Preview

Известия Юго-Западного государственного университета

Расширенный поиск

Исследование колебаний конвертопланав вертикальной продольной плоскости

https://doi.org/10.21869/2223-1560-2019-23-4-42-56

Полный текст:

Аннотация

Цель исследования. В статье проведено математическое моделирование и исследование движения кон-вертоплана, выполненного по квадрокоптерной схеме, в переходных режимах, под которым будем пони-мать момент перехода аппарата из вертикального полета в горизонтальный и обратно, осущест-вляемый за счет изменения направления вектора тяги несущих винтов. Такие задачи изучены недоста-точно, а именно, при выполнении таких маневров может происходить значительное отклонение конвер-топлана от заданной траектории, а при определенных условиях потеря его управляемости и падение. Поэтому целью данной статьи является изучение основных закономерностей движения в переходных режимах и особенностей алгоритмов управления на основе математических моделей, описывающих управляемое движение малогабаритных беспилотных конвертопланов.

Методы. Для решения поставленных задач использовались методы теоретической механики и механики роботов, матричный подход к определению радиус-векторов и их производных для основных точек звеньев механизма. Достоинствами матричного метода являются простота, универсальность правил при выборе осей координат для формирования матриц перехода. При  изучении закономерностей движе-ния конвертоплана использовались методыматематического моделирования динамических систем с учетом свойств электроприводов, кинематики вращения корпуса, алгоритмов формирования управляю-щих напряжений, и внешних периодических возмущений. При разработке управляющих алгоритмов исполь-зовались методы теории автоматического управления. Управление  осуществлялось  программно с помощью ПИД регулятора, позволяющего минимизировать фактические и требуемые значения управ-ляемой величины.

Результаты. Выявлено, что при отклонении несущих винтов возникают связанные колебания, опреде-лена область параметров регулятора, при которых эти колебания в переходный период затухают и конвертоплан восстанавливает равновесное состояние. Так же выявлены зависимости отклонения реальной позиции аппарата от заданной по координатам ОХ, OY при изменении значений коэффициента дифференциальной и пропорциональной составляющих регулятора САУ соответственно. Характер изменения графиков свидетельствует о существенном влиянии коэффициентов регулятора на характер переходного процесса в части амплитудных значений ошибки и времени переходного процесса.

Заключение. Разработана математическая модель и выполнено математическое моделирование движения конвертоплана в переходных режимах движения. Показано, что управление углом тангажа, а так же движение в вертикальной плоскости состоят из нескольких контуров пропорционально-диффе-ренциального управления, поэтому необходимо, что бы каждый контур имел схему, препятствующую значительному отклонению управляемых параметров от заданных значений, при которых обеспечи-вается устойчивый переход конвертоплана в горизонтальное положение. Определены параметры минимизации средней квадратической ошибки.

Об авторах

С. Ф. Яцун
ФГБОУ ВО «Юго-Западный государственный университет»
Россия

Яцун Сергей Фёдорович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой механики, мехатроники
и робототехники

ул. 50 лет Октября, 94, г. Курск, 305040



Б. В. Лушников
ФГБОУ ВО «Юго-Западный государственный университет»
Россия

Лушников Борис Владимирович, кандидат технических наук, доцент

ул. 50 лет Октября, 94, г. Курск, 305040



О. В. Емельянова
ФГБОУ ВО «Юго-Западный государственный университет»
Россия

Емельянова Оксана Викторовна кандидат технических наук, доцент

ул. 50 лет Октября, 94, г. Курск, 305040



С. П. Стуканева
ФГБОУ ВО «Юго-Западный государственный университет»
Россия

Стуканева Светлана Павловна, магистрант

ул. 50 лет Октября, 94, г. Курск, 305040



Список литературы

1. Salazar-CruzS., KendoulF., LozanoR., Fantoni, I. Real-time stabilization of a small three-rotor aircraft // IEEE Transactions on aerospace and electronic systems. 2008. 44(2).

2. Atsushi Oosedo, Satok o Abiko, Shota Narasaki, Atsushi Kuno, Atsushi Konno, Masaru Uchiyama. Flight control systems of a quad tilt rotor unmanned aerial vehicle for a large attitude change //Robotics and Automation (ICRA), IEEE International Conference on. 2015. P. 2326-2331.

3. Cai G. et al. First-principles modeling of a miniature tilt-rotor convertiplane in low-speed operation //Proc. Int. MicroAirVeh. Conf. Competition. 2016. С. 161-166.

4. Поляков Р. Ю. Разработка летательных робототехнических средств для мониторинга окружающей среды на основе бионических идей //Проблемы прогнозирования чрезвычайных ситуаций: материалы XIII науч.-практ. конф. М.: ФКУ Центр «Антистихия» МЧС России, 2014. С. 101-102.

5. Емельянова О. В. [и др.] Мобильный летательный комплекс для раннего обнаружения очагов возгорания //Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2018. С. 38.

6. Патент на полезную модель № 157967, МПК В64С 25/62. Движитель воздушный с изменяемым вектором тяги / Яцун С.Ф., Ефимов С.В., Мищенко В.Я., Яцун А.С., Емельянова О.В., Мартинез А. (РФ). № 2015131037/11 от 27.07.2015.

7. Патент на полезную модель №164555, МПК В64С 27/08. Летательный аппарат, выполненный по схеме трикоптера / Яцун С.Ф., Мищенко В.Я., Емельянова О.В., Савин А.И. (РФ). № 2015148004/11 от 09.11.2015.

8. Патент на полезную модель №166334, МПК В64С 27/08. Мультироторный аппарат с изменяемым вектором тяги / Яцун С.Ф., Мищенко В.Я., Емельянова О.В., Са-вин А.И. (РФ). № 2016107088/11 от 29.02.2016.

9. Патент на полезную модель №166334, МПК В64С 33/02. Орнитоптер / С.Ф. Яцун, В.Я.Мищенко, А. Мартинез, О.В. Емельянова (РФ). №2019102951 от 04.02.2019.

10. Сантьяго М. Л. А., Емельянова О. В., Яцун С. Ф. Исследование колебаний конвертоплана-квадрокоптера при переходном режиме в вертикальной продольной плоскости //Наука и образование: отечественный и зарубежный опыт. 2019. С. 23-31.

11. Мартинез Леон А.С. Разработка конструкции конвертоплана // Сборник научных трудов 2-й Международной научно-практической конференции: в 2 т. Курск, 2015.Т. 2.С. 265-268.

12. Математическое моделирование робота с переменным вектором тяги/ В. Е.Павловский, С. Ф.Яцун, О. В.Емельянова, С. П. Стуканёва // Беспилотные транспортные средства с элементами искусственного интеллекта (БТС-ИИ-2015): труды второго всероссийского научно-практического семинара. СПб.: Изд-во «Политехника-сервис», 2015. С.99-106.

13. Яцун С. Ф., Емельянова О.В., Савин А.И. Моделирование движения квадрокоптера при отклонении осей несущих винтов относительно корпуса // Вибрационные технологии, мехатроника и управляемые машины: сб. науч. ст.: в 2ч. / Юго-Зап. гос. ун-т. Курск, 2014. Ч.1. С.329 - 338.

14. JatsunS. etal. ControlfligthofaUAVtypetricopterwithfuzzylogiccontroller //DynamicsofSystems, MechanismsandMachines (Dynamics). IEEE, 2017. С. 1-5.

15. Yatsun A., Lushnikov B., Emelyanova O. Motion Control Automation in the Quadcopter Convertiplane in a Transient Mode //International Russian Automation Conference (RusAutoCon). IEEE, 2018. С. 1-6.

16. Jatsyn S. F. et al. Mathematical model of the quadrotor type unmanned aerial vehicle with neurocontrollerl //Advances in Robotics, Mechatronics and Circuits: proc. of the 18th Int. Conf. onCircuits. 2014. С. 46-50.

17. Павловский М. А., Акинфиева Л. Ю., Бойчук О. Ф. Теоретическая механика: Динамика.Киев: Выща шк., 1990.

18. Синтез параметров электроприводов БПЛА типа конвертоплантрикоптер/ О.В. Емельянова, Г.К. Казарян, А.С. Мартинез Леон, С.Ф. Яцун, С.П. Стуканева// IV Международная школа-конференция молодых ученых «Нелинейная динамика машин» School-NDM 2017: сборник трудов. М.: ИМАШ РАН, 2017. С. 239-249.

19. Ефремов А. В., Захарченко В. Ф., Овчаренко В. Н. Динамика полета / под ред. Г.С. Бюшгенса. М.: Машиностроение,2011. 776 с.

20. EmelyanovaО.V., Kazaryan G.K., Martinez Leon A.S., Jatsun S.F. The synthesis of electric drives characteristics of the UAV of “convertiplane – tricopter” type/MATEC Web Conf. Volume 99, 2017 2016 Workshop on Contemporary Materials and Technologies in the Aviation Industry (CMTAI2016). DOI: http://dx.doi.org/10.1051/matecconf/20179902002.


Для цитирования:


Яцун С.Ф., Лушников Б.В., Емельянова О.В., Стуканева С.П. Исследование колебаний конвертопланав вертикальной продольной плоскости. Известия Юго-Западного государственного университета. 2019;23(4):42-56. https://doi.org/10.21869/2223-1560-2019-23-4-42-56

For citation:


Yatsun S.F., Lushnikov B.V., Emelyanova O.V., Stukaneva S.P. Study of Tiltrotor Oscillations in a Vertical Longitudinal Plane. Proceedings of the Southwest State University. 2019;23(4):42-56. (In Russ.) https://doi.org/10.21869/2223-1560-2019-23-4-42-56

Просмотров: 121


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2223-1560 (Print)
ISSN 2686-6757 (Online)