Исследование влияния цифрового обмена в системе стабилизации беспилотного летательного аппарата на динамические характеристики рулевого привода

При проектировании системы стабилизации высокоманевренных беспилотных летательных аппаратов (БЛА) одной из актуальных задач остается предъявление требований к динамическим характеристикам и способам управления рулевыми приводами, которые позволят обеспечить требуемые запасы устойчивости системы стабили-зации в составе системы управления БЛА. В настоящее время все более часто отдается предпочтение микроконтроллерному способу управления электроприводом и цифровому обмену между системой управления и рулевыми приводами. Одной из причин уменьшения запасов устойчивости системы стабилизации являются задержки, вносимые цифровым обменом меж-ду элементами системы стабилизации. В процессе решения задачи перехода на цифровой обмен между элементами системы стабилизации прове-дено исследование влияния амплитудных и фазовых искажений, возникающих в тракте «интерфейс передачи дан-ных – рулевой привод», на динамические характеристики рулевого привода. В качестве исполнительного устрой-ства системы стабилизации рассмотрен реальный электропривод, используемый на высокоманевренном БЛА. Для указанного привода введены крайне жесткие требования к полосе пропускания и фазовым запаздываниям, что усложняет проблему обеспечения устойчивости системы стабилизации с учетом задержек цифрового обмена. В результате исследования предложена частотная модель, позволяющая оценить минимально возможную скорость обмена в тракте «интерфейс передачи данных – рулевой привод» с учетом обеспечения требуемых дина-мических характеристик привода. В предложенной модели интерфейс передачи данных представлен в виде фикса-тора (экстраполятора) нулевого порядка, передаточная функция которого заменяется аппроксимациями Паде вто-рого порядка. В ходе исследований проведено сравнение результатов, полученных на предложенной модели с ре-зультатами экспериментов на реальном электроприводе и его полной нелинейной временной модели. Основным преимуществом предложенной частотной модели является простота получения передаточной функции тракта «интерфейс передачи данных – рулевой привод». Это позволяет на начальном этапе исследования быстро и достаточно точно определить минимально возможную скорость обмена, которая обеспечит выполнение требований, предъявляемых к динамике привода.

1. Bracewell R.N. The Fourier Transform and Its Applications. Third Edition. New York: McGraw-Hill, 1999. 540 p.

2. Кузин Л.Т. Расчет и проектирование дискретных систем управления. М.: МАШГИЗ, 1962. 684 с.

3. Шамриков Б.М. Основы теории цифровых систем управления. М.: Машиностроение, 1985. 294 c.

4. Изерман Р. Цифровые системы управления: пер. с англ. / Под ред. чл.-корр. АН СССР И.М. Макарова. М.: Мир, 1984. 541 с. Перевод изд.: Rolf Isermann. Digital Control Systems. Springer-Verlag. Berlin. Heidelberg. New York. 1981.

5. Акимов В.Н., Уласевич В.П., Грызин С.В. Сравнение различных типов рулевых приводов для ЗУР средней дальности // Вестник воздушно-космической обороны: науч.-техн. журнал. М.: НПО «АЛМАЗ». 2017. № 4 (16). С. 23-28.

6. Попов А.И., Гончаров А.С. Адаптивная система прямого цифрового управления следящего рулевого электропривода автономных объектов // Электротехнические комплексы и системы управления: науч.-техн. журнал. Воронеж: Издательский дом «Кварта». 2011. № 1. С. 37-41.

7. Петров Б.И. Динамика следящих приводов: учебное пособие для втузов / Б.И. Петров, В.А. Полковников, Л.В. Рабинович и др. / Под ред. Л.В. Рабиновича. 2-е изд., перераб. и доп. М: Машиностроение, 1982. 496 с.

8. Крымов Б.Г., Рабинович Л.В., Стеблецов В.Г. Исполнительные устройства систем управления летательными аппаратами. М.: Машиностроение, 1987. 262 с.

9. Мизрохи В.Я. Проектирование управления зенитных ракет: учеб.-науч. издание. М.: Издательство ООО «Экслибрис-Пресс», 2010. 252 c.

10. Бейкер Дж. (мл.), Грейвс-Моррис П. Аппроксимации Паде / пер. с англ. Е.А. Рахманова, С.П. Суетина; под ред. А.А. Гончар. М.: Мир, 1986. 502 c. Перевод изд.: George A. Bejker, Jr., P. Graves-Morris. Pade Approximants. Addison-Wesley Publishing Company, Reading, Massachusetts, 1981.