cahtНаучный вестник МГТУ ГАCivil Aviation High Technologies2079-06192542-0119Moscow State Technical University of Civil Aviation (MSTU CA)10.26467/2079-0619-2020-23-1-95-105caht-1639Research ArticleАВИАЦИОННАЯ И РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКАЯ ТЕХНИКАAVIATION, ROCKET AND SPACE TECHNOLOGYИспользование метода локализации для расчета параметров робастного ПИД-регулятора для сервопривода беспилотного летательного аппаратаThe use of the localization method for calculation of the robust PID regulator parameters for unmanned aircraft servo motorСанькоА. А.SankoA. A.

Санько Андрей Анатольевич, кандидат технических наук, доцент

г. Минск

Andrey A. Sanko, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor

Minsk

min.777.144@mail.ruШейниковА. А.SheinikovA. A.

Шейников Алексей Алексеевич, кандидат технических наук, доцент

г. Минск

Aleksei A. Sheinikov, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor

Minsk

hobat097@yandex.ruТищенкоТ. А.TishchenkoT. A.

Тищенко Тарас Анатольевич, магистрант

г. Минск

Taras A. Tischenko, Undergraduate

Minsk

taras1984.08.02@mail.ruСмольскийД. А.SmolskiyD. A.

Смольский Дмитрий Александрович, инженер

г. Минск

Dmitriy A. Smolsky, Engineer

Minsk

frankyjohn2014@gmail.comБелорусская государственная академия авиацииБеларусьBelarusian State Academy of AviationBelarusВоенная академия Республики БеларусьБеларусьMilitary Academy of the Republic of BelarusBelarus20202602202023195105Copyright © Санько А.А., Шейников А.А., Тищенко Т.А., Смольский Д.А., 20202020Санько А.А., Шейников А.А., Тищенко Т.А., Смольский Д.А.Sanko A.A., Sheinikov A.A., Tishchenko T.A., Smolskiy D.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://avia.mstuca.ru/jour/article/view/1639

Рассмотрена задача управления типовым нелинейным сервоприводом беспилотного летательного аппарата с нестационарными параметрами с помощью робастного ПИД-регулятора. Рассмотрена процедура расчета параметров робастного ПИД-регулятора, основанного на методе локализации (далее – МЛ ПИД-регулятор), для непрерывных и дискретных систем управления. Рассмотрено влияние возмущающих факторов (внутренних и внешних), действующих на параметры сервопривода. Установлено, что к основным возмущениям, действующим на сервопривод, относятся внутренние возмущения, представляющие собой изменения постоянной времени и его коэффициента усиления от температуры окружающей среды и качества питающего напряжения. Проведенное моделирование в классе линейных и нелинейных непрерывных систем показало, что сервопривод с МЛ ПИД-регулятором имеет свойство робастности в рабочем диапазоне изменения как входного сигнала, так и параметров сервопривода и регулятора. Приведены результаты моделирования, демонстрирующие полученные результаты. При описании сервопривода с МЛ ПИД-регулятором в классе линейных дискретных систем, его робастность ограничена узким диапазоном изменения как его нестационарных параметров, так и периодом квантования входного сигнала. По мере увеличения степени неопределенности в параметрах сервопривода (приближения к рабочему диапазону их изменения), дискретная система теряет не только робастность, но и устойчивость. Приведены результаты моделирования, демонстрирующие полученные результаты. Для синтеза робастных контуров управления беспилотным летательным аппаратом с заданными характеристиками представлены математические зависимости времени установления и статической ошибки типового сервопривода с МЛ ПИД-регулятором от периода квантования входного сигнала и степени неопределенности в его параметрах.

The problem of controlling a typical nonlinear servo motor of an unmanned aercraft with non-stationary parameters using a robust PID controller is considered. The procedure for calculating the parameters of a robust PID controller based on the localization method (further - LM PID controller) for continuous and discrete control systems is studied. The influence of disturbing factors (internal and external) acting on the servo motor is considered. It is established that the main perturbations acting on the servo drive include internal perturbations, which are changes in the time constant and its gain from the temperature of the environment and the quality of the supply voltage. The simulation in the class of linear and nonlinear continuous systems showed that a servo drive with a ML PID controller has the property of robustness in the working range of changes in both the input signal and the parameters of the servo drive and controller. Simulation results showing the research are presented. When describing a servo motor with an LM PID controller in the class of linear discrete systems, its robustness is limited by a narrow range of variation of both its parameters and the quantization period of the input signal. As the degree of uncertainty in the parameters of the servo motor increases (approaching the working range of their change), the discrete system loses stability. For the synthesis of robust control circuits of an unmanned aercraft with given characteristics, mathematical dependences of the settling time and static error of a typical servo motor with LM PID controller from the quantization period of the input signal and the degree of uncertainty in its parameters are presented.

система управлениясервоприводробастный ПИД-регуляторпереходной процессметод локализацииcontrol systemservomotorsrobust PID controllertransition processeslocalization methodReferencesБиард Р.У., МакЛэйн Т.У. Малые беспилотные летательные аппараты: теория и практика. М.: ТЕХНОСФЕРА, 2015. 312 c.Beard, R.W. and McLain, T.W. (2012). Small unmanned aircraft: theory and practice. Princeton, M: Technosphera, 312 p.Гриднев Ю.В., Иванов А.Г. Робастный автопилот канала тангажа беспилотного летательного аппарата // Доклады БГУИР. 2017. № 3(105). С. 40–44.Gridnev, Yu.V. (2017). Robust autopilot of the pitch channel of unmanned aircraft vehicles. Doklady BGUIR Reports of BSTU IR, no. 3 (105), pp. 40–44. (in Belarus)Cori R, Maffezzoni C. Practical optimal control of a drum boiler power plant // Automatica. 1984. Vol. 20, iss. 2. Pp. 163-173. https://doi.org/10.1016/0005-1098(84)90022-0Cori, R. and Maffezzoni, C. (1984). Practical optimal control of a drum boiler power plant. Automatica, vol. 20, issue 2, pp. 163–173. https://doi.org/10.1016/0005-1098(84)90022-0Pellegrinetti G., Bentsman J. H ∞ controller design for boilers // International Journal of Robust Nonlinear Control. 1994. Vol. 4. Pp. 645-671. https://doi.org/10.1002/rnc.4590040503Pellegrinetti, G. and Bentsman, J. (1994). H ∞ controller design for boilers. International Journal of Robust Nonlinear Control, vol. 4, pp. 645–671. https://doi.org/10.1002/rnc.4590040503Tan W., Marquez H.J., Chen T. Multivariable robust controller design for boiler system // IEEE Transactions on Automatic Control System Technology. 2002. Vol. 10, iss. 5. Pp. 735–742. DOI: 10.1109/TCST.2002.801787Tan, W., Marquez, H.J. and Chen, T. (2002). Multivariable Robust Controller Design for Boiler System. IEEE Transactions on Automatic Control System Technology, vol. 10, issue 5, pp. 735–742. DOI: 10.1109/TCST.2002.801787Petrović T., Ivezić D., Debeljković D. Robust IMC controller for a solid-fuel boiler // Engineering simulation. 2000. Vol. 17, no. 2. Pp. 211–224.Petrović, T., Ivezić, D. and Debeljković, D. (2000). Robust IMC controller for a solid-fuel boiler. Engineering simulation, vol. 17, no. 2, pp. 211-224.Bobtsov A. Stabilization of a chaotic Van der Pole system / A.Bobtsov, N.Nikolaev, A.Pyrkin, O.Slita // IFAC Proceedings Volumes: 17th IFAC World Congress. 2008. Vol. 41, iss. 2. Pp. 15143–15147. https://doi.org/10.3182/20080706-5-KR-1001.02561Bobtsov, A., Nikolaev, N., Pyrkin, A. and Slita, O. (2008). Stabilization of a chaotic Van der Pole system. IFAC Proceedings Volumes. 17th IFAC World Congress, vol. 41, issue 2, pp. 15143– 15147. https://doi.org/10.3182/20080706-5-KR-1001.02561O’Dwyer A. Handbook of PI and PID controller tuning rules. 3rd ed. ICP, 2010. 608 p.O’Dwyer, A. (2010). Handbook of PI and PID controller tuning rules. 3rd ed., ICP, 608 p.Земцов Н.С., Французова Г.А. Расчет параметров робастного ПИД-регулятора на основе метода локализации // Вестник ЮУрГУ. Серия Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника. 2013. Т. 13, № 4. С. 134–138.Zemtsov, N.S. and Francuzova, G.A. (2013). The calculation of the robust pid-controller parameters based on the localization method. Bulletin of The South Ural State University. Series: Computer Technologies, Automatic Control, Radio Electronics, vol. 13, no. 4, pp. 134-138. (in Russian)Востриков А.С. Синтез систем регулирования методом локализации: монография. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2007. 252 с.Vostrikov, A.S. (2007). Sintez sistem regulirovaniya metodom lokalizatsii: Monografiya [The Synthesis of localization method control system: Monograph]. Novosibirsk: NSTU, 252 p. (in Russian)Бирюков В.П. Смазочные материалы, топлива и технические жидкости: учеб. пособие. М.: МИИТ, 2008. 183 с.Biryukov, V.P. (2008). Smazochnyye materialy, topliva i tekhnicheskiye zhidkosti [Lubricants, fuel and technical fluids: Textbook]. Moscow: MIIT, 183 p. (in Russian)Fortunato M. Изменение емкости керамических конденсаторов от температуры и напряжения, или как ваш конденсатор на 4,7мкФ превращается в 0,33мкФ [Электронный ресурс] // Хабр – сообщество IT специалистов. URL: https://habr.com/ru/post/384833/ (дата обращения 26.11.2019).Fortunato, M. (2015). Izmeneniye yemkosti keramicheskikh kondensatorov ot temperatury i napryazheniya, ili kak vash kondensator na 4,7 mkF prevrashchayetsya v 0,33 mkF [Capacity change of the ceramic condensers because of temperature and voltage or how your 4,7 mcF conderser transforms into 0,33 mcF ]. Available at: https://habr.com/ru/post/384833/ (accessed 26.11.2019). (in Russian)Мхитарян А.М. Аэродинамика: учебник для ВУЗов. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1976. 448 с.Mkhitaryan, A.M. (1976). Aerodinamika. Uchebnik dlya VUZov [Aerodynamics: Text-book for Universities]. 2nd ed., revised and enlarged edition. Moscow: Mashinostroyenie, 448 p. (in Russian)Томасов В.С. Сервоприводы систем наведения высокоточных оптико-механических комплексов / В.С. Томасов, В.А. Толмачев, С.Ю. Ловлин, А.В. Гурьянов, К.М. Денисов // Сервопривод: доклады науч.-метод. Семинара. 31 января 2013 г. М.: МЭИ. 2013. С. 46–62.Tomasov, V.S., Tolmachev, V.A., Lovlin, S.Yu., Guryanov, A.V. and Denisov, K.M. (2013). Servoprivody system navedeniya vysokotochnykh optiko-mekhanicheskikh kompleksov [Servomotors of high accuracy optical mechanics complex targeting systems]. Servoprivod: doklady nauch.- metod. Seminara [Servomotor: reports of scientific and methodological seminar], pp. 46-62. (in Russian)Козаченко В.Ф. Встраиваемые высокопроизводительные цифровые системы управления. Практический курс разработки и отладки программного обеспечения сигнальных микроконтроллеров TMS320x28xxx в интегрированной среде Code Composer Studio / В.Ф. Козаченко, А.С. Анучин, Д.И. Алямкин, А.В. Дроздов и др.; под ред. В. Ф. Козаченко. М.: Издательский дом МЭИ, 2010. 270 с.Kozachenko, V.F., Anuchin, A.S., Alyamkin, D.I. and Drozdov, A.V. (2010). Vstraivayemyye vysokoproizvoditelnyye tsyfrovyye sistemy upravleniya [Embedded high performance digital control systems], in Kozachenko V.F. (Ed.). Мoscow: Publishing house MEI, 270 p. (in Russian)Бараз В. Р. Корреляционно-регрессионный анализ связи показателей коммерческой деятельности с использованием программы Excel: учеб. пособие. Екатеринбург: ГОУ ВПО «УГТУ–УПИ», 2005. 102 c.Baraz, V.R. Korrelyatsionno-regressionnyy analiz svyazi pokazateley kommercheskoy deyatelnosti s ispolzovaniyem programmy Exel: uchebnoe posobie. [Correlation and regression analysis of the connection of commercial activity indicators by using the Excel program: Textbook]. Ekatirenburg: Ural State Technical University, 102 p. (in Russian)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.