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.
This article examines the problem of improving the performance and accuracy of g-load control loops for highly maneuverable unmanned aerial vehicles. It is noted that traditional approaches based on a full range of physical sensors and linearized models lead to design complexity and are insufficient to compensate for significant aerodynamic nonlinearities and parameter spreads. A proposed solution is a transition to model-based control, replacing the steering actuator position sensor signal with the output signal of its virtual mathematical model. The study aims to develop the structure of an astatic loop implementing this approach. A three-loop system with an integral angular velocity stabilizer and compensation for the nonlinear torque characteristic is presented, ensuring astatic control without additional integrating links. To implement the approach in practice, the introduction of correcting devices in the high-frequency loop considers the total phase delays is proposed. The effectiveness of the solution is demonstrated using statistical modeling with random variations in the system parameters. It is shown that replacing a real actuator signal with its model does not lead to a statistically significant deterioration in the quality of transient processes, which confirms the possibility of increasing the speed and reliability of the system while simultaneously simplifying its hardware implementation.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.