Применение модели привода для повышения быстродействия системы управления боковой перегрузкой беспилотного летательного аппарата

В статье рассматривается проблема повышения быстродействия и точности контуров управления поперечной перегрузкой высокоманевренных беспилотных летательных аппаратов. Отмечается, что традиционные подходы, основанные на использовании полного комплекса физических датчиков и линеаризованных моделей, приводят к усложнению конструкции и недостаточны для компенсации существенных нелинейностей аэродинамики и разброса параметров. В качестве решения предлагается переход к модельно-ориентированному управлению с заменой сигнала датчика положения рулевого привода выходным сигналом его виртуальной математической модели. Исследование направлено на разработку структуры астатического контура, реализующего этот подход. Представлена трехконтурная система с интегральным стабилизатором угловой скорости и компенсацией нелинейной моментной характеристики, обеспечивающая астатизм без дополнительных интегрирующих звеньев. Для практической реализации подхода в высокочастотном контуре предложено введение корректирующих устройств, учитывающих суммарные фазовые запаздывания. Методом статистического моделирования при случайных вариациях параметров системы доказана эффективность решения. Показано, что замена реального сигнала привода его моделью не приводит к статистически значимому ухудшению качества переходных процессов, что подтверждает возможность повышения быстродействия и надежности системы при одновременном упрощении ее аппаратной реализации.

1. Михалин Д.А., Чулин Н.А. Управление траекторным движением летательного аппарата на основе синергетического подхода. Вестник Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. Серия Приборостроение. 2024;(4):110–127.

2. Gedefaw E.A., Abera N.B., Abdissa Ch.M. A Review of Modeling and Control Techniques for Unmanned Aerial Vehicles. Engineering Reports. 2025;7(6). https://doi.org/10.1002/eng2.70215

3. Пролетарский А.В., Селезнева М.С. Система управления летательными аппаратами с использованием концепции системного синтеза. Технические науки – от теории к практике. 2016;(54):73–77.

4. Жумабаева А.С., Полтавский А.В., Юрков Н.К. К проблеме модельного синтеза комплексов беспилотных летательных аппаратов. Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. 2017;(1):73–81.

5. Воронин А.И., Тютиков В.В. Методика синтеза регуляторов для независимого формирования статических и динамических показателей нелинейных объектов. Известия ЮФУ. Технические науки. 2015;(3):154–164.

6. Чыонг Ф.С. Выбор коэффициентов усиления контура системы стабилизации угла тангажа беспилотного летательного аппарата с учетом допусков на аэродинамические и массово-центровочные характеристики. Политехнический молодежный журнал. 2018;(5). https://doi.org/10.18698/2541-8009-2018-5-317

7. Петунин В.И., Неугодникова Л.М. Метод построения систем автоматического управления с ограничением предельных параметров летательных аппаратов. Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. 2015;(3):28–34.

8. Huang Zh., Chen M. Coordinated disturbance observer-based flight control of fixed-wing UAV. IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs. 2022;69(8):3545–3549. https://doi.org/10.1109/TCSII.2022.3165366

9. Гу П., Лобатый А.А. Применение нечетких регуляторов в автопилоте беспилотного летательного аппарата. Системный анализ и прикладная информатика. 2024;(3):41–46. https://doi.org/10.21122/2309-4923-2024-3-41-46

10. Stevens B.L., Lewis F.L., Johnson E.N. Aircraft control and simulation: dynamics, controls design, and autonomous systems. Hoboken: John Wiley & Sons; 2015. 768 p.