Обзор методов и средств построения системы автоматического управления скоростью беспилотного летательного аппарата

Аннотация. Основной целью данной статьи является изучение системы автоматического управления скоростью беспилотного летательного аппарата. Высокая актуальность работы подтверждается тем, что БПЛА нуждаются в разработке автоматизированных систем управления, в частности системы автоматического управления скоростью. Скорость является ключевым параметром, участвующим в управлении беспилотным летательным аппаратом. Более подробно в работе раскрыты вопросы, касающиеся математического описания объекта управления, структурной схемы системы, математической модели системы.
Ключевые слова. Беспилотный летательный аппарат, моделирование, управление скоростью, математическое описание.
Annotation. The main purpose of this article is to study the automatic speed control system of an unmanned aerial vehicle. The high relevance of the work is confirming by the fact that UAVs need to develop automated control systems, in particular automatic speed control systems. Speed is a key parameter involved in controlling an unmanned aerial vehicle. In more detail, the paper covers issues related to the mathematical description of the control object, the structural scheme of the system, and the mathematical model of the system.
Key words. Unmanned aerial vehicle, simulation, speed control, mathematical description.
Именно БПЛА вошли в нашу жизнь в качестве незаменимого помощника деятельности современных предприятий и частных компаний. Наиболее востребованными направлениями в применении беспилотных летательных аппаратов являются военные и спасательные операции, правоохранительная и природоохранительная деятельность, мониторинг различных ситуаций, а также множество других сфер жизни общества.
Для более рационального и эффективного применения беспилотных летательных аппаратов необходимо разработать систему автоматического управления скоростью летательного аппарата [1]

.
При движении в продольной плоскости вектор линейной скорости ЛА находится в вертикальной плоскости. Внешнее воздействие на ЛА оказывают: Р – сила тяги, направленная вдоль оси ОХ: Ха– сила лобового сопротивления, направленная против вектора V, т.е. в противоположную сторону оси ОХа; Yа – подъёмная сила, направленная перпендикулярно вектору скорости; mg – вес ЛА (m – масса ЛА, g – ускорение свободного падения).
Вращательное движение ЛА в плоскости ХаYа происходящее под действием момента МZ и действующего относительно оси ОZа, которое называется аэродинамическим моментом тангажа. В соответствии с рисунком 1 имеют место соотношения:
ϑ = θ + α; ϑ = ωZ, (1)
где ϑ – угол тангажа; θ – угол наклона траектории при движении центра масс (ЦМ) летательного аппарата; ωZ – угловая скорость по тангажу.
Рис.1. Действие внешних сил на ЛА, при продольном движении
Описать вращательное движение ЛА относительно оси ОZа можно используя уравнение:
IZωZ = MZ, (2)
где: IZ – момент инерции ЛА относительно оси ОZа; МZ –аэродинамический момент, который описывается с помощью уравнения:
MZ = mZbaSρV22, (3)
где: S – площадь крыльев; mZ - коэффициент момента; ρ – плотность воздуха; bа - хорда крыла.
Коэффициент mZ можно разложить на сумму 3 слагаемых, пара из которых зависящие от статических параметров (α, V, δв) и описывают статический момент, а третий зависит от динамических параметров(α,ϑ,) и описывает демпфирующий момент [2].
Для большинства режимов полёта и большинства компоновок пилотируемых летательных аппаратов самолётной схемы, движение летательного аппарата можно представить в виде двух колебательных движений, различной частоты и степени затухания