

46. Пупков К.А. Статистический расчёт нелинейных систем автоматического управления. .-М.: Машиностроение , 1965. -402 с.

47. Ривкин С.С. Метод оптимальной фильтрации калмана и его применение в инерциальных навигационных системах. -М.: Судостроение, 1973. -Т.1.-143 с.

48. Рожченко Е.Е. Моделирование систем. Летательный аппарат -автопилот.-М.: МГТУ, 1993. 93 с.

49. Соколов С.В. Оптимальное оценивание возмущений процессакалмановской фильтрации // Автоматика и телемеханика. -1991. -№6. -С.65-74.

50. Суховрученков Б.И. Методы анализа характеристик летательных аппаратов.-М.: Машиностроение, 1995. -365 с.

51. Тихонов В.И. Случайные процессы. -М.: Радио и связь, 2003.-Т. 1 -399 с.

52. Тихонов В.И. и др. Случайные процессы. -М.: Радио и связь, 2004.- Т.2.-399 с.

53. Тихонов В.И. и др. Случайные процессы. -М.: Радио и связь, 2004. -Т.3.-407 с.

54. Тихонов В.И. Статистическая радиотехника. -М.: Советское радио, 1966. -678 с.

55. Федосов Е.А. Динамическое проектирование систем управления автоматических маневренных летательных аппаратов. -М.: Машиностроение, 1997.-336 с.

56. Федосов Е.А., Инсаров В.В., Селивохин О.С. Системы управления конечными положением в условиях противодействия среды. -М.: Наука, 1989.-272 с.

57. Фриденсон Е.С. Основы ракетной техники. -М.: М.О. СССР, 1973. -203 с.

58. Разработка и исследование релейно-линейных законов управления самонаведением на маневрирующий объект в условиях случайных воздействий при стохастическом прогнозе его движения:

59. Отчет о научно-исследовательской работе. Руководитель НИР К.А.Пупков. Исп.Чан Нгок Куи и др. № 1.35.06. ГР. № 01200701625, инв.№ 02200700743.- Москва, 2006,- С. 65-151.

60. Чан Нгок Куи. Релейно-линейное управление самонаведением // Интеллектуальные системы (Интелс'2006): Труды международного симпозиума VII / Под ред. К.А. Пупкова. Краснодар, 2006 .- С 234-237.

61. Чембровский О.А., Топчеев Ю.И., Самойлович Г.А. Общие принципыtпроектирования систем управления. -М.: Машиностроение, 1972. -^14 с.

62. Четыркин Е.М. Статистические методы прогнозирования. -М: Статистика, 1975. -200 с.

63. Чыонг Данг Кхоа. Разработка и исследование метода наведения на маневрирующий объект на основе стохастического прогноза его движения: Дисс. кандидата технических наук по специальности 05.13.01., 2004. -133 с.

64. Шапиро И.И. Расчет траекторий баллистических снарядов по данным радиолокационных наблюдений: Пер. с англ./ Под ред. Ю.Г.Мильграма.I-М.: Издательство иностранной литературы, 1961. -319 с.

65. Шахтарин Б.И. Случайные процессы в радиотехнике. -М.: Радио и связь, 2002. 568 с.

66. Ярлыков М.С. Статистическая теория радионавигации. -М.: Радио и связь, 1985.-344 с.л